DE2450977A1 - Methode zum einstellen eines viertaktverbrennungsmotores - Google Patents
Methode zum einstellen eines viertaktverbrennungsmotoresInfo
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Description
Patentanwalt Dip!. Inn. H. J. Hübner 8960 Ko vipten/Allg.
Lindouer Sir. 32 ·
2 5. iö. 1974
A VJ
METHODE ZUM EINSTELLEN EINES VIERTIEI-TERBRENISIUNGSMOTORES
Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und auf Methoden und
Mittel zum Betrieb dieser Motoren, sodass diese Verunreinigung nur in minimalen und akzeptierbaren Konzentrationen und Mengen ausstoasen.
509849/0240
Der Ausstoss von Verunreinigungen infolge des Betriebes von Verbrennungsmotoren
ist zu einer Sache von. "ernsten gesellschaftlichen Unruhen, geworden.
Es werden zunehmend strenge Beschränkungen für diese Luftverunreinigungen erlassen, und es werden dringend Motoren gebraucht, die die neuen.
Vorschriften erfüllen. Die beste Lösung wird so eine sein, bei welcher wesentliche Teile der bestehenden Technologie und der Werkzeuge verwendet voj
den können und welche für Motoren der gegenwärtigen Konstruktion verwendet
werden kann^ohne dass"radiakle Aenderungen notwendig sind. Lösungen,
die radikale Neukonstruktionen und extreme Veränderungen in MotorenKonzuptionen
und Konstruktionen mit sich bringen, sind wahrscheinlich wegen deo
Widerstandes gegen Veränderungen bei den Käufern und den Personen, die das Herstellen und das Warten der neuen Mechanismen erlernen müssen, weni&or
wirksam. Demzufolgen können Verzögerungen und mangelnde Leistungsfähigkeiten
erwartet werden, wenn wesentliche Abweichungen von bestehenden Technologien notwendig sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, für eine Lösung für das Problem des
Ausstosses von Verunreinigungen zu sorgen,bei welcher ein wesentlicher
Teil der bestehenden Technologie verwendet werden kann und welche bei Verwendung
· in einigen oder sogar den meisten konventionellen Verbrennungsmotoren
nur relativ kleine Veränderungen und Konstruktionen notwendig macht. Andere konventionelle Motoren können grössere Modifikationen benötigen,
welche aber klar verständlich und einfach in Gebrauch zu nehmen sind. Es kann daher erwartet werden, dass diese nur einen minimalen Widerstand
gegen deren Gebrauch hervorrufen«
509849/0240
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung,Verbrennungsmotoren und
Methoden zu deren Betrieb zu schaffen, bei denen der Ausstoss von Verunreinigungen,
speziell ^-ohlenmonoxyd (CO) , unverbrannte Kohlenwasserstoffe
(nachfolgend generell mit HC bezeichnet ) und Stickstoffoxyde (nachfolgend generell mit KOx bezeichnet) minimalisiert werden. Tests,
vrelche mit Motoren unter Verwendung von einigen Merkmalen der vorliegenden
Erfindung durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass 1974 die für 1977 erwarteten Bestimmungen fur Automobile erfüllt werden können.
Fundamental fUr diese Erfindung ist die Tatsache, dass der Ausstoss der
drei wesentlichen Verunreinigungen, nämlich CO,HC und WOx minimalisiert
werden kann, indem ein Verbrennungsmotor mit einem Luft/Treibstoffgemisch-Verhältnis
betrieben wird, das magerer als das stoechiometrische Verhältnis ist. Eine "stoachiometrische Mischung" ist eine Mischung,
in welcher nach Abschluss der Verbrennung, soweit die begrenzende Substanz (Treibstoff oder Sauerstoff) gestattet, weder ein Ueberschuss an
Sauerstoff noch ein Ueberschuss an Treibstoff verbleibt. Bei Verwendung von Benzin ist der numerische Wert des stoöchiometrischen Verhältnisses
etwa 15 das heisst,der Vergaser mischt etwa 15 Gewichtseinheiten Luft für jede
Gewichtseinheit Benzin^ die in den Luftstrom gebracht wird. Mit dem hier
gebrauchten Ausdruck "Treibstoff" sind Benzin und ähnliche flüssige Kohlenwasserstofftreibstoffe gemeint. Magere Mischungen haben einen
relativ grösseren numerischen Wert ihres Luft/Treibstoffverhältnisses
und haben überschüssigen Sauerstoff. Magere Mischungen werden hier als Mischungen mit einem grösseren Luft/Treibstoffverhältnis als die stoschiometrische
Mischung definiert. Der Ausdruck"Verhältni3 " ist manchmal
abwechselnd mix seinem numerischen Wert gebraucht. Im Gegensatz dazu
84 9/0 2^0
£, -t ν/ V V I I
_ 4 „
haben reichere Mischungen ein relativ klsinores Luft/Treibstoffverhältrii.:, ,
Seiche Mischungen sind hier als Mischungen mit einem kleineren Iuft/rj?rciL-stoffverhUltnis
als die stoechiometrisehe Kischung definiert. In einer reichen Mischung ist zu wenig Sauerstoff, um all ihren Treibstoff zu vorbrauchen.
Reiche Mischungen haben überschüssigen Treibstoff und tendieren dazu, den Ausstoss von CO und unverbranntera EC zu verursachen.
Obwohl es wirtschaftlich und in Bezug auf die Umwelt wünschenswert ist,
einen Motor mit mageren Mischungen zu betreiben, ist dies bisher nicht
bei allen Betriebsbedingungen eines Motors praktizierbar. Gegenwärtig is"c
der Betrieb eines Motors mit mageren Mischungen bei konstanter Belastung
bei relativ hohen Belastungszuständen, aber nicht bei relativ niedrigen
Belastungszuständen möglich. Bis jetzt ist es nicht möglich gewesen, einen
M0tor mit mageren Mischungen bei beiden, niederen und hohen Belastung^zuständen
zu betreiben und speziell dann nicht^wenn die Belastung des Motors
nehr oder weniger plötzlich ändert. Die Gelegenheit, den Ausstoss von Verunreinigungen durch den Betrieb eines Motors mit mageren Mischungen
zu minimalisieren, konnte somit nicht voll ausgenützt werden.
Es hat 3ich herausgestellt, dass hauptsächlich zwei Kassnahmen notwendig
sind. Im ersten Fall muss darauf geachtet werden, dass die Betriebsbedingungen
eine Verwendung einer mageren Mischung zulassen. Dies kann durch Kontrolle des Rückstandes erreicht werden. Dos weiteren muss die Kischung
zündbar sein, was durch Beachtung einer guten Zerstäubung erreicht wird.
K; chstehend wird wiedt rLolt auf Niederbelastungs-und HochbelastungszusVü:\-
uo Bezug genommen. Bei Betrieb von konventionellen Verbre*.;vungsniotürorL
5 0 9 8 4 9/0240 bad original
bei Itfiederbelastungszuständen ist die Drosselklappe nahezu geechlosoun,
ttad der Ansaugdruck ist normalerweise wesentlich niedriger als der Ätecs—
phärendruck. Dies wird normalerweise ein "Hochvakuum" genannt und tritt
bei Leerlauf und beim Pahren ia Leerlauf t sowie bei anderen Betriebsbedingungen
auf, wo nur ein relativ kleiner Kraftbedarf vom Motor gefordert wird. Im Gegensatz dazu ist bei einem hohen Belastungszustand die Drosselklappe
relativ weit offen und tritt beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit
auf ebenen Strassen und beim Aufwärtsfahren auf. Yienn die Drosselklappe
unter hohen Belastungszuständen offen ist, nimmt der Ansaugdruck gegen
den Atmosphärendruck hin zu. Dieser Zustand wird allgemein "Niedervakuum"
genannt.
Während die Grenzlinie zwischen den Niederbelastungs-und Hochbelastungszuständen
ein breites und kontinuierliches Band ist, enthält jeder konventionelle Vebrennungsmotor einen Betriebszustand, der durch einen ziemlich
niederen Ansaugdruck (eine ziemlich geschlossene Drosselklappe ) gekennzeichnet ist, wo der Motor, wenn überhaupt,nur holperig läuft und fehlzttndet
, wenn ihm ein mageres Gemisch zugeführt wird, während er mit der gleichen Mischung und mit einem hohen Ansaugdruck, (eine ausreichend geöffnete
Drosselklappe ) zufriedenstellend läuft. Die erstgenannte Betriebs— bedingung wird als Hxederbelastungszustand und die letztgenannte Betriebsbedingung wird als Hochbelastungszustand definiert. Jede Mischung, ob
mager oder reich, tendiert zu schlechterer Zündbarkeit bei Niederbelastungszttständen,
aber das Problem ist grb'sseij wenn magere Mischungen verwendet
werden. Bei konventionellen Motoren wird das Problem - des Niederbolastungsbetriebs
häufig durch eine reichere Gemischeinstellung am ?er-
, ■-■.;." _ - 509849/0240 BAD ORIGINAL
gaser korrigiert . Obwohl diese Einstellung den Lauf'des I-Iotors auajlcic'.:«,
verursacht dies einen ungestattet hohen Ausstoss von Verunreinigungen.
Das prinzipielle Problem boim. Betrieb eiuoa Verbrennungsmotoros bei
Niederbelastungszustanden mit mageren Mischungen ist das Phäno;.;Gn der
Fehlzündung . Der hier gebrauchte Ausdruck "Fehlzündung" bedeutet;,
da3S ein im Zylinder komprimiertes Luft/Treibstoffgeuisch nicht richtig
oder gar nicht zündet. Als Folge davon ergibt sich eine wesentlich jerin^v
re Motorenkraft, unruhiger Hotorlauf und ein hoher Aussto3s von Vci-^ii'ci.i_
gungen, wenn die Fehlzündung auftritt. Bei dieser Erfindung sind Mittel
vorgesehen, die den Betrieb eines Kotors mit mageren Gemischen bei
niederen Belastungszuständen ohne Fehlzündungen ermöglichen, wo dic-j
bisher nicht möglich war. Demzufolge ermöglicht die Erfindung die Vervrendung
von mageren Gemischen bei einem Verbrennungsmotor unter Nieder— belastungs-und HochbelastungszustUnden wobei bei allen Betriebszustand«^
nur minimale Verunreinigungen ausgestossen werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Mittel zu schaffen, die
den Gebrauch von mageren Gemischen auch beim kalten Motor und bein Starten des Motors ermöglichen, wobei der Ausstoss von Verunreinigungen während
des Anlaufs auf ein akzeptierbares Niveau reduziert wird .
Die Tendenz eines Motors zur Fehlzündung "bezieht sich direkt auf den
numerischen Wert ν eines mathematischen Ausdruckes, der nachfolgend "Rückstandsbruch"
genannt wird. Der Rückstandebruch ist wie folgt definiert:
509849/0240
BAD ORIGINAL
Betrag der Casrüekataride, die vo:.i
henden ilyklus im Verbrcnnunjar. .vj
Rucks tandsbruch =
Betrag der Luft Betrag öcr Ck.crücl
(odcr der Luft/ stände, diü ve... vci
'2 re ib G t οffiiis chur.g),
die für den nach ο teil in de
Zyklus in die Ver- " kammer verbleiuöbrennunjskarrjuer
gesaugt wird
Der Ausdruck "Betrag" bezieht sich auf Gewicht oder Volumen, das bei
gleicher Temperatur und gleichem Druck gemessen wird. ¥enn der numerische Tflert des Rückstandsbrucheo abnimmt, nimmt cvach die Tondena des Kotoro
zum Fehlaünden ab. Demzufolge ist es eine Aufgabe der ^rfindun^ llittcl
und eine Kethode zu schaffen,um solche Betriebsbedingungen im 1-Iotor horzii —
stellen,dass der numerische Wert dos Rückstandsbruches klein genug ist,um "bcö
konstanter Belastung bei viiederbelastungszuatänden ein Fehlzünden weitgehend
zu verhindern ,
Es ist offensichtlich, dass der numerische Viert des P/ückstandsbruchcc
auf entweder einen oder beide der zwei folgenden ¥ege reduziert werden
kann : (i) durch die Reduktion des Betrages der Gasrückständc, die im
"Verbrennungsraum verbrennen ( dor Zähler des -^ruches) oder (2) durch
ürhb'hen des Betrages Luft (oder Luft/Treibstoffgemisch)^ die für den
nUchsten Zyklus in den Verbrennungsraum gesaugt t.ird (ein Teil des iioimers
im Bruch). Durch jede; dor beiden Mittel wird, der numerische V/ert des
jo.ückstandsbruches reduziert. Das Erreichen von Betriebsbedingungen im
i.-.otor, bei denen der aumeriiiche Viert des Rücks'o^; ii,bruches ausreichend
gering ist, oruöglicAt uz o:Lnc;.; Vsrbronr.unjciiOtor ,.'it mageren Äiscivuiigcri
9/0240
'BAD
zu arbeiten, wo bisher magere Mischungen nicht anwendbar va.:-eu. Oe.:.:^
folge können durch diese Erfindung Motoren, die viele u
Merkmale aufweisen, bei iliederbelastungo- und Eochbc
mit mageren Mischungen "betrieben werden, wobei der Ausstoss von Verunreinigungen
auf ein akzeptables liiveau reduziert wird. Ausserdeu ku^iicn
Vorkehrungen getroffen werden, diirch die der I-Iotor während üer ^ilaco-
und Anwärmzeit mit relativ magereren Gemischen arbeitet als bisher i'Ur
das Anlassen und Aufwärmen von kalten Motoren verwendet worden üind.
Eine magere Mischung enthält weniger Treibstoff pro Volumen-Einheit
Luft als eine reiche Mischung. Verwendung von mageren Gemischen, speziell bei Iiiederbelastungszu3tänden, erfordert , dass der Treibstoff
so gut wie möglich zerstäubt wird und dass die Luft/Treibstoffmischung jo
homogen und gleichmässig (gut gemischt) als möglich ist. Eine prinzipielle
Schwierigkeit zur Beibehaltung einer homogenen und gleichmässigen Füllung
ist der Umstand, dass sich ein Teil des Treibstoffes in der Füllung, speziell bei Niederbelastungszuständen wo die Luftströmung langsamer ist,
an der Wandung der Ansaugleitung niederschlägt. Bei den bisher bekannten
Motoren löst sich dieser Treibstoff in Tröpfchen verschiedener Grüose
und in unregelmässigen Abständen von der Wandung der Ansaugleitung. Demzufolge
wird die Füllung ungleichmässig und der Treibstoff in der Füllung
schlecht zerstäubt . Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein System für
die Verwendung einer mageren Mischung für eine optimal zerstäubte und
homogene Füllung zu schaffen, indem der Treibstoff, der an der Ifandung
der Ansaugleitung haftet, in einer gut zerstäubten Form in die Mischung zurückgebracht wird.
ORIGINAL
509849/0240
Ein Verbrennungsmotor, bei den diese Erfindung angowcidot wird, ent!.-!-
eliieii Verbrennungsraum, Kittel zur Zuführung einer Füllung in don Verbr^n:iui".2^raua
und Auspuffmittel, ua die verbrauchte Mischung aus d~~i
Verbrennungsraum abzuleiten. Entsprechend einea Kerla\al diecor Erfindung
sind Kittel aur Zuführung einer Hagereren 1-Iischung als der ctc<,ch.icE:ötrischen
3-Iischung zug Verbrennungsraum und Mittel zur Verringerung das
numerischen Wertes des Rückstandsbruches der Füllung während dej
Betriebs "eines solchen Motors bei Eiederbelastungszuständen vorgesehen.
Entsprechend einem bevorzugten Merkmal der Erfindung enthalten die
letztgenannten Mittel eine Drosselklappe, die in einer Stellung angeordnet ist , in der bei Niederbelastungsbedingungen der Hotor mit einer
höheren als notwendigen Geschwindigkeit arbeiten würde, wenn die Zündmittel für eine maximale Umdrehungszahl das Motors für die Drosselklappeneinstellung
eingestellt wäreia; wobei die Zündung unter Beibehaltung
dieser Drosselklappeneinstellung verzögert wird, wodurch die Geschwindigkeit des Kotorss auf die benötigte Undrehungszahl herabgeaetat
wird. Dadurch werden die Gasrückstande reduziert mid die Gemischnenge
für den nächsten Zyklus erhöht. Durch diese beiden Effekte wird der nusioricche Uert des Rückstandsbruches verringert .
Entsprechend eine:i weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ermöglichen
dia letztgenannten Kittel eine Steuerung der Oeffnungszeit der Ein- und
Auslassventile für die Einstellung der Zeitdauor wo 3ie sich überlappen,
das heisst, der Zeitdauer, wenn beide Ventile beim und nahe beim Ende des
Auüstoatjtaktes dos Kolbens offen sind. Eine Verkürzung der Ueberlappüoit
5 0 9 8 4 9/0240 BAD ORIGINAL
-10- 4HOV J f ί
reduziere die i-Ienge der Gasrück^tä^dc, die iu Vc^brö-iir-un^oi^ua \3
und reduziert daher den numerischen "ort des Sdckstandabruchos.
Einsprechend einem Kerlcnal der Erfindung sind die· letztgenurjrco:: VLl-'rzzl
rait einem Motor kcmbinieri;, der eine Drosselklappe fvlr jeder. Vv;rT3ro.v.iu::jo
raun aufweist, wobei jede Drosselklappe in eine verschiedene .-».r.aav.jlei'o^rmündet,
in die ein Teil dor Auspuffgas ο in die Vcrbrsnnuncjcrllvr.s 2ui"tlcl:-
gaführt wird, wobei diese Ansaugleitungen durch das Abgas- R'ackfiüirjyo^o^
miteinander verbunden sind, während durch Mittel in diesen Abgas- RLLcI:-
fUhrsystem die Ansaugleitungen voneinander getrennt sind. Biese Cr^-L.·:-
iaittel verhindern einen Drucl-cabfall in den Aasau^leitungön, dar ini'oljo
eines niedereren Druckes in üiner £.r;aercii Ansaugleitung auftreten 2:..:^.
Der Vorteil der Auspuffgas-Rückführung 2ur Verringerung des KOx-Ausotcsee
wird dabei in dieser Motorausführung ohne Erhöhung des numerischen Viertes
des Rückstandsbruches erreicht.
Entsprechend einea weiteren bevorzugten 2iGrioial der Erfindung sind I-Iittcl
zum Zerstäuben des an der Ansaugleitunguwand h^iTvenden Troibstoffea vorgesehen,
mit denen dieser Treibstoff entweder go^a^elt und vrieder in den
Luftstrom gebracht oder durch Wärme verdampft wird.
Entsprechend·' einoia weiteren bevorzugten iierk.au.1 dor Erfindung i^t ein
Anlasskreis vorgesehen, der dem Motor ein relativ aageroa Luft/Creioj-Oi'i"
gemisch zuführt, wenn der Motor gestartet und in noch kaltem Zustand betrieben
wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Sie beispielcv.'oioe wiedergebenden
Zeichnungen nliher erläutert werden, und zwar zeigt :
6 O 9 8 k 9 / O 2 4 O BAD ORiGiNAL
Fig» 1 ein Diagram:^ das den ,.'»usstoss von besti:ü..itaj. Verunreinigungen
in I3o:-ug auf die Luft/TreibsioffVerhältnisse zeigt,
■nit denen ein I-Ioto-* arbeitet,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine -'.usfilhruiigoforn der Erfindung wobei
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine -'.usfilhruiigoforn der Erfindung wobei
einige Teile aus Vcreinfachvu'-gsjrü.ic.on v: ^gelassen sind,
Fig, 5 einen teilweisen Querschnitt nach der Linie 5-5 Q-c-r Fig. 2 ,
Fig. - einen teilt/eisen Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 £cr Fig. 4,
■^ig. 6 einen T eil schnitt nach der Linie 6-5 der Fig. 5,
Fig. 7 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- ■
dung ,
Fig. 8 einen Querschnitt nach, der Linie 8-3 der Fig.7,
Pig» 9 eine scheraatische Darstellung des Zündungskontrollkreises
für einen äotor nach Fig. 7,
Pig.10 ein Diagramtdas das Verhältnis zwischen dem Rückstandsbruch
Pig.10 ein Diagramtdas das Verhältnis zwischen dem Rückstandsbruch
und dea Luft/Treibstofiverhältniss zeigt,
Fig.11 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 12,
Pig.12 einen Querschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 11,
Fig. 13 eine vergrö'sserte Ansicht eines Teiles der Fig. 11,
Fig.14 eine Toilansicht eines Teiles von ii'xg. 4,
Fig. 15 ein Diagrams^ das die Beziehung zwischen d .... Slickstandsbruch.
und dea Ansa-agvakuun zeigt,
Fig, 16 einen Querschnitt durch einen Vergaseranlasskreis,
Fig.17 einen vergrösserten Querschnitt durch den Vergaser nach Fig.4,
Fig.18 einen halb schematischen Querschnitt durch eine Einspritzvorrichtung,
die an Steile eines Vergasers gebraucht werden
BAD ORIGfNAL 509849/0240
Pig. 19 bis 22 einen Querschnitt durch Teile nach Fig.2,
Fig. 23 bis 25 iüwei scheaatische Darstellung^ wie der Treibstoff
durch Vergaseröffnungen fliessen kann und
Fig. 26 einen Querschnitt durch eine Ansaugleitung .
Das in Fig. 1 dargestellte Diagram zeigt in einer vur
und nicht dimensionalen Form den Ausstoss von Verunreinigungen dio auf
der Ordinate aufgetragen sind in Bezug auf das Luft/Treibstoffverhültriio ,
das auf der Abszisse aufgetragen ist. Dieses diagramm ist ganz allgemein,
für alle Verbrennungsmotoren gültig. Zusätzlich zu den Verunreinigungen
CO, HC und HOx sind auch die einwandfreien Gase, Kohlendioxyd (CO2) u-nc.
Sauerstoff (O2 ) in den Auspuffgasen enthalten, wie aus dem Diagramm
ersichtlich 13t.
In Fig. 1 ist ebenfalls gezeigt, dass bei Verwendung von magereren-Gemischen
als das stoöehiometrische Gemisch (ungefähr 15 für Benzin)
in einem Motor, der Ausstoss der Verunreinigungen HC und CO im Vergleich
zur Verwendung einer reichen Mischung rapide abnimmt. Dasselbe gilt auch für den Ausstoss von liitrooxygenen, wenn Gemische mit einen Verhältnis
von mehr als 16 verwendet werden. Bs ist daher ein wesentlicher
Vorteil, einen Motor mit einem Luft/ Treibstoffgemisch anzutreiben, dessen
Luft/Treibstoffverhältnis magerer als das stoüchiometrische Verhältnis
ist und das vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 16 und 20 ist, um
den Ausstoss der Verunreinigungen zu minimalisieren.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der Betrieb eine. 1-otors mit Eiagoron
Gemischen bei Hochbelaetungsauständen mit einer rol^tiv ".:oit offenen
509849/0240 BAD
Drosselklappe ganz allgemein im Gebrauch. Dagogan wird bei liiederbclastungsbcdingungen
das Geraisch normalerweise angereichert, wodurch das Gemisch
ein kleineres Verhältnis als das stcechioaetriccbe Verhältnis aufweist.
Die nachteiligen Auswirkungen beim Verbrennen von reichen Gemisches können
aus der' Figur 1 abgelesen we.rdan. Der Ausetoss der Verunreinigungen HC und
CO erhöht sich markant und in einem nicht akzeptierbaren Hass. Es ist daher
ein wesentlicher Vorteil dieser Erfindung, dass es möglich ist, magere Gemische für Niederbelastungs-und Hochbelastungszustände anzuwenden und
dabei den Vorteil des niederen Ausstosses von Verunreinigungen bei beiden Belastungszuständen beizubehalten.
Zur weiteren Orientierung wird auf Figur 10 Bezug genommen, die das Verhältnis
zwischen dem auf der Ordinate aufgetragenen Rückstandsbruch und dem
auf der Abszisse eingetragenen Luft/Treibstoffverhaltnis des Gemisches
zeigt. Die Kurven in diesem Diagramm zeigen theoretische Grenzlinien, die Fehlzündungsbedingungen für verschiedene Motoren aufzeigen. Bei einem
Hotorenbetrieb wo sich die Koordinatenlinien des Rückstandßbruches und des
Luft/TreibstoffVerhältnisses unter der jeweiligen Kurve treffen, v/erden
keine wesentlichen Fehlzündungen auftreten. Treffen sich aber die Koordinatenlinien
über der jeweiligen Kurve, ergeben sich häufig Fehlzündungen. Ss ist offensichtlich, dass es bei der Vervrendung von mageren Luft/Treib-Gtoffverhältnissen
in einem Motor notwendig ist, solche Bedingungen im Kotor zu schaffen, bei denen der Rückstand3bruch kleiner als ein gewisser
numerischer ¥ert ist, der durch die Parameter des individuellen Motors bestimmt
ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung; die in Figur 10 dargestellten Fehl-
509849/0240
-H-
Zündungsgrenzen zu vermeiden. Dies wird dadurch, erreicht, dass der Motor
so betrieben wird, dass sich ein. akzeptierbarer T.iert des Rückstondsbruchcc
ergibt und dass das magere Gemisch in einer optimal zerstäubten und homogenen
Form dem Verbrennungsraum zugeführt wird.
Das in Figur 15 dargestellte Diagramm zeigt die Beziehung zwischen
Rückstandsbruch und dem Ansaugvakuumdruck für einen repräsentativen, konventionellen
Motor, der keine erfindungsgeaässen Merkmale aufweist und der
nicht nach der erfindungsgemässen Methode betrieben wird. Dieses Diagramm
ist allgemein gültig für die in solchen Verbrennungsiaotoren vorherrschenden
Bedingungen. Von den zwei auf der Abszisse markierten Punkten stellt einer eine weitgeö'ffnete Drosselklappenstellung (nahezu · atmosphärischer Druck)
und der andere einen Zustand dar, in dem der Ansaugvakuumdruck ungefähr
minus 450 mm HGr ist. Dieses Diagramm zeigt, dass der Rückstandsbruch mit zunehmendem Ansaugvakuum (niederer Ansaugdruck) ebenfalls zunimmt. Die
erfindungsgemSsse Lösung enthält Mittel, die der Tendenz des Rückstandsbruches- mit zunehmend geschlossener Drosselklappe zuzunehmen , entgegenwirkt,
wobei die Verwendung eines mageren Gemisches bei Niederbelastungszuständen
ermöglicht wird.
In den Figuren 2 bis 6 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Wie aus den Figuren ersichtlich, enthält ein ViertaktverbrennungaLioto*· 10
vier Verbrennungsräume 11a, 11b, 11c und 11d. Der Ausdruck "Zylinier" ist
manchmal gleichbedeutend mit dem Ausdruck "Verbrennungsraum" gebraucht.
Der Motor 10 ist axt einer Drosselklappe 30a, 30b, 30c und 20d und aiit einem
Vergaser 20a, 20b, 20c und 2Od für je einen Verbrennungsraum, varsehen. Individuelle
Ansaugleitungen 12a, 12b, 12c und 12d sind mit jeweils einer der
509849/0240
Einlassöffnungen 15a, 15b, 15c und 15d des Verbrennungsrauues 11a, 11b,
11c und 11d verbunden. Die Ansaugleitungen 12a,12b,12c und 12d stellen
eine Ausführungsform der "Einspritzmittel" dar, die zur Zufuhrung des
Gemisches in den Verbrennungsraum dienen.
Auspuffleitungen 14a,14b,Hc und 14d sind mit den Auslassöffnungen 16a,
16b, 16c und 16d der Verbrennungsräume 11a, 11b, 11c und 11d verbunden
und nehmen die Auspuffgase auf. Die Auspuffleitungen 14a, 14b, 14c und 14d
und ein Auspuffsystem P,das die Auspuffgase von den einzelnen Leitungen
sammelt, stellt eine -^usführungsform der "Auspuffmittel" dar, die zum
Abführen der verbrauchten Gase aus den Verbrennungsräumen 11a, 11b, 11c
und 11d dienen.
AuspuffgasrückfUhrleitungen 13a» 13b, 13c und 13d sind mit den Ansaugleitungen
12a, 12b, 12c und 12d verbunden, ^ie Leitungen 13a bis 13d
sind ebenfalls mit einem AuspuffgaarUckführventil V verbunden. Sine
Vakuumleitung 12e (Figuren 2 und 4) verbindet die Oeffnung 12f in der
Ansaugleitung 12d und die Oeffnung 12g im Steuerventil V. Die-Ansaugleitungen
12a, 12b und 12d sind nicht mit der Oeffnung 12g verbunden. Die Auspuffgasrilckführleitungen
13a, 13b, 13c und 13d vxerden dann gebraucht, wenn der
EOx -Gehalt durch die Rückführung eines Teils der Auspuffgase in das angesaugte Luft/Treibstoffgemisch gesteuert wird.
Figur 4 zeigt in einer detaillierten Form Teile der Figur 2 und speziell
die'Teile, die direkt mit dem Verbrennungsraum 11b in Veroii'idu-- 7 stehen.
Die arideren Zylinder 11a, 11c , 'i1d und die damit zusammenhängenden Teile
509849/0240 bad original
sind mit Figur 2 identisch, sodass diese nicht individuell beschrieben
werden.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist die Ansaugöffnung 15b von einem Ansaugventilsitz
18 umgeben, während"die Auspuffventilöffnung 16b von einem
Auspuffventilsitz 18a umgeben ist. Ein Ansaugventil 21 und Auspuffventil
22 sind verschiebbar im Zylinderkopf gelagert und sind so ausgelegt,
dass sie bei einer Bewegung gegen den jeweiligen Ventilsitz die jeweilige
Oeffnung verschliessen und bei einer Bewegung vom jeweiligen Ventilsitz
weg die jeweilige Oeffnung freigeben. Nocken 81a und 82a sind an den dazugehörenden Nockenwellen 81 und 82 befestigt und dienen zum Oeffnen
der Ventilöffnungen 15b und 16b, xfobei die Ventile 21 und 22 federbelastet
sind, damit die Ventilöffnungen 15b und 16b verschlossen bleiben, wenn die Nocken die jeweiligen Ventile 21 und 22 nicht offen halten. Die gleichen
Ansaug- und Auspuffventile und -sitze , Nocken und Nockenwellen und RUckführfedern
sind auch für die anderen Verbrennungsräume vorgesehen.
Der Zylinderkopf H des Verbrennungsraumes 11b ist zusammen mit einen
Kühlmantel C gezeigt. Dieser Kühlmantel G schirmt nur aie an die Auslassöffnung
16b angrenzende Auspuffleitung 14b und den Verbrennungsraum 11b
selbst ab. Ein Abschnitt 17, der sich vom Einlassventilsitz 18 nach oben in die Ansaugleitung 12b erstreckt, wird vom Kühlmantel C nicht gekühlt.
Statt dessen wird erlaubt, dass dieser Abschnitt 17 vom Verbrennungsraum 11b
aufgeheizt wird, aus Gründen die nachfolgend noc-i beschrieben werden. Dieser
Abschnitt 17 kann sogar nach aussen isoliert oder heiss ummantelt werden,
um die erhöhte Temperatur beizubehalten.
Dieser Abschnitt 17 erstreckt sich vorzugsweise minder ο ns über oino Strecke·
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von 60 bis 70mm vom Einlassventilsitz 15b nach oben in die Ansaugleitung
12b und wird als Teil der Ansaugleitung 12b betrachtet,obwohl der ganze Abschnitt 17 oder ein Teil davon ein integrierter Teil des Zylinderkopfes
H bildet. Der Abschnitt 17 wird durch die Innenwandung 19 der Ansaugleitung
12b begrenzt, wobei die "Wandung thermisch mit dem Zylinderkopf H
zusammenhängt, das heisst, die Innenwandung 19 der AnsaugleitungΊ2b wird
durch Wärme aus dem Verbrennungsraum 11b erhitzt. Dies ermöglicht eine
Erwärmung der Innenwandung 19 des Abschnittes 17» wobei es nicht wünschenswert
ist, dass dieser Abschnitt durch Kühlmittel wie etwa einem Kühlmantel C gekühlt wird. Jedes Kühlmittel sollte ausreichend vom Abschnitt 17 entfernt
gehalten werden, sodass die Innenwand 19 infolge der vom Zylinder 11b
zugeführten Wärme die notwendige Temperatur erreichen kann. Ein Teil C1 des Kühlmantels C ist in Figur 4 im Zylinderkopf H über der Ansaugöffnung
15b gezeigt. In flüssigkeitsgekühlten Motoren sollten sich die Kühlöffnungen auf diese Seite des Zylinderkopfes erstrecken, obwohl es nicht notwendig ist,
dass diese Region gekühlt wird« Es ist eine ausreichend dicke Material- .
schicht zwischen dem Teil C1 des Kühlmantels C und der Innenwandung 19 vorhanden,
dass sich die Innenwandung 19 genügend erwärmen kann, obwohl der
Teil C1 des Kühlmantels C vorhanden ist. Der warme Abschnitt 17 ist ein
Ausführungsbeispiel von Zerstäubungsmitteln,, um den an der Innenwandung
19 der Ansaugleitung 12b anhaftenden Treibstoff zu zerstäuben.
In Figur 2 ist ein Zündverteiler 23 schematisch dargestellt. Konventionelle
Kondenser, Unterbrecherpunkte, Unterbrechernocken und Unterbrecherwelle werden verwendet, um einen Funken zu erzeugen, mit dem das Gemisch im
Verbrennungsraum gezündet wird. Das gesamte in Figur 9 gezeigte Zündsystem ",
kann in dieser Motorenausführung verwendet werden, wenn die dazu beschriebene
Drosselklappeneinstellung ebenfalls verwendet wird. Ein
Zündsystem zur Verwendung in einem Motor nach Figur 2 braucht die in Figur
beschriebenen Zündverzögerungsmittel nicht, wenn die dazu gehörende Drosselklappeneinstellung
nicht verwendet wird.
Wie aus Figur 4 ersichtlich enthält das Auspuffgasrückführventil V einen,
von einer Feder 201 belasteten Kolben 200,der mit einer Membrane 202 verbunden
ist, die an der Wandung eines Gehäuses 203 befestigt ist. Das
Gehäuse 203 enthält eine gelüftete Kammer 204 und eine Vakuumkammer 205.
Die Feder 201 hebt den Kolben 200 in die in Figur 4 und Figur 21 mit ausgezogenen
Linien dargestellte Position. Bei Zunahme des Vakuums in der Vakuumkammer 204 wird der Kolben 200 nach unten bewegt. Wenn sich der Kolben
200 eine genügend grosse Strecke nach unten bewegt hat (siehe Figur 22), reduziert oder unterbindet dieser den Durchstrom von Auspuffgasen von der
Einlassöffnung 206.von wo das Gas sonst auf vier Auslassöffnungen 207 zur
Rückführung in die AuspuffgasrUckführleitungen 13a, 13b, 13c und 13d verteilt
würde . Daraus folgt, dass die Mengendes rückgeführten Auspuffgases
eine Funktion der Grb'sse des Vakkums in der Ansaugleitung 12b bildet.
Der prinzipielle Vorteil der Verwendung einer Drosselklappe für jeden
Verbrennungsraum ist, dass der Druck in einer Ansaugleitung durch den Druck in einer anderen Ansaugleitung nicht reduziert wird. Bei Motoren, wo eine
Ansaugleitung und eine Drosselklappe eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen versorgt, kann der niedere Druck in einem Verbrennungsraum beim Ansaugtakt
den Druck an der Einlassöffnung der anderen Verbrennungsräume nachteilig
ς η q p /. c / η ? A η
beeinflussen. Die Verwendung von einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum
erlaubt es, dass in jedem Verbrennungsraum eine eigene Ansaugbedingung eingestellt werden kann. Dadurch, dass die Rückführleitungen 13a bis 13&
alle Ansaugleitungen 12a bis 12d verbinden, ergibt sich eine Tendenz zum Druckausgleich in den AnsaugleitungenΊ2a bis 12d, wodurch einige der
Werte reduziert werden, die sonst durch den Gebrauch von einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erreichbar wären.
Um dieses nachteilige Resultat zu vermeiden, sind Trennmittel in den jeweiligen.
Rückführleitungen 13a bis 13d vorgesehen, ¥ie aus Figur 19 ersichtlich, enthalten
diese Trennmittel Absperrventile 208 . Als Beispiel sind Absperrventile 208 gezeigt, die ein flexibles Blatt 208 enthalten, das mit einem
Befestigungsmittel 208b an der Gehäusewand befestigt ist, wobei jedes Blatt 208a die jeweilige Rückführleitung verschliesst, ausser wenn ein
ausreichender Druckunterschied herrscht, durch den es abgehoben wird,
Bines der Ventile 208 der Ansaugleitung 12c ist bei einer ausreichenden
Druckdifferenz in abgehobenem Zustand gezeigt. Wenn vom Ventil V ein
ausreichender Druck kommt, können alle Ventile 208 auf einmal geöffnet
sein. Vfenn aber ein ausreichender grosser, negativer Druck in der Leitung
vom Ventil V herrscht, eventuell auf Grund eines hohen Vakuums in einer der Ansaugleitungen 12a bis 12d (i2c in Figur 19),sind die übrigen Ventile
208 geschlossen, wie in Figur 19 dargestellt.
¥ie aus Figur 20 ersichtlich, enthalten die Trennmittel Düsen .209, deren
Bohrung einerseits klein genug ist, um den Gasstrom als Reaktion von kurzen
Druckspitzen zu reduzieren und andererseits gross genug ist, um den
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gleichmässigeren Fluss von rttckgefuhrten Auspuffgasen zu gestatten.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist in jedem Verbrennungsraum 11a bis 11 d
ein Kolben 150 hin und her bewegbar angeordnet. Der Kolben 150 dreht eine
Kurbelwelle über einen konventionellen Kurbelzapfen , Pleuel- und Kurbelteile
(nicht gezeigt).
Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich, sind die beiden Nockenwellen 81
und 82 drehbar am Motorblock befestigt um die, die Einlassventile 21 und
Auslassventile 22 betätigenden Nocken 81a und 82a zu drehen. Die Nockenwellen
81 und 82 erstrecken sich parallel zueinander und werden durch Zahnräder 81b und 82b, die an der jeweiligen Nockenwelle 81 und 82 befestigt sind,
mit Hilfe einer Steuerkette 85 in der, in den Sahnrädern 81b und 82b gezeigten,
Pfeilrichtung angetrieben. Sin Nockenwellenzahnrad 84 ist koaxial
an einem Antriebszahnrad 86 befestigt, das wiederum von einer Kette 83 getrieben wird, die von einem an der Kurbelwelle befestigten Zahnrad 87
angetrieben wird. Dieses Getriebe treibt die Nockenwellen 81 und 82 synchron mit der Kurbelwelle 88 .
Die Steuerkette 85 gleitet über ein Führungsteil 210>
das mittels eines Befestigungsteiles fest am Motorblock befestigt ist. 3in Kettenspanner
ist mittels eines Stiftes 210 schwenkbar am Motorblock befestigt. Der Kettenspanner
215 enthält eine Führungsplatte 217, über die die Kette 85 gleitet.
Die Führungsplatte 17 kann sich in Richtung der Pfeile 218 bewegen und wird
von einem Kolben 219, der aus einem Gehäuse 220 vorsteht, das an einer Wandung
221 am Motorblock befestigt ist,gegen die Kette 85 gedruckt.Eine Druckfeder
222 im Gehäuse 220 drückt den Kolben 219 in ?iour 3 nach rechte. 2in
BAD ORIGINAL
cnoa/iQ/n4)/. η
sweites Führungsteil.91 enthält dabei Federmittel 93, mit denen die Kettenlänge
223 der Steuerkette 85 zwischen den beiden Nockenwellen 81 und 82 auf
.ihrer Minimumlänge gehalten wird.
Wenn die Kettenlänge 223 an ihrem Minimum ist, ergibt sich zwischen den
beiden Nockenwellen 81 und 82 eine bestimmte ¥inkelbeziehung, die-eine
minimale Ventilüberlappung garantiert und für Niederbelastungsaustände verwendet wird. Ein Ventilüberlapp- Steuermittel 225 enthält eine flüssigkeitbetriebene
Vorrichtung 90, mit der zur Vergrösserung der Ventilüberlappung bei Hochbelastungszuständen durch Vergrösserung der Länge 223 diese
Winkelbeziehung wahlweise geändert wird. Die Vorrichtung 90 enthält einen
Kolben 91 der in einem Zylinder 92 hin und her bewegbar gelagert ist. Eine
Druckfeder 93 drückt das Ende 91a des Kolbens 91 so gegen die Kette 85,
dass die Kettenlänge 23 nicht von ihrer illustrierten Minimumlänge abweicht. Der Zylinder 92 ist mit Befestigungsmittel·]! 226 an einem Deckrahiaen
des Motors befestigt. Der Kolben 219 gibt nach, um den Abschnitt der Steuerkette
zwischen den Zahnrädern 81b und 84 zu verkürzen und dabei gleichzeitig die
zusätzlich benötigte. Kettenlänge 223 zu verlängern.
Wenn der Kolben 91 nach unten gedrückt wird, um dabei den Kettenabschnitt
223 zu verlängern und die Winkelbeziehung zwischen den Nockenwellen 81 und 82 zu verändern. (Erhöhung der Üeberlappzeit) , entsteht „i.n Flüssigkeitsdruck
(vorzugsweise hydraulisch) im Zylinder 92. Dies wird durch ein hydraulisches System 94 erreicht, das einen Tank 84a , eine Pumpe 95, ein Ein-Ausventil 96,
das zur Ausschaltung des hydraulischen Systems verwendet werden kann und ein Mehrwegventil 97 enthält, das durch eine Steuerung 97ä.kontrolliert wird.
Die Steuerung 97a zur Kontrolle des I'Iehrwegventiles 97 spricht vorzugsweise
mechanisch auf eine Drosselklappenverbindung an, die noch nachstelicind
beschrieben wird. Im anderen Falle kann sie eine druckabhängig Vorrichtung
enthalten, die auf den Ansaugdruck anspricht. Mit dem hydraulischen System
kann der Zylinder 92 wahlweise entweder durch die Leitung 97b unter Drude
gesetzt oder durch die Leitung 97c entleert werden, wobei die unter Druck stehende hydraulische flüssigkeit durch eine Nebenleitung 97d in den Tank
geleitet wird. Das hydraulische System 225 ist mit einem nicxrc dargestellten
Ueberdruckventil versehen,um das System auf einem vorbestimmten Drucknivoau
zu halten, wenn der Zylinder 92 unter Druck gesetzt wird. Die Steuerung 97a
wählt den jeweiligen Ventilzustand als Reaktion auf die Drosselklappenstellung. Demzufolge sind zwei verschiedene ¥inkelbeziehungen zwischen den
Nockenwellen 81 und 82 vorgesehen, die sich danach richten, ob sich Druck im Zylinder 92 befindet, und dies ist wiederum davon abhängig^b ein Niedarbelastungs-
oder Hochbelastungszustand im Motor herrscht.
Wie aus den Figuren 2, 4 und 17 ersichtlich, enthält jeder Vergaser 20a
bis 2Od einen Hochbelastungskreis 50, einen Efiederbelastungskreis 60 und Anlasskreis 70 (siehe Figur 16) . Die Kreise 50 und 60 führen ein mageres
Gemisch mit dem korrekten Verhältnis dem jeweiligen Verbrennungsraum zu.
Der Anlasskreis 70 führt ebenfalls ein mageres Luft/Treibstoffgemisch dem
jeweiligen Verbrennungsraum zu, aber das Mischverhältnis kann einen etwas kleineren numerischen Wert aufweisen als das Mischungsverhältnis bei den
Kreisen 50 und 60, sodass wenn der Motor langsam warm wird, das kombinierte
Gemisch vom Anlasskreis und vom Niederbelastungskreis 60 etwa einem stoechiometrischen
Verhältnis entspricht. Wenn zum Anlassen des Motors 10 nur ein
£ η Q ρ /, q /
Luft/Treibstoffgemisch von Anlasskreis 70 verwendet wird, so ist dieses
mager (etwa 14:1) . 1(ienn das Gemisch mit Luft kombiniert wird, die tlber
eine Drosselklappe strömt,wird das Gemisch reicher,sodass das daraus resultierende
Gemisch geeignet ist. Die Drosselklappenventile 30a bis 3Od
( von denen das Drosselklappenventil 30b als Beispiel gezeigt ist), enthalten
einen Drosselklappenschaft 31 (Figuren 4,11,12 und 17), der drehbar in
der Wandung der Ansaugleitung gelagert ist. Das Ventil enthält ebenfalls eine am Schaft 31 befestigte Scheibe 32, die als Drosselklappe wirkt,
wenn sich der Schaft 31 dreht. Ein Drosselklappenarm 32a ist am Schaft 31
und an dem nicht gezeigten Vergaser befestigt. Durch Drehen des Armes 32a dreht sich der Schaft 31 mit und verstellt die Position der Drosselscheibe
32 im Ansaugrohr, um den Querschnitt im Ansaugrohr zu variieren, das für den Durchfluss von Flüssigkeit offen ist. Der ^inkel zwischen dem
Arm 32a und der Drosselscheibe 32 ist verstellbar. In Fig. 11 ist das
Drosselventil nahezu geschlossen dargestellt.
Wie aus Fig.17 ersichtlich, enthält der Vergaser 20c , der als repräsentativ
für die übrigen Vergaser am Motor der Fig. 2 gilt, ein.Vergaser-Gehäuse
300, das mit einer Wanne 301 versehen ist, welche Treibstoff 302 enthält. Der Hochbelastungskreis 50 besteht aus einem Behälter 303, der
ein Gehäuse 304 aufweist, in dem eine Membrane 305 angeordnet ist, ä-ie <3.as
Gehäuse 303 in eine gelüftete Kammer 306, die durch die Oeffnung 307 mit
der Atmosphäre in Verbindung steht und in eine Vakuumkammer 308, unterteilt.
Sin Kolben 309 ist verschiebbar in einer Bohrung 310 gelagert und wird von einer Feder 311 nach unten gedruckt. Vakuumöffnungen 312 befinden sich im
3oden des Kolbens 309, der zur Vakuumkammer 303 hin geöffnet ist. Der Kolben
κ η q a L Q ι η ο ι η
309 ist ebenfalls zum Hals des Vergasers 20c hin geöffnet. Vom unteren
Ende des Kolbens 309 steht eine axial gerichtete, konische Drosselnadel
314 vor. Diese Drosselnadel 314 passt in die Düse 3Ha4ViOTDeX die axiale
Position der Drosselnadel die effektive Oeffnung der Düse 314a "bestiemt.
Die Menge des durch die Düse 314a gelangenden Treibstoffes ist daher eine funktion des Druckes im Vergaserhals und von der axialen Position der Droaoel
nadel 314 in der Drosseldüse 314a. Je höher die Position des Kolbens 309
in Pig.4 und 17 , desto weiter ist die Drosseldüse 3Ha geöffnet. Sine
Hochbelastungs- Ausflussleitung 315 erstreckt sich von der Einlasedüse
im Vergaser zu einer Kammer 317, die mit der Vergaserwanne 317 in Verbindung steht. Ein perforiertes, offenes Röhrchen 318 (manchmal Emulsionsrohr genannt)
erhält Treibstoff von der Vergaserwanne 317. Der Treibstoff bewegt sich infolge des in der Leitung 315 unter Druck stehenden Luftstromes und
infolge des niederen Druckes in Vergaserhals 313 durch die Drosseldüse
3Ha. Die Luft die aus der Leitung 315 strömt, mischt sich mit Treibstoff und wird als sehr reiches Gemisch(manchmal Luft/Treibstoffemulsion genannt)
durch den Rest des Kreises transportiert. Der vorstehend beschriebene Teil des Vergasers bildet die Mittel, um den Treibstoff in den Luftstrom au
bringen und enthält einen Eochbelastungskreis, der den Treibstoff bei Hochbelastungszust'anden dem Verbrennungsraum zuführt.
Der Kiederbelastungskreis 60 enthält eine andere Lüftungsdüse 320 und
Lüftungsleitung 321. Die Lüftungsleitung 321 mündet in eine Kammer 322 in
der Vergaserwanne 301, weiche ebenfalls Treibstoff von der Vergaserwanne
erhält. Die Kammer 322 umschliesst ein perforiertes, mit offenen Enden
versehenes Röhrchen 323 (ri&nchnal auch Smulsionsrohr genannt) ,von de;i iireibot
κ η <j « /, Q / η ο /. η BAD original
über eine Ausflussleitung 324 infolge des Luftstroiaes in der Lüftungs leitung
321 und infolge des niederen Druckes in der Ausflussleitung im Bereich der Drosselklappe 30b ausfliesst. Wie beim Hochbelastungskreis
50 mischt sich die Luft von der Lüftungsleitung 321 mit Treib-· stoff und wird als Gemisch (manchmal Luft/Treibstoffemulsion genannt)
durch den Rest des Kreises transportiert. Der Kiederbelastungskreis 60
liefert die kleinere Treibstoffmenge, die für den Betrieb bei Nieder—
belastungssuständen notwendig ist und trägt ebenfalls zur Treibstoffzuftihrung
bei Hoclibelastungszuständen bei.
Die Punktion des Hoch- und Niederbelastungskreises 50 und 60 ist dem
Durchschnittsfachmann bekannt. Der Hochbelastungskreis 50 kann direkt
in den Vergaserhals 313 münden, wo der schnellströmende Luftstrom den Treibstoff zerstäubt und optimal vermischt. Der "Niederbelastungskreis,
bei dem ein Teil des Vermischens und Zerstäubens in· der Ausflussleitung
324 erfolgt, mündet im- Bereich der Drosselklappe 30b, wo die bestmöglichen
Zerstäubungs- und Mischbedingungen bei einem geringeren Luftstrom herrschen.
In beiden Fällen wird das aus dem jeweiligen Kreis ausströmende Gemisch mit weiterer Luft vermischt, die an der Drosselklappe 30b vorbeiströmt,
wodurch ein richtig proportioniertes mageres Gemisch entsteht, das dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Das Luft/Treibstoffverhältnis
des Gemisches, das dem Verbrennungsraum zugeführt wird, liegt vorzugsweise
zwischen 14 und 20.
¥ie aus Figur 11 ersichtlich, sind auf der oberen Seite der Ansaugleitung
und angrenzend an die obere Kante der Drosselscheibe 32, wenn die Drosselklappe
leicht geöffnet ist, Einlassöffnungen 33a angeordnet. Es können
Λ Λ Λ t :fS
und normalerweise sind auch mehr als eine Einlassöffnung 53a in einen
axialen Abstand voneinander in der Ansaugleitung angeordnet und. einige
können sogar von der genannten Lage aus stromaufwärts angeordnet sein.
Der vorstehend "beschriebene Vergaser ist im Handel als SU-Typ Vergaser
mit einem Niedergeschwindigkeitskreis bekannt.
Einige sachdienliche Details des Anlaufkreises 70 sind in Pig. 16 gezeigt.
Eine Kammer 330 im Vergasergehäuse "erhält Luft von der Vergaaerwanne
301 über die Leitung 331 · Ein perforiertes, mit offenen Enden
versehenes Röhrchen 332 (manchmal auch ein Emulsionsrohr genannt , das
die gleichen Eigenschaften wie die Emulsionsrohre der Preise 50 und 60
aufweist) erhält Treibstoff von der Vergaserwanne 301,der dann mit Luft
aus der Leitung 33t· vermischt wird. Eine Luftleitung 333 erstreckt sich von einem Bereich der stromaufwärts vom Drosselventil liegt, bis zu
einem Anlassventil 334. Eine Verlängerung 335 der Luftleitung 333 mündet an den Einlassöffnungen 336 in die Ansaugleitungen 12a bis 12d. Treibstoff
wird zusammen mit einem Teil mitgerissener Luft (Luft/Treibstoffemulsion) über eine Treibstoffleitung 337, die beim Anlasserventilsitz 338 endet,
aus der Vergaserwanne 301 gesaugt.
Das Anlasserventil 334 enthält den Ventilsitz 338 und einen Kolben 339 .
Der Kolben 339 weist einen Kopf 340 auf, der von einer Feder 341 in Sichtung
des Ventilsitzes 338 gedrückt wird. ¥enn der olben 339 nicht nach oben
gehoben wird, ist der Ventilsitz 338 durch den ^olbenkopf 340 verschlossen.
Der Kolbenkopf 340 verschliesst ebenfalls die Luftöffnungen 333, wenn der
Kolben 3 £.9 den Ventilsitz 338 abschliesst.
Beim Anlassen des Motors wird die Drosselklappe normalerweise geschlossen
gehalten. Ein konventioneller Anlasser dreht den ^otor, und ein Handgriff
(nicht gezeigt) wird gezogen um den Kolben 339 in clie mit strichpunktierten
Linien dargestellte Position in Figur 16 anzuheben. Der Kopf 334 wird dadurch
in die Aussparung 342 bewegt, wodurch Mift durch die Leitung 333
strömen kann. Ueber die Leitung 337 wird Treibstoff angesaugt und mit der
Luft in der Verlängerungsleitung 335 vermischt. Das Gemisch ist gut zerstäubt und strömt als gleichmässige Füllung durch die Einlassöffnung
336 stromabwärts von der Drosselklappe in die Ansaugleitung. Der Kolben
339 wird offen gehaltenBnachdem der Motor läuft und sich die Drosselklappe
geöffnet hat und wird -offengehalten, bis der Motor warm genug ist, dass
er mit dem Gemisch vom Niederbelastungskreis arbeitet. Während dieser Aufwärmperiode,
die normalerweise etwa 20 Sekunden dauert, zieht der 11OtOr
das Luft/Treibstoffgemisch sowohl vom Anlass- als auch von Niederbelastungskreis.
Nachdem der Motor warm ist, eventuell etwa 20° Celsius oder höher, wird der Kolben 339 los gelassen und der Anlasskreis ausgeschaltet.
Bei Verwendung des Anlasskreises ist das dem Verbrennungsraum zugeführte
Gemisch oftmals nicht so mager wie das Gemisch, das bei Niederbelastungsund
Hochbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt wird, wenn der
Motor warm und der Anlasskreis ausgeschaltet ist. Statt dessen weist das
Gemisch, das beim Anlassen und beim Aufwärmen des Motors vom kombinierten ■k-usstoss aus dem Anlass- und Niederbelastungskreis stammt, vorzugsweise
ein Luft/Treibstoffverhältnis zwischen ungefähr 14 und 16 auf, da das
Gemisch,das vom Anlasskreis stammt, wesentlich reicher ist, weil beim Anlassen
des Motors ziemlich wenig Luft angesaugt wircL um das Gemisch zu verdünnen.
Dieser Bereich erstreckt sich über beide Seiten dos 3tc3chioir.ctrisel".cri ~
Verhältnisses hinaus. Im Vergleich mit den ICischungsverhält: ' 'Λ von
8 oder 9 bei bekannten Standardvergasern, ist dieses Gemisch sehr mager.
Ausserdem liegt dieses Gemisch beim Warmlaufen des Motors im mageren
Bereich und verbleibt nicht oder wird nicht, überreich wie das bei manuellen
oder automatischen Chokes beim Aufwärmen des Motors der Fall ist.
Der •"•nlasskreis produziert ein Gemisch, das-nahezu ein stoschiocetrischcs
Gemisch bildet, das den Motor antreibt, weil beim Gebrauch eines separaten
Anlasskreises zur Erzeugung des Luft/Treibstoffgemisches ein gut verstäubtes
und einheitliches Gemisch entsteht. Dies ist speziell wichtig während des Anlassens und Aufwärmens des Motors, da dann die Vandunj der
Ansaugleitung noch nicht auf-eine Temperatur aufgewärmt ist, bei der der
aus dem Gemisch entfernte Treibstoff in einem sich langsam bewegenden Luftstrom zerstäubt wird.
Ss ist eine nachteilige Eigenschaft, dass ein Teil des Treibstoffes von
Niederbelastungskreis sich als Film an der Wandung der Ansaugleitung
zwischen Vergaser und Drosselklappe niederschlägt . Dieser Kreis ist bei
Niederbelastung3zuständen von Bedeutung, wenn das Volumen und die durchschnittliche
Luftgeschwindigkeit durch die Ansaugleitung reduziert ist. Es sind Zeri>täubungsiaittel vorgesehen,um den Treibstoff in das Luft/Treibstoffgemisch
zurückzuführen.
Ein solches Zerstäubungsiaittel ist ein Treibstoffiliz- Auffangcittel 33
das in der Innenwandung der Ansaugleitung in Ströaunj^richtunj gesc/.on,
c ο ίο ο / η i s\ η ι λ BAD ORIGINAL
nach den Einlassöffnungen 3oa dos Nieaerbelastungökreises 60 angeordnet
Ist (siehe Fig.11) . ^in Treibstoffila, der an der Wandung der Ansaujle
haftet, wird infolge der Reibung die von der dui-ch die Ansaugleitung
strömenden Luft erzeugt wird, in Richtung einer Vat 3Jb bewegt.
Die Nut 33b ist iia oberen Teil der Ansaugleitung angeordnet und erstreckt
sich über einen Bereich von etwa 180° in der Innenvrandung der -^nsaugleivaiig.
Die Ebene; in der die Wut 33b liegt, ist gegen den Schaft 51 der Drosselklappe
30c gerichtet. Ein Teil einer Hülse 34 ist in oberen Teil der Innenwandung
der Ansaugleitung angeordnet und ragt teilweise in die Nut 33b, sodass
diese teilweise abgeschirmt wird. Die Eülse 34 dient dazu, den in die
Nut 33b fliessenden Treibstoff festzuhalten. Der flüssige Treibstoff in der Nutt 33b fliesst dann in dieser Nut 33'b in Richtung der Enden des Schaftes
31 nach unten. Angrenzend and die Enden des Schafts 31 sind Ablenkteile und 3o an der Drosselscheibe 32 angeordnet. Die Oberflächen 35a und 36a
erstrecken sich von nahe den Schaftenden bis in die Nähe des unteren Mittelpunktes
der Scheibe 32 .
Der flüssige Treibstoff fliesst aus der Nut 33b auf die Oberflächen 35a
und 36a. Diese beiden Oberflächen leiten den flüssigen Treibstoff nach unten und nach innen, wobei der Treibstoff von der Oberfläche 35a und 36a in den
Luftstrom unterhalb der Scheibe tropft. In der Nähe der Scheibenunterseite
ist der Luftstrom sehr schnell (nahezu Schallgeschwindigkeit^ wodurch der
Treibstoff rasch aufgefangen und im Luftstrom weitertransportiert wird.
Ein weiteres Zerstäubungsmittel wird durch den Abschnitt 17 der Ansaugleitung
gebildet, der an den liinlassventilsitz angrenzt. Die Innenwandung
■■'■"■' BAD ORIGINAL
in diesem Abschnitt weist eine erhöhte Temperatur auf, die etwa zwischen
90° Colsius und 135° Celsius gehalten werden sollte. 2oi flüscijlceitj^okühlten
Motoren werden bei etwa 110° Celsius optimale lirgebnieso erziolt,
da ein Treibstoffilm bei dieser Temperatur verdampft. Die Temperatur
sollte aber wiederum nicht so hoch sein, dass das gesamte Gemisch erhitzt
wird, da dies ein Nachteil wäre . Wandteaperaturen zwischen ungefähr 90°
Celsius und 135° Celsius scheinen diesen Nachteil zu verhindern. Jedcc
der beiden Zerstäubungsmittel (die wärme Wandung 1y und die Nut 35b)
kann vorteilhaft allein verwendet werden. Der Gebrauch von beiden 2erstäubungsmittein
zusammen ist noch vorteilhafter.
Der Ausdruck "Zerstäuben" bezeichnet lediglich den ^ebergang des flüusijen
Treibstoffes in das Luft/Treibstoffgemisch und bedeutet nicht unbedingt, dass der Treibstoff in ein Gas umgewandelt wird. In der Tat befindet eich
der überwiegende Teil des Treibstoffes in kleinen Tröpfchen im Gemisch,,
die aber auf Grund des niederen Siedepunktes des Treibstoffes zum Teil auch
von Treibstoffgas umgeben sind. Der Ausdruck "Zerstäuben" ist im weiter.
Sinne für die Entfernung der Flüssigkeit von einer Oberfläche und deren Einbringung in den Gemischstrom gebraucht.
Vienn ein Aluminiumzylinder mit einer Bohrung von etwa 70 bis 90 mn verwendet
wird, ist eine axiale Länge des Abschnitts 17 von etwa 60 "biü 70
mm sinnvoll. Die Materialdicke des Zylinderkopfes angrenzend an die Ansaugleitung
sollte etwa 13 bis 15 mm betragen. Die Wanddicke im Abschnitt sollte nicht weniger als 6 mm sein. Es wird auf die Tatsache hingewiesen,
dass die Zylinderkopf dicke bei konventionellen Zylindern nur etwa 9·'·ω
cn Q a/. Q
BAD ORIGINAL
und die Vianddicke der Absaugleitung nur etwa 4 ram. beträgt . Die grössere
Katerialciicke, speziell in der Verbrennungsraumkuppel in dieser Erfindung,
sorgt für eine gute Leitung der tfärrae in den Abschnitt 17 und schirmt
diesen Abschnitt gegen einen eventuell verwendeten Kühlmantel ab.
Die in Figur 2 und 7 gezeigte Ausfuhrungsform rait der erwärmten Wandung
arbeitet ohne Isolierung oder Ummantelung im gewünschten Temperaturbereich.
. Dennoch kann dieser Abschnitt auch isoliert oder mit einem Heizmantel versehen und durch heisse Auspuffgase erwärmt werden, falls
dies notwendig ist.
Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, ist jede Ansaugleitung mit ihren
entsprechenden Zylinder verbunden. Diese Anordnung ist auch in den
■figuren 5 und 6 dargestellt, wo zusätzliche Details einer bevorzugten
Ausführungsform des Zylinderkopfes H gezeigt sind. Der Zylinderkopf E
enthält zv?ei halbkugelf b'rmige Wände H1 und K2j wobei in jeder je eine
Ventilöffnung angeordnet ist. Rund um den Aussenumfang ist eine Quetsch—
zone H3 angeordnet, die aus einer flachen Schulter gebildet ist, die in Sichtung des Kolbens gerichtet ist und vom Kolben beim oberen Totpunkt
nahezu berührt wird.
Solche Quetschzonen sind im Motorenbau bekannt. Wenn sich der Kolben;
dieser Quetschzone nähert , wird die Flüssigkeit in dieser Zone heraus*-
gedrückt und erzeugt eine wünschenswerte Turbulenz im Gemisch.
Die Flammfprtpflanzung in mageren Gemischen ist weniger stabil^und. die
■ Zündbarkeit ist weniger verlässlich als die Flammfortpflanzung und die
^ündbarkeit bei reichen Gemischen. Mittel welche die Flammfortpflanzung
und die Zündbarkeit eines mageren Gemisches verbessern können, verbessern auch die Laufeigenschaften des Fahrzeuges und die Treibstoffwirtschaftlichkeit.
Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung einer Quetschzone und zweier hemisphärischer Abschnitte im Zylinderkopf die Flammfortfplanzung
wirklich verbessert.
Die jeweiligen Zündkerzen 11, 12, 15 und 14 sind in der Umgebung der
Grenzlinie zwischen den beiden hemisphärischen Wandungen H1 und H2 des
jeweiligen Zylinders angeordnet.
HC-Verunreinigungen können durch die Verwendung eines thermischen Reaktors
40 reduziert werden, der die aus den Auslassöffnungen ausströmenden Auspuffgase aufnimmt und auf einer erhöhten Temperatur hält, damit das HC
durch den im Auspuffgas verbliebenen Sauerstoff oxydiert wird.Solch ein
Reaktor 40 bildet einen Teil der Auspuffmittel. Ein brauchbarer thermischer
Reaktor 40 ist in den Figuren 2, 4 und 14 gezeigt. Der Reaktor 40 enthält ein äusseres Gehäuse 41 und ein zwischen diesem und der Auspuffleitung
14 liegendes inneres Gehäuse 42. Ein Zwischenraum 43 liegt zwischen
den beiden Gehäusen 41 und 42. Dieser Zwischenraum 43 kann mit einem guten Isoliermaterial oder einfach mit Luft gefüllt werden, die ebenfalls als
Isolierung dient. Dieser Zwischenraum 43 und was auch immer darin eingefüllt ist , dient als Isoliermittel um den Reaktor durch Zurückhaltung
seiner Wärme heiss zu halten.
Ein Lüftungsschlitz 350 ist zwischen der Aussenwand der Auspuffleitung
14 und dem inneren Gehäuse 42 angeordnet-, damit die Auspuffleitung 14
gekühlt werden kann. Dieser Lüftungsschlitz verhindert auch eine Ueberhitzung
des Reaktors 40.
Ein Lüftungsstutzen 351 nimmt Kühlluft auf, die in den Lüftungsschlitz
350 geleitet wird. Der Lüftungsschlitz 350 enthält eine Auslassöffnung
352, die mit einem wärmeempfindlichen und thermisch ansprechbaren Auslassventil 353 versehen ist, das den Durchstrom durch die Auslassöffnung
352 kontrolliert. Ein mit einem Bimetallelement versehenes Ventil, welches der Reaktortemperatur ausgesetzt ist, ist ein Beispiel für ein
solches Auslassventil 353· Das thermisch ansprechbare Ventil 353 gestattet bei hoher Reaktortemperatur einen grösseren Luftdurchstrom als bei einer
niederen Reaktortemperatur, wodurch eine geeignete. Temperatur im Reaktor beibehalten wird.
Um die Bildung von NOx zu verhindern, werden die Auspuffgase durch eine
Oeffnung 44 (siehe Fig. 4) aus dem Reaktor entzogen und durch einen Kühler 45·, ein Auspuffgaskontrollventil 46 und letztendlich durch eine
Leitung 44b zum Auspuffgasruckführventil V geleitet. Ein konventionelles
Auspuffgaskontrollventil 46 enthält einen membranbetätigten Kalben 46b, dessen Bewegung durch ein Vakuum in der Leitung '. 2 ο über der Membrane
46a erzeugt wird. Bei richtigem Ansaugdruck ist das Ventil 46 geöffnet, wodurch ein Teil der Auspuffgase" durch die Leitung 44b in das Ventil V
und von da in die Ansaugleitung zurückgeleitet wird.
Nachstehend wird nun die Ausführungsform nach den Figuren 7 bis 9 beschrieben.
cnoo/ö /n-i/.n BAD ORIGINAL
Der Prinzipielle Unterschied zwischen der Ausführungsförra nach den.Figuren
2 bis 6 und der Ausführungsform.,der Figuren 7 bis 9 besteht darin, dass
in den Figuren 7 bis 9 nur eine Drosselklappe zur Steuerung des Luftstromes
für eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen vorgesehen ist, während in den Figuren
2 bis 6 eine Drosselklappe für jeden Verbrennungsraum vorhanden ist.
In den Figuren 7 bis 9 ist ein Viertaktverbrennungsmotor 100 gezeigt, der
vier Verbrennungsräume 111a, 111b, 111c und 111d aufweist. Da alle
Verbrennungsräume.·gleich gestaltet sind, ist nur der Verbrennungsraum 111b
in Figur 8 detailliert gezeigt.Die Ansaug- und Auspuffventile 115, 116
sind hintereinander in abwechselnder Reihenfolge im Zylinderkopf angeordnet und sind jeweils gegen den dazugehörenden Einlassventilsitz 115a oder Auslassventilsitz
116a bewegbar, um die Ansaugb'ffnung 115b oder die Auspufföffnung 116b zu verschliessen oder in umgekehrter Richtung zu öffnen.
Wie aus Figur 8 ersichtlich, weist eine Nockenwelle 181 für jedes Ventil
115» 116 eine Nocke 181a auf, um die Ventile 115, 116 über eine konventionelle
Kipphebelvorrichtung 181b zu öffnen. Rückführfederη 181c schliessen die
Ventile, wenn diese nicht durch die Nocken 181 a-,geöffnet sind. In dieser
Ausführungsform wird nur eine Nockenwelle 181 verwendet, an der die Nocken
181a angeordnet sind.
Wie ebenfalls in Figur 8 gezeigt , enthält ein Vergaser 120 zwei Düsenhülsen
121 und 122, die jeweils ein Luft/Treibstoffgemisch in Richtung einer
Drosselklappe 130 nach unten leiten . Die DüsenhUlse.121 bildet zusammen
mit den entsprechenden Treibstoffleitungen einen Hochbelastungskreis , mit dem
509849/0240
245Q977
das Gemisch, bei Hochbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt
wird, während die Düsenhülse 122 zusammen mit den entsprechenden Treibstoff
leitungen einen Niederbelastungkreis bildet, mit dem das Gemisch bei Eiederbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Der
letztgenannte Kreis arbeitet auch bei Hochbelastungszuständen. Beide
Kreise erzeugen eine magere Mischung, vorzugsweise in einem Mischbereich zwischen 16 und 20. Die Drosselklappenmittel 130 enthalten eine Drosselklappe
für jede der Düsenhülsen 121 und 122, wobei diese Drosselklappen miteinander koordiniert sind und für die gleiche -"-nzahl von Verbrennungsräumen
verwendet werden. Es wird daher von einer Einzeldrossel gesprochen.
Der in Figur 8 dargestellte Vergaser 120 ist ein konventioneller Vergaser
und weist keine speziellen Merkmale auf. Die Punktion des Vergasers ist
dieselbe wie beim Vergaser 20, indem er Luft von einem Luftfilter A erhalt und eine bestimmte Menge Treibstoff durch die Düsenhülsen in den Luftstrom
mischt, um ein Luft/Treibstoffgemisch zu bilden, das in die Ansaugleitung 112 strömt. Der Ansaugverteiler leitet das Luft/Treibstoffgemisch dann
über die Ansaugleitungen 112a, 112b, 112c und 112d in den jeweiligen
Verbrennungsraum. Die Ansaugleitungen 112a bis 112d sind Zweige des Ansaugverteilers
, die mit dem jeweiligen Verbrennungsraum verbunden sind.
Der Vergaser 120 enthält ebenfalls einen Anlasskreis 70 des in Figur 16
dargestellten Typs und wird für denselben Zweck und in der gleichen Weise verwendet und daher auch nicht in Figur 8 gezeigt. Das Gemisch vom Anlasskreis
70 strömt durch eine Oeffnung 312a unterhalb der Drosselklappe 130 in den Ansaugverteiler. Der Anlasskreis 70 arbeitet in der gleichen Weise
wie in der Ausfuhrungsform nach Figur 2.
509849/0240
- 3ο -
Auspuffleitungen 114a, 114b, 114c und 114d sind mit den Auspufföffnungen
116b verbunden und leiten diese in ein Auspuffsystem 147» das einen
thermischen Reaktor 140 enthält, der mit dem thermischen Reaktor 40
identisch ist.
Bin Abschnitt 280 der Ansaugleitung 112b entspricht in Konstruktion ,
Zweck und Wirkung dem bereits beschriebenem Abschnitt 17 und ist ebenfalls angrenzend an die Ansaugöffnung angeordnet, um an der Ansaugleitung
haftenden Treibstoff zu verdampfen. Der Abschnitt 280 ist ebenfalls nicht ummantelt oder gekühlt und arbeitet im selben Temperaturbereich und für
denselben Zweck wie der Abschnitt 17. In einem Fallstromvergaser ist dio Treibstoffilm- Sammelnut normalerweise nicht angewendet, da nicht derselbe.
Treibstoffilmzustand wie bei einem Querstromvergaser nach Pig.2 herrscht,
wo solch eine Samiaelnut vorteilhaft verwendet wird. In einer Ansaugverteileranordnung
wie in Fig.7 gezeigt, ist der an jede Ansaugöffnung angrenzende
Abschnitt 280 oft ausreichend genug, um den flüssigen Treibstoff zu verdampfen,
der an der Ansaugleitung haftet oder an dieser entlang fliesst.
AuspuffgasrückfUhrmittel,143 zur Minimalisierung des NOx-Ausstosses sind
gleich wie die in Fig. 2 bis 6 verwendeten Rückführmittel,indem die
Auspuffgase durch eine Oeffnung 144 aus dem Reaktor 140 gezogen werden. Das Auspuffgas strömt dann durch eine Leitung 144a, durch ein Kühlsystem 145,
durch ein Auspuffgasrückführventil 146 und durch eine Leitung 144b in den
Ansaugverteiler zurück. Das Ruckführventil 146 wird durch ein Vakuum in der Leitung 112a gesteuert, welche unterhalb der Drosselklappe am Ansaugverteiler
befestigt ist. Da alle Ansaugöffnungen direkt mit dem Ansaugverteiler in Verbindung stehen, werden keine Trennmittel verwendet, wie in
5098A9/0240
den Figuren 19 und 20 gezeigt sind. Dieses System enthält ebenfalls
kein Ventil V wie in den Figuren 19 und 20 gezeigt.
In dieser Ausführungsform sind Zündverzögerungsmittel für Niederbelastungs—
zustände vorgesehen. Wie aus. Fig. 9 ersichtlich, enthält das Zündsystem einen konventionellen Unterbrecher, der auf einer rotierbaren Platte 240
befestigt ist, die über eine Steuerung 242 im Rahmen 241 gedreht wird.. Die Steuerung 240 enthält einen Stab 243» von dem ein Ende mittels
eines Stiftes 244 an der rotierbaren Platte befestigt ist. Das andere Ende ist an einer Membrane 245 befestigt, die in einem Gehäuse 246 angeordnet
ist, das eine Vakuumkammer 247 und eine gelüftete Kammer 248 enthält . Eine Feder 249 drückt die Membrane 245 und daher den Stab 243 in
der Fig. 9 nach unten. Eine Zunahme des Vakuums in der Kammer 247 verursacht
eine Bewegung des Stabes 243 in der Figur 9 nach oben. Eine Vakuumleitung
25O verbindet die Vakuumkammer 247 mit dem Ansaugverteiler, sodass sich
bei zunehmendem Vakuum, das heisst wenn der Druck im Ansaugverteiler, abnimmt,
die Stange 243 nach oben bewegt und dabei die Unterbrecherplatte gegen den Uhrzeigersinn dreht und die Oeffnungszeit der Unterbrecherkontakte
verändert,wodurch die Position der Unterbrecherkontakte relativ zur Nockenwelle
verändert wird .. Auf Grund dieser Veränderung der Unterbrecherpunkte
in Bezug auf die Nockenwelle wird der Effekt der Zündverzögerung erzielt. Hoher Ansaugdruck verursacht eine entgegengesetzte Wirkung und
beschleunigt die Zündung.
Der in Fig. 9 gezeigte Verteiler unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen konventionellen Ausführung , die für den Motor nach den
Figuren 2 bis 6 geeignet ist, durch die Verwendung eines konventionellen
509849/0240
ersten Satzes von Unterbrecherlcontakten 251 und eines zweiten Satzes
von Unterbrecherpunkten 252. Der erste Satz 251 steuert die Zündung bei
Hochbelastiiingszuständen (und wird für alle Belastungszustände für den Motor
in den Figuren 2 bis 6 verwendet). Der zweite Satz 252 wird für einen Motor nach den Figuren 7 bis 9 verwendet und steuert die Zündung bei Niederbelastungszuständen.
Die Wirkung der Unterbrecherplatte stimmt mit der Standardpraxis überein und spricht , wie vorstehend beschrieben^ auf den
Ansaugdruck an, wenn der zweite Satz der Unterbrecherkontakte nicht verwendet wird oder wenn Hochbelaatungszustan.de herrschen, wo nur der erste
Satz der Unterbrecherkontakte für die Zündung benötigt wird.
Die in Figur 9 dargestellte Konstruktion ist mit steuerbaren Zündverzögerungsmitteln 255 versehen, die dazu dienen, den zweiten Satz der Unterbrecherkontakte
252 zu steuern, sodass bei Niederbelastungszuständen an Stelle
des ersten Satzes 251 der zweite Satz 252 die Zündung steuert und das
Gemisch im Verbrennungsraum zündet.Der zweite Satz 252 ist auf der Platte
in einem Winkel relativ zum ersten Satz versetzt angeordnet, wodurch sich
ο ο eine Zündverzögerung von ungefähr 1o bis 15 relativ zum ersten Satz
251 ergibt. Das heisst, die Nooke 256, die den zweiten Satz der Unterbrecherpunkte
öffnet, öffnet diese etwas später als die Unterbrecherpunkte des ersten Satzes. Daraus ergibt sich, dass die Zündverzögerung eine Funktion
des Winkelabstandes zwischen den beiden Sätzen von Unterbrecherpunkten auf der rotierenden Platte ist. Die dargestellte Ausführung weist eine
Ueberlapp-Periode auf, während der beide Sätze gleichzeitig offen sind.
Der erste Satz öffnet und schliesst inmer zuerst und der .zweite Satz öffnet
nach dem ersten und schliesst vor dem zweiten.
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Die in S1Ig-. 9 dargestellte AusfUhrungsfonii weist eine typische bekannte
TJnterbrechernoclce 256 auf der Unterbrecherwelle 257 auf. Die Unterbrecherwelle
257 ist auf die Kurbelwelle abgestimmt und wird von dieser angetrieben.
Der Zündkreis selbst ist eine konventionelle Ausführungsform. Ein Anschluss
der Batterie weist Körperschluss auf, während der andere Anschluss mit dem Zündschalter 262 verbunden ist. Der Zündschalter 262 wiederum
ist mit einer konventionellen Induktionsspule 263 verbunden, wobei einer ihrer Anschlüsse mit dem Rotor 264 eines Zündverteilers D verbunden ist.
Der Zündverteiler D ist mit vier Kontakten 1,2,3 und 4 versehen, die mit den jeweiligen Zündkerzen in den Zylindern korrespondieren und mit
der jeweiligen Zündkerze 11 bis 14 verbunden sind, welche wiederum an
der Masse 266 geerdet sind.
Die steuerbaren Zündverzögerungsmittel 255 enthalten ebenfalls einen
normalerweise geschlossenen Drosselklappenschalter 270, der an einem Arm 271 der Drosselklappe 130 befestigt ist. Die gezeigte Verbindung
verursacht gleichzeitig eine Rotation der Drosselklappe und der Schalterplatte 272. Wenn das Drosselventil geschlossen oder nahezu geschlossen
(Hiederbelastungszustände) ist, ist die Schaltplatte 272 soweit rotiert
worden, dass diese einen Stift 272a nach unten drückt und den Schalter durch Trennung der Kontakte 272b und 272c öffnet. Der Kontakt 272b ist
auf einem Federarm 272d befestigt. Durch Oeffnen der Drosselklappe 130
unter Hochbelastungszuständen dreht die Schaltplatte 272 im Uhrzeigersinn nach oben, wodurch der Schalter 270 geschlossen wird.
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Ein Anschluss des Drosselklappenschalters 270 ist an der ^asse 275 geerdet,
während der andere Anschluss mit der Spule 275 eines Relais 274 verbunden ist. Der andere Anschluss der Spule 275 ist mit einem Anschluss der
Batterie verbunden. Das Relais 274 enthält einen Schalterteil 276 , der mit zwei Selektionsanschlüssen 277 und 278 und mit einem festen Anschluss
279 versehen ist . Der erste Satz Unterbrecherpunkte 251 ist am festen Anschluss 279 angeschlossen. Der zweite Satz Unterbrecherpunkte 252 ist
am Anschluss 278 angeschlossen. Der Anschluss 277 ist mit keinem Schaltkreis
verbunden. Der Schalterteil 276 ist federbelastet und steht normalerweise mit dem Anschluss 278 in Verbindung . Wenn die Spule 275 des Relais
274 Strom führt , stellt der Schalter 276 einen Kontakt mit dem Anschluss 277"her.
Wenn bei einem Niederbelastungszustand die Drosselklappe 130 nahezu geschlossen
ist, ist der Schalter 272 offen, wodurch das Relais 274 nicht betätigt wird. Fig. 9 zeigt das Relais 274 in der normalen, nicht aktivierten
Position^ in welcher der erste ^nterbrechersatz keinen Strom
führt während der zweite Unterbrechersatz 251 über den festen Anschluss
279 eingeschaltet und aktiv ist. Demzufolge wird bei Niederbelastungszuständen
nur der zweite Unterbrechersatz 252 zur Zündung der Zündkerzen
verwendet. Auf diese Weise wird die Zündung relativ zum Zündpunkt des ersten Unterbrechersatzes 251 verzögert, wenn dieser an Stelle des zweiten
Satzes 252 verwendet worden wäre. Obwohl beide Unterbrechersätzo 251 und 252 am Schaltkreis angeschlossen sind, ist nur der zweite Satz 252 bei
Kiederbelastungszuständen in Betrieb. Dies ergibt sich daraus, dass wenn
der erste Satz 251 geöffnet ist, der zweite Satz 252 immer noch geschlossen ist und den Schaltkreis erdet. Kur wenn der zweite Satz 252 ebenfalls ge-
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öffnet ist, erfolgt die Zündung. Dies erfordert eine AusfUhrungsform
für die beiden Unterbrechersätze 251 und 252 , die einen Zustand ermöglicht
, in dem der erste Satz 251 schon offen ist, wenn sich der zweite Satz 252 öffnet. Es können natürlich auch andere Schaltkreise
und Unterbrecherpunktgestaltungen verwendet werden, die dieselbe Funktion erfüllen. Bei jeder Ausführungsform die verwendet wird, ist die Wahl der
Zündung, ob verzögert oder nicht verzögert, voncer jeweiligen Stellung
der Drosselklappe 15Q abhängig.
Wenn die Drosselklappe 130 geöffnet ist, typisch für Hochbelastungszustände,
ist der Drosselklappenschalter 270 geschlossen, sodass das Relais 274 Strom führt, wodurch im Schalterteil 276 die Anschlüsse 277 und 279 miteinander
verbunden werden. Dadurch wird der zweite Unterbrechersatz 252 getrennt, sodass nur der erste Unterbrechersatz 251 für die Zündung wirksam
ist. Auf diese Weise wird eine beschleunigte Zündung erzielt.
In der Ausführungsform des Motors nach den Figuren 7 bis 9 beginnt sich das
Ansaugventil 115 von seinem Sitz zu heben , das heisst die Ansaugventilöffnung freizugeben , bevor das Auspuffventil 116 bei einem Kurbelwinkel
zwischen ungefähr 20° bis 80° (Ueberlappung) geschlossen ist. Diese
Einstellung optimalisiert die Menge der Rückstandsauspuffgase für den Hochbelastungsbetrieb eines Motors. ¥enn nun die Drosselklappe zur Verlangsamung
des Motors geschlossen würde, würden sich Fehlzündungen ergeben,
da der Wert des Rückstand3bruches bei der Verminderung der Luftströmung
ansteigt und keine Mittel ir.; iiotor vorhanden sind, um die Ventilüberlappung zu verändern. Dieser Tendenz des Rückstandsbruches muss entgegengetreten
werden. Da .die Menge der Gasrückstände nicht kontrollierbar
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ist ( die Ueberlappung in dieaar Ausführungsform ist nicht variierbar),
kann Abhilfe nur durch Erhöhung der Strömung der angesaugten Gase und dadurch eine Reduktion des numerischen Wertes des Rückstandsbruches geschaffen
werden.
Dies wird durch die nachstehend beschriebene Korabination der Drosselklappe
und der Zündeinstellung erreicht. Die Drosselklappe 130 wird bei Niederbelastungszustanden
in eine etwas weiter als normal geöffnete Position eingestellt, sodass wenn der Zündzeitpunkt in der normalen Leerlaufstellung
beibehalten wird, der Motor etwas schneller laufen würde ( die Winkelbeziehung zwischen Arm 271 und Drosselklappe 130 ist verstellbar). Wird
nun die Drosselklappe 130 in der eingestellten Position gehalten, wenn
der„Motor bei Niederbelastungszuständen läuft, so wird die Zündung vorzugsweise
um etwa 5 bis 10 Grad nach dem oberen Totpunkt verzögert und der Motor auf eine akzeptierbar niedere Geschwindigkeit verlangsamt. Dies kann
ebenfalls als eine Verzögerung der Zündung zur Verlangsamung der Geschwindigkeit
angesehen werden, die durch ein geringes Oeffnen der Drosselklappe
130 beibehalten wird. Beim Oeffnen der Drosselklappe 130 erhöht sich der.
Ansaugdruck , wodurch der Differenzdruck zwischen Ansaug- und Auspuffdruck abnimmt und die Tendenz des RUckstandsbruches zuzunehmen, umgekehrt
wird. Es hat sich herausgestellt, dass wenn die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugdruck und dem Auspuffdruck zunimmt, das heisst wenn der Ansaugdruck
abnimmt, und beide Ventile geöffnet werden, die Strömung des neuen
Gemisches in den Verbrennungsraum in Folge der Abnahme der Druckdifferenz
zwischen den Ansaug- und Auspuffleitungen abnimmt. Dies tendiert sowohl
zu einer Erhöhung der GasrUckstände als auch zu einer Abnahme der Menge
des neuen Gemisches. Durch die erfindungsgemässe Einrichtung wird beim
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Oeffnen der Drosselklappe 130 der Ansaugdruck erhöht und die Druckdifferenz
abgebaut, wodurch dem vorstehend genannten Effekt entgegengewirkt wird, sodass die Entfernung der Gasrückstände optimalisiert und die dem
Verbrennungsraum zugeführte Menge des Gemisches erhöht wird. Das was die Geschwindigkeit des Motors erhöht hätte, ist durch Verwendung des Unterbrechersatzes,
der die Zündung verzögert, verhindert worden. Demzufolge wird der numerische Wert des Rückstandsbruches bei Niederbelastungszuständen
auf einen Wert reduziert, bei welchem der Motor ohne Fehlzündungen läuft . Die vorstehend beschriebene Wirkungsweise setzt voraus, dass der
Vergaser des Motors Luft mit einem Umgebungsdruck erhält.
Bei Hochbelastungszuständen wird die Zündung durch den ersten Unterbrechersatz
gesteuert, wodurch die Zündung relativ zur anderen, verzögerten Zündung, die nur für Niederbelastungszustände verwendet wird, beschleunigt
wird, sodass der Motor mit höherer Geschwindigkeit und bester Wirtschaftlichkeit
arbeiten kann.
In Figur 18 ist ein Einspritzhahn 360 gezeigt, der den Treibstoff in
jede der Ansaugleitungen 12a bis 12d oder in den Ansaugverteiler 112
hinter der Drosselklappe in den Luftstrom einspritzt. Der Einspritzhahn 160 kann entweder kontonuierlich oder in Intervallen einspritzen, wobei
die kontinuierliche Einspritzung für Ansaugverteiler verwendet wird, die mehr als einen Verbrennungsraum versorgen, withrend die Intervalleinspritzung
vorteilhaft dort verwendet wird, wo für jede Ansaugleitung für einen Verbrennungsraum ein Einspritzhahn vorgesehen ist. Bei der
letztgenannten Ausführungsform sollte der Treibstoffstrora nicht zur
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Ansaugöffnung gelangen, wenn beide Ventile offen sind. In der Praxis wird
dies durch Stoppen des Treibstoffstromes in einem Bereich, von etwa 30 bis
etwa 150° nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtaktes erreicht. Der hier
verwendete Ausdruck "Treibstoffeinspritzung" bezieht sich lediglich auf die Einspritzung des Treibstoffes in die Ansaugleitung zwischen der Drosselklappe
und der Ansaugöffnung und schliesst die direkte Einspritzung des Treibstoffes in den Verbrennungsraum aus.
Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Einrichtungen und Methoden
können besser verstanden werden, wenn einige der Bedingungen betrachtet werden, die in einem Zylinder während der Vollendung des Ausstosstaktes
und während des Beginns des Ansaugtaktes herrschen. Der Druck in der Auspuffleitung
erreicht nahezu atmosphärischen Druck, da es sich um eine relativ grosse Leitung handelt. Der Druck in der Ansaugleitung oder im Ansaugverteiler
nach dem Vergaser variiert und hängt hauptsächlich von der Drosselklappeneinstellung ab. Vor dem Vergaser herrscht oder ist nahezu
Umgebungsdruck, das heisst Atmosphärendruck.
Wenn nur eine Drosselklappe für einen Zylinder verwendet wird und die
Drosselklappe für Hochbelastungszustände geöffnet ist, erreicht der
Ansaugdruck an der Ansaugöffnung nahezu atmosphärischen Druck. Bei nahezu
beendetem Auspufftakt und vor dem Erreichen des oberen Totpunktes,ist es
gebräuchlich das Ansaugventil zu öffnen während das Auspuffventil immer
noch offen ist. Dieser Bereich wird "Ueberlappung" genannt. Die Tendenz
der sich im Zylinder befindlichen Gaae während der Ueberlappungszeit durch
das geöffnete Auspuffventil auszutreten ist um so grosser, je höher der
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Ansaugdruck ist. Wenn der Ansaugdruck relativ gering ist, ergibt sich
eine wesentliche Druckdifferenz, die der vorstehend beschriebenen Tendenz
entgegenwirkt und sogar einen Ausstrom der Gasrückstände in umgekehrter Richtung in die Ansaugleitung hervorrufen.kann. Demzufolge wird die
Menge der Gasrückstände im Verbrennungsraum für den nächsten Takt um so grosser, je länger die ^eberlapperiode dauert oder je geringer der Ansaugdruck
ist.
Wenn für jeden Verbrennungsraum eine Drosselklappe vorhanden ist und die
Ansaugleitungen nicht miteinander verbunden sind, herrscht in jeder Ansaugleitung
ein Druck, der von den eigenen Bedingungen in jeder Ansaugleitung abhängt . Sind aber die Ansaugleitungen miteinander verbunden, wie etwa
durch KOx-Rückführleitungen , oder wenn nur eine Drosselklappe für mehrere
Verbrennungsräume vorhanden ist, kann ein eventuell existierender niederer Druck an einer Ansaugb'ffnung auf die Ansaugöffnung eines anderen Verbrennungsraumes
übertragen werden, wodurch der Ansaugdruck oder der Durchschnittdruck im Ansaugsystem herabgesetzt wird. Diese Erscheinung
kann während der Ventilüberlappzeit eine Erhöhung der Druckdifferenz
zwischen dem Ansaug- und dem Auspuffsyatem hervorrufen und die Gasrückstände
wie bereits vorstehend beschrieben erhöhen.
Die Verwendung einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum und die Trennung
der Ansaugleitungen voneiander, optimalisiert die Bedingungen während
der Ueberlappzeit sodass die Menge der Gasrückstände reduziert wird f
da kein Verbrennungsraum den Druck in einer anderen Ansaugleitung reduziert.
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Wenn eine Auspuffgasrückführung verwendet wird und der Brück in einer
Ansaugleitung den Druck in einer anderen Ansaugleitung beeinflussen könnte, kann dies durch "Verwendung von Trennmitteln wie in den Figuren
19 und 20 gezeigt, verhindert werden. Daraus folgt , dass die durch den
Gebrauch einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erreichbaren Vorteile auch dann erreicht werden können, wenn eine Auspuffgasrückführung zur Verringerung
des NOx-Ausstosses verwendet wird.
Durch Verlängerung der Ueberlappzeit erhöhen sich die Gasrückstände oc
bei einem Motor mit einer Drosselklappe für jeden Verbrennungsraum, als auch bei einem Motor mit einer Drosselklappe für mehrere Verbrennungsräume.
Eine Reduktion der Ueberlappzeit mittels variierbaren Ventilöffnungszeiten resultiert in einer kleineren Menge von Gasrückständen wodurch der numerische
Wert des Rückstandsbruches reduziert wird.
Ein anderes Mittel zur Reduktion des numerischen Wertes ist die Erhöhung
des Ansaugdruckes . Dies kann durch eine weitere Oeffnung der Drosselklappe erreicht werden, wobei zur Kompensation der zu erwartenden Zunahme
der Geschwindigkeit des Motors die Zündung verzögert werden kann. Die auf diese Weise erhaltene Erhöhung des Ansaugdruckes hat den bereits vorstehend
beschriebenen Effekt auf die Druckdifferenz zwischen Anaaug- und Auspuffsystem.
Jede der vorstehend beschriebenen Techniken dient dazu einen Motor bei
Niederbelastungszuständen mit einer mageren Mischung zu betreiben.
Die Trennmittel für die einzelnen Ansaugleitungen sind nur bei Motoren
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mit einer Drosselklappe pro Zylinder sinnvoll, während die variabel
steuerbare Ventilüberlappzeit und die geöffnete Drosselklappen-Zündverzögcrungtechnik
in beiden Motorentypen sinnvoll ist und einzeln oder zusammen verwendet werden können . S0 kann zum Beispiel im System der Figur 2 die gesamte
Zündeinrichtung der Figur 9 verwendet werden, wodurch eine oder mehrere der Drosselklappen weiter geöffnet und die Zündung bei Wiederbelastungsbedingungen
verzögert wird .
Die vorstehend beschriebenen Merkmale beziehen sich auf Mittel zur Begrenzung
des numerischen Viertes des Rückstandsbruches. Die Verwendung dieser Merkmal bei der Ausrüstung und beim Betrieb eines Motors ermöglicht die
Verwendung eines mageren Gemisches sowohl bei Niederbelastungs- als auch
bei Hochbelastungszuständen. Dies setzt aber voraus, dass die magere Mischung
selbst einheitlich und homogen und dass der Treibstoff optimal zerstäubt ist. Palis die Gemischbeschaffenheit und das Verhältniss von Takt zu Takt
variiert, kann dies für den erfolgreichen Betrieb eines Motors mit einer mageren Mischung nachteilig sein, speziell bei Niederbelastungszuständen.
In Fig. 26 sind einige der Merkmale illustriert, die bei der Zuführung
eines homogenen und einheitlichen Gemisches zum Verbrennungsraum wichtig sind.Die Pfeile 400 stellen einen Strom einer Luft/Treibstofferaulsion dar,
die durch die Austrittsöffnungen 33a in die Ansaugleitung 12 strömt. Dieser Emulsionsstrom besteht, aus fein aufgeteilten Treibstofftröpfchen, Luft aus
den LUftungsleitungen und verdampftem Treibstoffgas. Dieser Emulsionsstrom
mischt sich mit zusätzlicher Luft, die an der Drosselklappe vorbeiströrat
und bildet so das magere Gemisch.
cnoQ/. Q/no/.n
Ein Teil des Treibstoffes wird sich als Film 401 an der Ansaugleitung
12 niederschlagen, in der Auffangnut gesammelt und wieder in den Gemischstrom zuruckgeleitet. Der Treibstoff ist in Tröpfchen verschiedener
Grosse aufgeteilt. Wie durch die Pfeile 402 angedeutet, folgen die
kleineren Partikel einem direkten Weg in die Ansaugöffnung . Der Pfeil 403 deutet an, dass sich ein Teil der Tröpfchen, speziell die grösaeren,
an der Wandung der Ansaugleitung niederschlägt, was speziell für den gekrümmten Teil der Ansaugleitung 12 zutrifft. Die in der Rohrkrürumung
haftenden Tröpfchen werden dann in den erhitzten Regionen 17 verdampft.
Diese beiden Zerstäubungsmittel wirken auf den als Flüssigkeit aus dem Gemisch ausgeschiedenen Treibstoff und führen diesen in einem konstanten
Mass wieder in den Gemischstrom zurück.
Sin ausreichend homogenes Gemisch wird dann erreicht, wenn mindestens etwa
70 fo , vorzugsweise aber etwa 8O?£ des Treibstoffes in dem durch die
Pfeile 400 dargestellten Strom enthalten ist. Der überwiegende Teil des
nicht in den Gemischstrom eingetretenen Treibstoffes schlägt sich als Film 401 an der Wandung der Ansaugleitung nieder. Ein gutes Gemisch wird
ebenfalls erreicht, wenn wenigstens etwa 70^ des Treibstoffes (der Treibstoff
in Gasform ist ausgeschlossen)als Tröpfchen mit einem Durchmesser
von nicht grosser als 0,02 mm^in dem durch die Pfeile 400 dargestellten
Gemischstrom enthalten ist. Die vorstehend genannten Prozente beziehen sich auf das totale Gewicht des Treibstoffes. Ein so ausgebildeter Gemischstroni
vermischt sich gut mit der zusätzlichen Luft und die kleineren Treibstoffpartikel bewegen sich zur Ansaugöffnung ohne dass sie sich als
Film an der Wandung der Ansaugleitung niederschlagen oder miteinander grössere Tropfen bilden. Es ist die Aufgabe des Niederbelastungskreises
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einen geeigneten homogenen und einheitlichen Gemischstrom zu erzeugen.
Obwohl bei Niederbelastungszuständen auch andere Treibstoffzufuhrmittel
verwendet werden können, sind bei der Verwendung von konventionellen Vergasern bestimmte Merkmale vom Konstrukteur zu beachten.
In den Figuren 23 und 24 ist eine Leitung 405 gezeigt, in welcher ein
Luftstrom 406 an seiner Peripherie eine Treibstoff- und/oder Luft/Treibstoff schicht transportiert. Wenn die Proportionen in Bezug auf die Durchflussmenge
korrekt ausgewählt wird, fliesst der Treibstoff in einer gleichmässigen, röhrenförmigen Schicht in einem kontinuierlichen Strom
entlang der Leitungswandung, Der Treibstoff wird sich nicht von Zeit zu Zeit und .in variierbaren Mengen von der Wandung lösen,, sodas's
ein gleichmässiger Fluss entsteht^Dieser Zustand wird nun dem in Fig. 5
gezeigten Zustand gegenübergestellt, indem diese Merkmale nicht vorhanden
sind. Wie aus der Figur ersichtlich, fliesst der Treibstoff nur in dem mit 408 bezeichneten Abschnitt . Der Treibstoff bewegt sich an der unteren
Seite, der Leitung , bewegt sich weniger regelmä'ssig und löst sich in unregelmässigen
Abständen und in verschiedenen Mengen von der Wandung der Leitung. Eine Person, die einen solchen Vergaser einstellt, kann die durch
diese Zustände erzeugten Geräusche sogar Hören.
Welche Mittel auch immer verwendet werden (Treibstoffeinspritzdüsen erzeugen
in jeder Ausführungsform der Erfindung einen gut zerstäubten Treibstoffstrom),
es ergibt sich immer ein gut zerstäubtes, homogenes und gleichförmig mageres Luft/Treibstoffgemisch, das in den erfindungsgemässen Verbrennungsmotoren
verwendet werden kann, wenn der Treibstoff vom Niederbelastungskreis gut
zerstäubt und einheitlich zugeführt wird und wenn der grösste Teil des an der
Ansaugleitung haftenden Treibstoffes wieder in den Geraischstrom zurückgeführt
wird.
Ein Vergaseranlasskreis, der ein optimal zerstäubtes und einheitliches
Gemisch während der Anlass- und Aufwärmzeit des Motors liefert.wo der
Luftstrom durch den Vergaser relativ langsam ist und wo der Motor noch nicht warm genug ist um eine Verdampfung des Treibstoffes sicherzustellen,
enthält ebenfalls solche Mittel.
Die Verwendung eines thermischen Reaktors, von Quetschzonen und halbkugelförmigen
Wandungen im Zylinderkopf,stellt eine weitere Verbesserung dar,
die sur Reduktion des Ausstossas von Verunreinigungen und zur Leistungssteigerung
des erfinaungsgemässen Systems dient» In der nachfolgenden
Beschreibung wird die Wirkurgsv/eise des erfindur<gsgemässen Systems zusammengefasst.
Zum Anlassen des Motors nach den Figuren 2 bis 6 wird die Drosselklappe
geschlossen, der Kolben des Anlasskreises hochgehoben und der Anlassmotor
in Bewegung gesetzt, um die Kurbelwelle des Motors zu drehen. Bin Luft/Treibstoffgemisch fliesst vom Anlasskreis 70 in die Ansaugleitungen
und von da in die Verbrennungsräume, wenn dies durch die jeweiligen Ventilpositionen
gestattet ist. Der Anlasskreis 70 kann so ausgelegt sein, dass dieser die benötigte Menge des Luft/Treibstoffgemisches bei geschlossener
Drosselklappe der Ansaugleitung zuführt. Auf diese Weise wird ein Gemisch erzeugt, das das gewünschte magere Mischungsverhältnis aufweist. Die
Drosselklappe kann aber auch in Leerlaufstellung gesetzt und der Anlasskreis offengehalten werden um den Niederbelastungsstrom anzureichern, sodass
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der kombinierte Ausstoss des Niederbelastungskreises und des Anlasskreises
reicher ist, als die magere Mischung die vom Niederbelastungskreis
allein produziert wird. Das Zündsystem betätigt in regelmässiger Reihenfolge die Zündkerzen wodurch der Motor zu arbeiten beginnt und
der Anlassmotor ausgeschaltet wird. Der Kolben des Anlasskreises wird
so lange offengehalten, wie ein Gemisch vom Anlasskreis benötigt wird,
was normalerweise etwa 20 Sekunden dauert. Das vom Anlasskreis erzeugte,
etwas reichere Gemisch bewirkt einen ruhigen Lauf des kalten Motors. Das vom Anlasskreis produzierte Gemisch ist homogener als das Gemisch von den
anderen Kreisen.
Die Abschnitte 17 der Ansaugleitung sind zuerst kalt, wärmen sich aber
schnell auf und dienen dann zur Verdampfung des an der Ansaugleitung haftenden Treibstoffes bevor dieser den Verbrennungsraum erreicht. Die
Hitze im Verbrennungsraum dient ebenfalls zur Verdampfung des Treibstoffes nachdem der Motor aufgewärmt ist. Auch die Auffangnut in der
Ansaugleitung dient zur Rückführung des an der Wandung haftenden Treibstoffes. Daraus folgt, dass der Anlasskreis nicht mehr gebraucht'wird,
wenn der Motor warm genug ist, sodass der Anlasskreis durch loslassen des Kolbens geschlossen werden kann.
Bei beiden Motorenausführungen kann der Anlasskreis entweder ein mageres
Gemisch oder wenn notwendig ein momentan etwas reicheres als ein stoechiometrisches
Gemisch erzeugen. Beide Gemische sind gut zerstäubt und vermischt, da diese hinter der Drosselklappe austreten und durch die Ansaugleitung
strömen, wobei nur eine minimale Möglichkeit besteht, dass sich der Treibstoff absondert.
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C "t -J U S^ / /
Der Motor nach den Figuren 7 bis 9 wird auf die gleiche Weise gestartet
wie der Motor nach den Figuren 2 b-is 4. Bei dieser Ausführungsfona wird
allerdings nur der aufgewärmte Abschnitt 280 zur Verdampfung des an der Ansaugleitung haftenden Treibstoffilms verwendet. Es können entweder
eines oder beide der Zerstäubungsmittel in einem Motor mit einem Ansaugverteiler
an Stelle einer Gruppe von separaten Ansaugrohren und Drosselklappen verwendet werden, vorausgesetzt, das unterhalb der Drosselklappe
eine horizontale Leitung angeordnet ist, in welcher der Treibstoffilm
aufgefangen und wieder in den Luft/Treibstoffstrom zurückgeführt werden
kann.
Wenn der Motor nach' den Figuren 2 bis 6 unter Hochbelastungszuständen
arbeitet, bei denen die Drosselklappe ziemlich weit geöffnet ist und in den Ansaugleitungen ein relativ kleines Vakuum (relativ hoher Ansaugdruck)
herrscht, entsteht eine kleine Schwierigkeit beim Betrieb des Motors mit einer mageren Mischung. Um dies zu beseitigen, kann eine
wünschenswerte Ueberlappung der Oeffnungszeit der Ansaug- und Auspuffventile
15 und 16 - normalerweise etwa 24° bis 80°- gestattet werden, ohne dass dabei Fehlzündungen entstehen, da der RUckstandsbruch mit zunehmendem Ansaugdruck
abnimmt ( siehe Fig. 15).Eine grössere Ueberlappungszeit erhöht die
TreibstoffWirtschaftlichkeit. Unter relativ niederen Belastungszuständen
muss aber die Menge der Gasrückstände reduziert werden, wenn ein Betrieb
mit einer mageren Mischung erfolgreich sein soll. Die Menge der Gasrückstände kann durch die Verringerung der Ventilüberlappzeit bei Niederbelastungszuständen
reduziert werden, wenn Mittel zur Steuerung der Ueberlappzeit vorhanden.aind. Der bevorzugte Wert der Ventilüberlappzeit bei niederer
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Belastung liegt bei 10° bis 32°.
Die in Figur 3 gezeigte Stellung der Uebsrlappzeit-Steuermittel wird beim
Anlassen und beim Niederbelastungsbetrieb des Motors verwendet. Die dargestellte
VentilUberlappung ( von der Lange 223 abhängig ) befindet sich
in der Hinimaleinstellung. Auf diese Weise wird der numerische Wert des
RUckstandsbruches verkleinert, wodurch ein Betrieb des Motors bei niederem
Ansaugdruck ohne Fehlzündungen gestattet wird.
Wenn der Oeffnungszeitpunkt des Ansaugventils 15 in Bezug auf die Schliessung
des Auspuffventils 16 bei Hochbelastungszuständen vorgestellt und dabei die
Uebrlappzeit vergrößert werden soll, wird die VentilUberlappsteuerung
betätigt. Dabei wird der Kolben 91 gegen die Steuerkette 85 gedruckt und
abgelenkt. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 91 verlängert die Kettenlänge 223 wodurch die Nockenwelle 81 relativ zur Nockenwelle 82 voreilt und dabei
die Ueberlappzeit erhöht.
Wenn der Motor wieder im Niederbelastungsbereich arbeitet, wird die
Ventilüberlappsteuerung 225 über die Leitung 97d entlastet wodurch die
Kette unter der Federkraft des Kettenspanners 215 den Kolben 91 in die in Figur 3 gezeigte Ausgangsstellung zurückdrücken kann, wobei die KettenlStnge
223 verkürzt und die Ventilüberlappzeit reduziert wird.
Die Steuerung 97a kann eine mechanische Steuerung sein, die durch eine
direkte Verbindung zur Drosselklappe, zum Beispiel durch eine Verbindung mit dem Drosselklappenarm 32a.betätigt werden kann, indem diese Verbindung
die zwei verschiedenen Ventileinstellungen für die beiden verschiedenen
Vergasereinstellungen vornimmt. Die Steuerung 97a kann aber auch druckabhängig
sein und durch den Ansaugdruck betätigt werden, indem die Ventileinstellungen eine Funktion von zwei verschiedenen Ansaugdrucken bildet.
Wenn die Drosselklappe geschlossen ist, herrscht ein Niederbelastungsaustand bei dem das Ansaugvakuum gross ist, wodurch sich die Drosselklappe 33 und
die Verbindung zum Steuerventil in einer Stellung befindet, in der der Steuerkreis in die in -"ig. 3 gezeigte Position gebracht wird, in welcher die
Steuerung über Leitung 97d entlastet wird. Wenn die Drosselklappe offen ist herrscht ein Hochbelastungszustand in dem das Ansaugvakuum klein ist, wodurch
sich der Steuerkreis in einem entgegengesetzten Zustand befindet, indem die Leitung 97b und der Zylinder 92 unter Druck steht, sodass der Kolben
nach unten gedrückt wird und die ^Vberlapperiode der Ventile vergrössert .
Die Ueberlapperiode erstreckt sich nun etwa über 30° bis 80° für Hochbelastungszustände.
Beim Anlassen des Motors bleibt das AuspuffgasrückfUhrventil V geschlossen,
wodurch die Auspuffgasrückführung während der Anlasszeit verhindert oder
begrenzt wird. Es ist vorteilhaft,während dieser Zeit die Auspuffgase
nicht in das System zurückzuführen, da die Auspuffgase den numerischen Wert
des Rückstandsbruches erhöhen würden, was den Lauf des Motores nachteilig
beeinflussen könnte,
Das Auspuffgaskontrollventil 46 öffnet sich durch Reduktion des Vakuums in
der Ansaugleitung (Zunahme des Ansaugdruckes), wobei die jeweilige Oeffnung des Ventils 46 entsprechend dem Grad des Vakuums in der Ansaugleitung variiert.
Auspuffgase werden durch die Austrittsöffnung 44, Leitung 44a, Auspuffgaskontrollventil
46 und Leitung 44b geleitet. Wenn kein ausreichendes Vakuum
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herrscht, schliesst sich das Ventil 46.
Es ist ersichtlich, dass die Menge der Gasrückstände im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 bis 6 teilweise von der Ueberlappzeit der
Ansaug- und Auspuffventile und vom Oeffnungsgr'ad des Auspuffgasrttckführventils
V abhängt. Sowohl die Steuerung der Uebrlappzeit als auch die Begrenzung der Auspuffgasrückführung dient zur Erhaltung eines geeigneten
Rückstandsbruchwertes bei Niederbelastungszuständen im Motor. Das Ventil
V kann entweder ein einfaches Ein- Ausventil oder ein Regulierventil sein,
das ebenfalls eine Aus- Einposition aufweist.
Beim Betrieb des Motors nach den Figuren 7 bis 9 bei Niederbelastungsbedingungen
wird vom Kiederbelastungskreis des Vergasers ein mageres Gemisch erzeugt,
das dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Dieselben Merkmale für den Treibstoffstrom und die Tröpfchengrb'sse , die für den Vergaser des
Motors nach den Figuren 2 bis 4 beschrieben wurden, gelten auch für den Vergaser für diesen Motor. Die Zerstäubung des flüssigen Treibstoffes,'
der an der Wandung der Ansaugleitung haftet, wird durch die Erwärmung der
Ansaugleitung 112 verbessert. Die Wärme der Ansaugleitung ist gross genug
um den Treibstoffilm an der Wandung im Bereich des Abschnitts 280 zu verdampfen,
reicht aber nicht aus um das ganze Gemisch zu erhitzen. Wie beim Ausführungsbeispiel nach den ^iguren 2 bis 6, wird das Gemisch im Verbrennungsraum
durch die heissen Gasrückstände weiter verdampft.
Beim Betrieb des Motors nach den Figuren 7 bis 9 bei Hochbelastungszuständen,
•wird der überwiegende Teil des Luft/Treibstoffgemisches vom Hochbelastungs-
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kreis 15O~erzeugt. Da in dieser Ausführungsform keine Mittel zur Steuerung
der Ventilüberlappzeit vorhanden sind, muss ein anderes Kittel zur Beibehaltung des Rückstandsbruchwertes auf einem akzeptierbar niederen Wert
bei Niederbelastungsbedingungen verwendet werden. Diese Mittel enthalten
die geöffnete Drosselklappe und die verzögerte Zündung. Wie bereits vorstehend
erwähnt können diese Steuermittel im gleichen Motor verwendet werden, wenn die3 notwendig ist.
Bei Hochbelastungszuständen wird nur. der erste Unterbrechersatz 251 zur
Zündung des Gemisches im Verbrennungsraum verwendet. Die betätigung der
rotierbaren Unterbrecherplatte zur stufenweisen Beschleunigung oder Verzögerung der Zündung hängt vom jeweiligen Ansaugvakuum ab.
Bei Niederbelastungsbedingungen befindet sich die Drosselklappe in einer
Position, in welcher der Motor zu schnell laufen würde. Ein Zlindverzögerungsmittel,
das nur bei Niederbelastungsbedingungen arbeitet, verlangsamt den
Motor auf seine richtige Geschwindigkeit.
Die Wahl einer noch mehr verzögerten Zündung für den Niederbelastungsbetrieb
ist durch den zweiten Unterbrechersatz 252 möglich, der an sich
schon mehr verzögert ist als der andere Unterbrechersatz. Die Wahl des jeweiligen Unterbrechersatzes wird durch das System 225 vorgenommen, welches
schon vorstehend beschrieben wurde.
Der Wert des Rückstandsbruches wird bei Niederbelastungsbedingungen infolge
des höheren Ansaugdruckes, der durch die weitere Oeffnung der Drosselklappe verursacht wird, auf einem Minimum gehalten und die Geschwindigkeit
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des Motors wird durch Verzögerung der Zündung, die durch die Verwendung
des zweiten Unterbrechersatzes erfolgt.auf der richtigen Umdrehungszahl
gehalten. Wenn sich die Belastung des Motors erhöht, wird wiederum der
erste Unterbrechersatz zur Zündung des Gemisches verwendet.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 7 bis 9 kann die Auspuffgaarückführung
bei Niederbelastungszuetänden ausgeschaltet werden, um den
numerischen Viert des Ruckstnndsbruches durch das Weglassen von Auspuffgasen
im neuen Gemisch zu reduzieren. Diese Steuerung kann stufenweise erfolgen,
sodass ausser bei den niedersten Belastungszuständen wenigsten eine Teilrückführung
der Auspuffgase ermöglicht wird.
In den erfindungsgemässen AusfUhrungsbeispielen sind die Abschnitte 17 und
280 der Ansaugleitungen nicht gekühlt , obwohl Kuhleinrichtungen in der
Nähe angeordnet sind, wie etwa der Kühlmantel Cl in Fig. 4. Bei luftgekühlten
Motoren können Kühlrippen in der Nähe dieser Abschnitte angeordnet sein. Bei allen Ausführungsformen sollten die Kühleinrichtungen weit genug
entfernt sein, oder eine solch begrenzte Kühlkapazität aufweisen, dass die vom Verbrennungsraum abgeleitete Wärme die Temperatur in diesen Abschnitten^,
zumindest bei Niederbelastungszuständen und vorzugsweise auch bei Hochbelastnngszuständen
im gewünschten ^ereich halten kann.
Die eigentlichen Werte von geeigneten RUckstandsbrUchen können von iiotorentyp
zu Motorentyp variieren,wobei der Konstrukteur die richtigen Werte bestimmt
und dann spezifische Lösungen entwirft.
Die gewünschte Strömung aea Treibstoffes durch den Niederbelastungnkrois
kann im gezeigten Vergaser erzielt werden, vorausgesetzt dass axe nachfolgend genannten Parameter beachtet werden. In Pig. 17 ist die Dimension
dQ der kleinste Durchmesser der LUftungsdUse 320. Die Dimension d ±sz
der grö'sste Durchmesser in der Ausflussleitung 324 zwischen dem Üiaulsions-r
rohr 323 und den Au3tritt3Öffnungen 33a ( die Austrittsö'ffnungen 33« können
den gleichen oder einen kleineren Durchmesser, normalerweise kleiner, aufweisen)
. Die Dimension D ist der Durchmesser der Vergaserbohrung in die das Luft/Treibstoffgemisch ausströmt. Im Vergaser nach Pig. 8 sind die
Dimensionen analog, aber nicht im Detail dargestellt. Die analoge Dimension
D ist der Durchmesser der Vergaserbohrung, in die das Gemisch aus dem Niederbelastungskreis 112 austritt. Die LüftungsdUse ist am oberen Ende
der Leitung die in diesen Hals führt»' Die analoge Dimension d ist der grösste
Durchmesser der Leitung zwischen dem Emulsionsrohr und der Austrittsöffnung des Vergaserhalses im Kreis 122.
Der in Fig. 24 dargestellte Treibstoffstrom kann erwartet werden, wenn in
jeder der beiden VergaserausfUhrung das Verhältniss von d0 /υ in einen
Bereich von etwa 0,035 Ms ungefähr 0,065 liegt. Wenn pro Verbrennungsraum
eine Drosselklappe vorgesehen ist, sollte das Verhältnis d/D etwa in Bereich
von 0,035 Di3 0,100 liegen. Die wirklichen Dimensionen können entsprechend
den vom Motor gestellten Anforderungen ausgewählt werden. In einem typischen
Vierzylindermotor, in dem vier Drosselklappen und vier Vergaser verwendet werden, um das Gemisch den Verbrennungsräumen zuzuführen, kann durch die
nachfolgenden Dimensionen ein geeigneter Gemischausstoss. erreicht werden :
509849/0240
Durchmesser | d | 1 | ,7 «im |
Durchmesser | do | 1 | ,8 mm |
Durchmesser | D | = 38 | mm |
Sollte der gleiche Vergasertyp für einen Motor verwendet werden, in dem
er eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen zu versorgen hat, kann die nachstehend genannte Formel zur Dimensionierung eines geeigneten Niederbelastungskreises
verwendet werden :
Dimension d* des
= y n(d-1,OJ + 1,
modifizierten Vergasers
In der obigen Formel ist η die Anzahl der Zylinder die vom Wiederbelastungskreis versorgt werden und d ist der grösste Durchmesser der Leitung im Vergaser, der nur einen Verbrennungsraum versorgt, während d* die Dimension d im modifizierten Vergaser ist, die in Millimetern ausgedrückt wird.
In der obigen Formel ist η die Anzahl der Zylinder die vom Wiederbelastungskreis versorgt werden und d ist der grösste Durchmesser der Leitung im Vergaser, der nur einen Verbrennungsraum versorgt, während d* die Dimension d im modifizierten Vergaser ist, die in Millimetern ausgedrückt wird.
Im vorstehend genannten Beispiel würde die Dimension d* des modifizierten
Vergasers (2d-1,θ) Millimeter betragen. Die anderen Dimensionen erhält
man aus den vorstehend genannten Verhältnissen.
Bei Beachtung der vorstehend beschriebenen Verhältnisse und Kriterien ist
es dem Durchschnittsfachmann möglich, einen Niederbelastungskreis zu schaffen, der zur erfindungsgemässen Verwendung für jeden Motor geeignet ist.
Vorteilhafterweise sollte auch die Betriebstemperatur des thermischen Reaktors
steuerbar sein, um einerseits einen optimalen Verbrauch von unverbranntem Kohlenwasserstoffen zu ermöglichen, indem eine Temperatur beibehalten
509849/0240
wird, bei welcher die Kohlenwasserstoffe oxydieren, und um andererseits
die Lebensdauer des Reaktors durch Vermeidung einer Ueberhitzung zu verlängern.
Vorteilhafterweise sollte die Temperatur des thermischen Reaktors etwa zwischen 550° Celsius und 900° Celsius liegen ..
Die vorliegende Erfindung wird normalerweise bei -Viertaktverbrennungsmotoron
benutzt und kann bei Motoren mit jeder beliebigen Zylinderzahl, wie bei Sechszylinderreihenmotoren, V-Acht-Motoren und Vierzylindermotoren verwendet
werden. Die erfindungemässen Merkmale können auch bei sogenannten geschichteten
Ansaugsystemen mit Hilfsverbrennungskammern verwendet werden..
Es hat sich herausgestellt , dass beide Zerstäubungsmittel sowohl bei
Niederbelastungszuständen als auch bei Hochbelastungszuständen wirksam
sind, obwohl diese Zerstäubungsmittel bei Hochbelastungszuständen weniger
gebraucht werden als bei Niederbelastungsbedingungen . Dies ist darauf
zurückzufuhren, dass die grössere Luftströmung bei Hochbelastungszuständen
die Bildung eines Treibstoffilms an der Ansaugleitungswand weitgehend vorhindert,
da der Treibstoff am Austreten aus der Strömung behindert wird. Der Niederbelastungskreis des Vergasers kann oder kann auch nicht bei
Hochbelastungszuständen verwendet werden.
Die Mittel zur Verringerung des numerischen Wertes des RUckstandsbruches
in beiden AusfUhrungsformen wirken nur und werden nur bei Niederbelastungszuständen
(und beim Anlassen) gebraucht. In beiden AusfUhrungformen sind
Steuermittel enthalten, die die jeweils geeigneten Einstellungen für Niederbelastungsbetrieb wählen, beziehungsweise vornehmen.
CfiQQ/, Q/no/ η
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, da3s das überraschend
wirkungsvolle Resultat der Erfindung auf einfache Weise erreicht werden kann,
ohne grosse Veränderungen an bestehenden Motoren vorzunehmen. Durch den
Gebrauch von Einrichtungen, wie die Steuerung der Ventilüberlappzeit ,
die Verwendung einer Drosselklappe für jeden Verbrennungsraum ( vorzugsweise
kombiniert mit einer Steuerung der VentilUberlappzeit) und . eine
weiter geöffnete Drosselklappe mit einer gesteuerten Zündverzögerung , die
alle den RUckstandsbruch auf einem akzeptierbar kleinen numerischen Wert
halten, ist es möglich, Motoren mit einem mageren Gemisch zu betreiben,
wo dies bisher nicht möglich war. Das System kann noch wirkungsvoller gemacht werden, indem der an der Ansaugleitungswand haftende Treibstoff durch erhitzte
Abschnitte in der Ansaugleitung und durch eine Sainmelnut in der Ansaugleitung
wieder in den Gemischstrom zurückgeführt wird. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Verwendung eines separaten Anlasskreises im Vergaser, der eine
homogenere-magere Mischung erzeugt als ein,mit einem Choke ausgerüsteter
Vergaser.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten
AusfUhrungsformen beschränkt, die lediglich als Beispiele aufgeführt
wurden.
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Claims (5)
1) Verfahren zur Verringerung des Ausstosses von Verunreinigungen, bei
einem Viertakt-Verbrennungsmotor, der für jeden Zylinder eine Ansaugleitung
mit einer Ansaugöffnung und einem Ansaugventil und eine Auspuffleitung
mit einer Auspufföffnung und einem Auspuffventil aufweist,
der mit einer Einrichtung zum Einbringen eines Treibstoff- Luftgemisches
in die Ansaugleitung versehen ist und der Zündmittel zur Erzeugung eines Zündfunkens im Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinrichtung
zum Einbringen des Treibstoff- Luftgemisches und die Zündmittel so eingestellt sind, dass im Leerlauf und bei niederen Belastungen des
Motorsjein mageres Gemisch mit einem Luft/Treibstoffverhältnis von mehr
als 15 in die Ansaugleitung eingebracht wird und dass die Zündung im Leerlauf
jeweils nach dem Erreichen des oberen Totpunktes erfolgt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlauf ein
mageres Gemisch mit einem Luft/Treibstoffverhältnis von 15 bis 17 in die
Ansaugleitung eingebracht wird»
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet t dass bei
niederer Belastung des Motors ein Gemisch mit einem Luft/Treibstoffverhältnis
von 16 bis 19 in die Ansaugleitung eingebracht wird.
4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass im Leerlauf die Zündung zwischen 0° bis 15° und
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vorzugsweise zwischen O0 bis 5a nach dem oberen Totpunkt erfolgt.
5) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Abschnitt der Wandung der Ansaugleitung der sich von der Ansaugöffnung aus über eine Distanz erstreckt, die mindestens
dem Durchmesser des Ansaugventiles entspricht, auf einer Temperatur
zwischen 90° Celsius bis 135° Celsius gehalten wirdo
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur
dieses Abschnittes der Ansaugleitung auf etwa 110° Celsius gehalten wirdo
7) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser d0 der Düse, die
wahrend des Leerlaufzustandes Luft in den Vergaser fördert und dem Durchmesser D der Vergaserbohrung etwa 0,035 bis 0,065 beträgt.
8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder
ein Vergaser vorgesehen ist und dass das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser d der Ausströmöffnung des Niederbelastungskreises im Vergaser
und dem Durchmesser D der Vergaserbohrung etwa 0,035 bis 0,100 beträgt.
9) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gemisch jedem Zylinder über einen separaten Vergaser
zugeführt wird und dass die Einlassleitungen durch eine Ausgleichsleitung miteinander verbunden werden.
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10) Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgleichsleitung Mittel vorgesehen sind, um beim Auftreten von kurzen Druckspitzen
die Gasströmung zwischen den Ansaugleitungen zu begrenzen.
11) Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Auspuffgase
in die Ausgleichsleitung zurückgeführt werden, wo die Auspuffgasströmung durch ein Ventil gesteuert wird, das den Zustrom von Auspuffgasen
in die Ausgleichsleitung im Leerlaufzustand des Motors unterbindet.
12) Verbrennungsmotor der einen Verbrennungsraum, Zuführmittel zum Einbringen
eines Gemisches in den Verbrennungsraum und Auspuffmittel zum Abführen eines verbrannten Gemisches aus dem Verbrennungsraum aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass Mittel zum Einbringen eines magereren als steochiometrischen
Gemisches in den Verbrennungsraum und Mittel zur Beibehaltung des numerischen Wertes des Rückstandsbruches bei Niederbelastungsbedingungen
vorgesehen sind, wodurch der Motor bei Niederbelastungsbedingungen ohne
wesentliche Fehlzündungen mit einem mageren Luft/Treibstoffgemisch arbeitet und wobei der Rückstandsbruch wie folgt definiert wird :
Betrag der Gasrückstände, die vom vorhergehenden Zyklus im Verbrennungsraum verbleiben
RUckstandsbruch »
Betrag der Luft - Betrag der Gaarück (oder der Luft/ stände, die vom vor-Treibstoffmischung),
hergehenden Zyklus die für den nächsten in der Verbrennungs-Zyklus in die Ver- kammer verbleiben
brennungskammer gesaugt wird
13) Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Zer-
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.stäubungsmittel zur Zerstäubung von Treibstoff vorgesehen sind, die zur
Schaffung eines gut zerstäubten, einheitlichen und homogenen Luft/Treibstoffgemisches
dienen.
14) Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Zylinder einen Ansaugventilsitz enthält, der eine Ansaugb'ffnung
umgibt, welche den Verbrennungsraum und die Zuführmittel miteinander verbindet,
wobei ein Ansaugventil vorgesehen ist, da3 zum Verschliassen der
Ansaugöffnung- in· den Ventilsitz passt und zum Oeffnen der Ansaugöffnung
vom Ventilsitz wegbewegbar ist, dass jeder Zylinder einen Auspuffventilsitz
enthält, der eine Auspufföffnung umgibt, welche den Verbrennungsraum
und die Auspuffmittel miteinander verbindet, wobei ein Auspuffventil
vorgesehen ist, das zum Schliessen der Auspufföffnung in den Ventilsitz
passt und zum Oeffnen der Auspufföffnung vom Ventilsitz wegbewegbar ist und dass die Mittel zur Herstellung des numerischen Wertes Steuermittel
für die Betätigung der Ansaug- und Auspuffventile und Ventilttberlappsteuermittel
zur Veränderung der sich überlappenden Oeffnungszeit
eberlappzeit
Eochbelastungs-
der Ansaug- und Auspuffventile enthalten, wobei sich die
bei Njjderbelastungszustänaen des Motors verringert und
zuständen des Motors vergessest β
15) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche j 2 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass in den Zuführmitteln eine Drosselklappe und
eine Begrenzungswand enthalten . ist, dass die Mittel zur Einbringung des
Gemisches einen Vergaser- Niederbelastungskreis enthalten, der den Treibstoff
durch eine Austrittsöffaung angrenzend an die Drosselklappe in die
Zuführmittel einbringt und dass die Zerstäubungsmittel hinter der Aus-
5098 49/0240 original inspected
trittsöffnung eine Sammelnut in der Wandung der Zuführmittel aufweisen ,
die den gesammelten Treibstoff in einen an die Drosseklappe angrenzenden
Bereich leiten, in dem der Treibstoff wieder in den Luftstrom eintritt.
16) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15»
dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsmittel angrenzend an den Ansaugventilaitz einen Wandabschnitt der Zuführmittel enthalten, der
durch die von der Verbrennungskammerkuppel abgeleiteten Wärme erhitzt
ist, wobei sich eine Oberflächentemperatur einstellt, die zur Zerstäubung des Treibstoffilms an der Wandung ausreicht.
17) Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der
erwärmte Wandabschnitt mit keinen Kühlmitteln versehen ist, um eine Reduktion der Temperatur unter die Zerstäubungstemperatur zu verhindern.
18) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren dear Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel but Herstellung des numerischen Wertes mit einer Drosselklappe in den ZufUhrxiitteln und mit eine:? Zündeinrichtung
veraeh@n sind, wobei sich die Drossaslklappe bei Niede::belastuBgsauetMndöf
d©e !©tors in einer Stalte ig befindet a d\e genügend
Luft für eine höhere Geschwindigkeit des Motors liefert, wenn die Zündeinrichtung
für höchste Motorengeschwindigkei'S eingestellt ist und dass
die Zündeinrichtung mit ZttndverzÖgeruagemitteln versehen 1st, die bei
NiederbelftatungszustSnden des Motors die Zündung verzögern , um die durch
die Drosselklappeneinstellung bewirkte höhere Motorengeschwindigkeit zu reduzieren.
ORIQiNAL INSPECTED
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19) Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zündeinrichtung einen ersten und einen zweiten Unterbrechersatz enthält, wobei der erste Unterbrechersatz bei Hochbelastungszuständen des Motors
einen Zündfunken an einer Zündkerze zur Zündung des Gemisches im Zylinder
verursacht, während der zweite Unterbrechersatz den Zündfunken an der Zündkerze zu einem späteren Zeitpunkt als der erste Unterbrechersatz
verursacht und dass die ZUndverzögerungsmittel eine Einrichtung zur Aue-Schaltung
des ersten Unterbrechersatzes bei Niederbelastungszuständen des
Motors aufweist.
20) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 1·9,
dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder eine Drosselklappe· und ein-separates Zuführmittel vorgesehen ist und dass am Motor eine
Auspuffgasrückführeinrichtung angeordnet ist, welche die Auspuffmittel
mit jedem der separaten Zuführmittel über ein Auspuffgasrückführventil
verbindet, wobei zwischen jedem der separaten Zuführmittel und der AuspuffgasrückfUhreinrichtung Trennmittel angeordnet sind, um infolge
eines niederen Druckes in einem der Zuführmittel den Druckabfall in den
übrigen Zuführmittel zu begrenzen.
21) Verbrennungsmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennmittel ein Einwegventil enthalten.
22) Verbrennungsmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennmittel eine StrömungsbegrenzungsdUse enthalten.
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23) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 22 ,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit den Zündmittel verbundenen
Vergaser ein Anlasskreis angeordnet ist, der das Luft/Treibstoffgemisch
während der Anlass- und Aufwärmzeit des Motors hinter einer in den
Zufuhrmitteln angeordneten Drosselklappe in die Zuführmittel eindringt,,
24) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffmittel mit einem thermischen
Reaktor versehen aind, der eine Kammer in diesen Auspuffmitteln aufweist,
wobei der thermische Reaktor isoliert ist um eine Temperatur in der Kammer beizubehalten, bei der zumindest ein Teil der vom Zylinder ausgestossenen
Kohlenwasserstoffe vernichtet wird.
25) Verbrennungsmotor nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass der
thermische Reaktor zur Begrenzung der Temperatur mit thermisch kontrollierten Kühlmitteln versehen ist.
26) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsraum einen Zylinderkopf enthalt, der eine Vertiefung und eine gegen den Kolben gerichtete, abgeflachte
Quetschzone aufweist.
27) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 26 ,
dadurch gekennzeichnet;»1 dase an den Zuführmitteln für das Gemisch ein
Treibstoffeinspritzhahn angeordnet ist, der den Treibstoff hinter einer
in den Zuführmitteln angeordneten Drosselklappe in die Zuführmittel einspritzt.
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28) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, class ein an den Zuführmittel!! angeordneter Vergaser
einen Niederbelastung.skreis und einen Hoolvbelagtungskreio aufweisu,
wobei der Niederbelastungskreis den Treibstoff angrenzend an ein« in uor;
Zufuhrmitteln angeordnete Drosselklappe in diese Zuführmittel einbringt,
während der Hochbelastungakreis den Treibstoff vor dieser Drosselklappe
in die Zuführmittel einbringt.
29) Verbrennungsmotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der
Treibstoffeinspritzhahn periodisch Treibstoff in die Zuführmittel einspritzt, wobei während der Zeit zwischen etwa 30° und 150° nach den
oberen Totpunkt des Ansaugtaktea keine Einspritzung erfolgt.
30) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einbringen des Gemisches
in die Zuführmittel mit einem Niederbelastungskreis versehen sind,
welcher mindestens 70 Gewichtsprozente des Treibstoffes in Form von
Tröpfchen mit einem Durchmesser von maximal 0,01 mm in die Zuführmittel einbringt. -^ '
31) Verbrennungsmotor nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperatur des erwärmten ¥anaabschnittes der Zuführmittel zwischen etwa
90 Celsius und 135 Celsius* gehalten ist«
32) Verbrennungsmotor nach einem oä©r mehreren der Ansprüche 12 bia 31 ,
dadurch gekaonaeichnetj dass di@ Mittel ztuu Einbringen des Gemisches
in die ZufiffimaitteX einen NiedeAolaatungskreis enthalten, welcher den
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Treibstoff bei NiederbelastungszusUinden des Motors in die Zuführmittel
einbringt, wobei dieser Niederbelastungskreis eine Leitung enthält,
in der .-jich der Treibstoffstrom als eine periphere Schicht fortbewegt,
Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors der einen Verbrennungsraum,
Zuführmittel zur Einbringung des Gemisches in den Verbrennungsraum und Auspuffmittel zum Abführen des verbrannten Gemisches aus dor
Verbrennungskammer enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein magereres als etoechiometrisches Gemisch in den Verbrennungsraum eingebracht wird
und dass der numerische Wert des RUckstand3bruches bei Niederbelastungszuständen
des Motors beibehalten wird, sodass der Motor bei Niederoelastungszuständen
mit einem mageren Luft/Treibstoffgemisch ohne wesentliche Fehlzündungen betrieben werden kann, wobei der Rückstandsbruch wie
folgt definiert wird :
Betrag der Gasrückstände, die vom vorhergehenden Zyklus im Verbrennungsraum verbleiben
Rückstandsbruch
Betrag der Luft Betrag der Gasrück-(oder der Luft/ stände, die vom vor-Treibstoffmischung),
hergehenden Zyklus die für den nächsten in der Verbrennungs-Zyklus in die Ver- kammer verbleiben
brennungskamraer gesaugt wird
54·) Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Motor,
der Anaaugventile und Auspuffventile sur Steuerung des frischen und des
verbrauchten Geaisches in und aus dem Verbrennungsraum aufweist, die Seitdauer
der Ventilttöerlappuag,? wo beide Ventile geöffnet sind, durch Steuermittel
bei Niederbelastungszustgnden des Motors verkürzt und bei Hochbelastungaauständer!.
verlängert werden kann um einen geeigneten numerischen
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Wert des RUckstandabruches zu schaffen.
35) Verfahren nach den Ansprüchen 33 und 34 » dadurch gekennzeichnet, da.uo
bei einem Motor, der eine Drosselklappe in den ZufUhrmitteln und eine
Zündeinrichtung zum Zünden des Gemsiches im Verbrennungsraum enthält ui.i.
bei dem die Drosselklappe bei Niederbelastungszuständen des Motors so eingestellt
ist, dass genügend Luft geliefert wird, um den Motor mit einer höheren Geschwindigkeit zu betreiben,wenn die Zündeinrichtung für
maximale Motorengeschwindigkeit eingestellt ist, die Zündeinrichtung so ·
verzögert wird, dass sich die Motorengeschwindigkeit nicht erhöht.
36) Verfahren bach den Ansprüchen 33 bis 35» dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuführmittel eine Begrenzungswand enthalten, wobei zumindest ein Teil der
Wandung zur Verstäubung des an der Wandung haftenden flüssigen Treibstoffes
erhitzt wird.
37) Verfahren nach den Ansprüchen 33 bis 36» dadurch gekennzeichnet, dass
der als Film an der Wandung der Zuführmittel haftende Treibstoff gesammelt und wieder in das durch die Zuführmittel strömende Gemisch zurückgeführt
wird.
38) Verfahren nach den Ansprüchen 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens 70 Gewichtsprozente des Treibstoffes in Tröpfchen mit einem maximalen Durchmesser von 0,01 mm in den Luftstrom in den ZufUhrmitteln
eingebracht wird.
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