DE2458665A1

DE2458665A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2458665A1
Application number: DE19742458665
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Matsumoto; Keiichi Sugiyama; Kazuo Uchiyama
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1975-09-04
Also published as: GB1487782A; SE7415663L; FR2254719A1; FR2254719B1; SE405148B

Description

PATEMTANWALT

DIPL-INQ. H. J. HÜBNER

D-896 Kempten, Lindauer Str. 32, Ruf 23291

10. Dezember 1974/ck

Anmelder: Yamaha Hatsudoki Kabishiki Kaisha, Shingai Anwaltsakte: X 921

Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine wassergekühlte Maschine.

Neuerdings wächst die Forderung nach Herabsetzung giftiger Bestandteile im Abgas einer Maschine, um zu versuchen, eine Luftverschmutzung oder Luftverunreinigung zu verhindern. Eine Verringerung solcher giftiger Bestandteile läßt sich erreichen, indem man die Maschine mit einem Mischgas betreibt, dessen Mischungsverhältnis magerer als ein stöchiometrisches Mischungsverhältnis ist. In einer herkömmlichen Maschine dieser Art, bei welcher die gesamte Oberfläche

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Postsdiedt München 151919-802, Peutidie Bank Kempten 10/«104

eines Zylinderkopfes einschließlich des Saugkanals und des Abgaskanals wassergekühlt ist, fließt jedoch flüssir ger Kraftstoff, der auf der Innenwand des Saugkanals aufgrund der Tatsache abgelagert ist, daß der Saugkanal auf relativ niedriger Temperatur gehalten wird, in die Brennkammer, wodurch es zu Fehlzündungen kommt. Dadurch wird es schwierig, einen glatten bzw. sauberen Betrieb der Maschine zu erhalten. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis stark abgemagert wird, wird diese Neigung mehr beobachtet und es tritt eine große Schwierigkeit auf, die Maschine glatt, d.h. stoßfrei arbeiten zu lassen. Die Maschine kann nicht vollständig unter einer solchen Niedriglast in der Nachbarschaft des Leerlaufes betrieben werden, wenn nicht eine stratifizierte Ladung bewirkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit welcher eine Verunreinigung der Umgebungsluft verhindert wird und die in der Lage ist, der Brennkammer konstant ein Mischgas mit einem speziellen Luft-Kraftstoff verhältnis für jeden Zylinderzyklus zuzuführen , um zu versuchen, eine maßgebliche Herabsetzung der Rückstandsmenge an giftigen Bestandteilen zu erreichen; und zwar soll dies bewirkt werden, indem man die Strömung von verflüssigtem, auf der Innenwand eines Saugkanals niedergeschlagenem Kraftstoff in die Brennkammer verhindert, mit

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dem Ziel, einen Betrieb ohne Fehlzündungen und schlechter Verbrennung zu erhalten, indem ein Gasgemisch mit. einem Verhältnis zugeführt wird, das magerer ist als ein stöchiometrisches Verhältnis. . '

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die ein Gehäuse mit einer Brennkammer aufweist, weiterhin einen Saugkanal zur Zufuhr eines Gasgemisches in die Brennkammer und einen Auslaßkanal für das aus der Brennkammer austretende Abgas. Bei dieser Brennkraftmaschine wird rings um den äußeren Umfang des Auslaßkanales eine Wassermantelkühlung zur Wasserkühlung des Auslaßkanales vorgesehen und weiterhin eine Umfangswand, welche den Saugkanal begrenzt,mit ihrer Außenfläche der Luft ausgesetzt, um die Verflüssigung des durch den Saugkanal strömenden Mischgases zu verhindern und die Verdampfung von flüssigem Kraftstoff, der in den Saugkanal kommt, zu erleichtern. ·

Bei der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen Brennkraftmaschine kein-Wassermantel um den Saugkanal herum vorgesehen. Da der Saugkanal durch Luft, die um die Maschine herum aufgewärmt ist, luftgekühlt oder warmgehalten wird, wird er auf einer relativ hohen Temperatur von etwa 90⁰C bis 135⁰C verglichen

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mit dem Gegenstück herkömmlicher Brennkraftmaschinen.gehalten. Daraus ergibt sich, daß eine Strömung verflüssigten Kraftstoffes aus dem Saugkanal in die Brennkammer verhindert wird.

Bei der herkömmlichen Maschine tritt oft eine unvollständige Verbrennung deswegen auf, weil flüssiger Kraftstoff in die Brennkraftmaschine gelangt und zwar in einem Fall, wo die Erzeugung von N0__ durch Wahl eines geringeren Luft-Kraftstoffverhältnisses eines Mischgases reduziert ist, beispielsweise ein Luft-Kraftstoffverhältnis, das kleiner als das stöchiometrische Luft-Kräftstoffverhältnis ist. Gemäß dieser Erfindung wird jedoch ein besseres Ergebnis bei Verwendung eines magereren Mischgases erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht mit Darstellung eines Teiles der Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungs-.'form der Erfindung,

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Figur 2 eine vergrößerte Bodenansicht mit Darstellung eines Teiles eines Zylinderkopfes der Maschine

gemäß Fig. ΐ,
Figur 3 eine teilweise weggebrochene Bodenansicht mit Darstellung eines Teiles des Zylinderkopf es einer Maschine gemäß einer anderen Ausführungsform der

Erfindung, '

Figur 4 eine Seitenansicht, die teilweise weggebrochen

den Zylinderkopf gemäß Fig. 3 zeigt, Figur 5 eine Querschnittsansicht längs der Linie 5-5

der Fig. 4 und
Figur 6 eine Querschnittsansient längs der Linie 6-6 der Fig. 4.

Eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 erläutert.

Eine Maschine 10 ist von Viertakt-Mehrzylinderbauart. In den Figuren ist nur ein Zylinder dargestellt. Die Maschine 10 weist ein Gehäuse auf, das einen Zylinderblock.12 mit einem darin angeordneten Zylinder 11 und einen Zylinderkopf 14 umfaßt, der gegen die obere Fläche des Zylinderblockes 12 stößt und eine Brennkammer 13 dazwischen begrenzt.

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Ein Wassermantel 15 ist in der Unifangswand des Zylinderblockes 12 in einer V/eise vorgesehen, um den Zylinder 11 und einen, in diesem hin- und herverschiebbar angeordneten Kolben 16 zu umschließen. An einer Seite des Zylinderkopfes 14 ist ein Saugkanal 18 vorgesehen, dessen Ende von einer relativ dickwandigen Umfangswand' 17 begrenzt wird und eine Saugöffnung bildet, die in die Brennkammer 13 mündet. An der anderen Seite des Zylinderkopfes 14 ist ein Auslaßkanal 20 vorgesehen, dessen eines Ende von einer Umfangswand 19 begrenzt wird, die eine Auslaßöffnung bil- ■· det, welche mit der Brennkammer 13 in Verbindung steht. Innerhalb des Zylinderkopfes 14 sind bekannte Ansaug- und Auslaßventile 23, 24 angeordnet, die jeweils von Nockenwellen 21, 22 in zeitlicher Beziehung angetrieben werden, um die Ansaug- und Auslaßöffnungen Jeweils zu öffnen und zu schließen. Innerhalb der Brennkammer 13 ragt das Vorderende einer Zündkerze 25 hinein. Ein Mischgas innerhalb dar Brennkammer 13 wird wie'gemäß dem Stand der Technik durch die Zündkerze gezündet und verbrennt, um den Kolben 16 abwärts zu drücken. Die Anordnung des Zylinderblockes 12 und des Zylinderkopfes 14 ist im wesentlichen dieselbe wie bei der bekannten Maschine, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt.

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Der Zylinderkopf 14 hat eine feste Umfangswand 17, deren Oberfläche den Saugkanal 18 begrenzt und es ist kein Wassermantel um die Umfangsflache der Wand 17 herum vorgesehen. Die Umfangswand 17 des Zylinderkopfes 14 nimmt in ihrer Dicke zur dickwandigen Brennkammer 13 hin zu. Obgleich eine Umfangswand 19 eines Auslaßkanales 20 in ihrer Dicke zur Brennkammer 13 hin allmählich zunimmt, ist ein Wassermantel 26· vorgesehen, der den Auslaßkanal 20 umgibt, wodurch der Auslaßkanal 20 wassergekühlt wird bis auf eine Temperatur von unter etwa 80⁰C. Der Wassermantel 26 steht mit dem Wassermantel 15 des Zylinderblockes 12 in Verbindung und Kühlwasser zirkuliert mittels bekannter Einrichtungen durch diese Ringräume.. Der Saug-· kanal 18 ist mangels eines Wassermantels nicht wassergekühlt, jedoch in einem gewissen Maß luftgekühlt, durch die-den Zylinderkopf 14 umgebende Luft oder warmgehalten durch die Luft, die im Bereich der Maschine aufgeheizt wird. Aus diesem Grund wird der Saugkanal 18 unter normaler Betriebsbedingung der Maschine auf einer Temperatur von etwa 90° - 1-35⁰C,. und zwar ein wenig hoher als die Temperatur innerhalb des Auslaßkanals 20 gehalten.

Ein bekannter Vergaser 28, der auf Unterdruck anspricht und ein Hilfsdrosselventil aufweist, ist über ein Saugrohr 27 an den Saugkanal 18 des Zylinderkopfe.s 14 angeschlossen.

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Ein Luftfilter 30 ist über eine Saugverbindung 29 mit dem Vergaser 28 verbunden und der Einlaß der Luft in den Vergaser 28 wird über den Luftfilter 30 und die Saugverbindung 29 bewirkt. In dieser Ausführungsform wird ein Einzylinder-Einvergaser-System gewählt, in welchem ein Vergaser für ^eden Zylinder vorgesehen ist. Die Saugrohre 27 sind miteinander über ein Ausgleichsrohr 31 verbunden, um zu erreichen, daß der Unterdruck innerhalb des Saugrohres konstant gehalten wird.

Ein Abgasrohr 32 umfaßt ehe Abgasverzweigung 35, die Zweigrohre 33 aufweist, die je mit dem Abgaskanal Jedes Zylinders verbunden sind und einen Sammelabschnitt 3^ hat, an den alle Zweigrohre 33 angeschlossen sind. Die Verzweigung 35 ist doppelt durch innere und äußere Wärmeisolationsschichten

36 und 37 bedeckt. Ein Wärmeisolationsspalt 38 ist zwischen der inneren und der äußeren Wärmeisolationsschicht 36 bzw.

37 vorgesehen, während ein Wärmeisolationsspalt 39 zwischen der inneren Wärmeisolationsschicht 36 und der Abgasverzweigung 35 vorgesehen ist. Daraus ergibt sich, daß HC usw. im Abgas innerhalb der Abgasverzweigung 35 reagiert, besonders innerhalb des Sammelabschnittes' "5k und sofort gezündet wird, womit das Abgas unschädlich gemacht wird. Der Sammelabschnitt J>k der Verzweigung 35 kommuniziert

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mit einem Abgasrohrkörper 40, Am stromaufzeitigen Ende des Abgasrohrkörpers 40 ist ringsherum mit Abstand ein Wärmeisolierrohr.41 eingesetzt. Der Körper 40 ist über einen nicht dargestellten Geräuschdämpfer zur- Atmosphäre hin geöffnet. - ' -_

Während des Betriebes der Maschine wird ein magereres Gas mit spezifischem Mischungsverhältnis vorzugsweise unterhalb eines stöchiometrisehen Mischungsverhältnisses durch den Vergaser 28 und den Saugkanal 18 in die Brennkammer 13 hineingeschickt. Zu dieser Zeit fließt flüssiger Kraft_T stoff an der Innenwand des Saugkanals 18 entlang. Da. der Saugkanal 18 luftgekühlt bzw. warmgehalten, also nicht wassergekühlt ist, wird der flüssige Kraftstoff verdapmft. Es. besteht keine Möglichkeit, daß das Mischgas innerhalb des Saugkanals 18 in flüssige Form kondensieren kann, da der Saugkanal 18 auf einem entsprechenden Temperaturniveau gehalten wird. Daraus ist erkennbar, daß kein flüssiger Kraftstoff aus der Saugöffnung in die Brennkammer 13 strömt. Es ergibt sich also, daß ein Mischgas mit einem speziellen Luft-KraftstoffverhäLtnis immer in die Brennkammer 13 eingeführt wird, weswegen keine Möglichkeit besteht, daß ein einwandfreier Betrieb der Maschine aufgrund einer Veränderung des Mischungsverhältnisses gestört wird. Dadurch wird

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das gemischte Gas verfeinert. Der Gehalt an giftigen Bestandteilen, die im Abgas enthalten sind, wird somit in größerem Maß reduziert.

Der Zylinderkopf besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung in einem Monoblockguß. ,Besonders die Umfangswand, die den Saugkanal begrenzt und die Umfangswand, die die Brennkammer begrenzt, sollten vorzugsweise einstückig gegossen sein, insbesondere vom Standpunkt der Wärmeleitung. Wo die Umfangswand, die den Saugkanal begrenzt, zunehmend in Richtung der Brennkammer dickenmäßig wächst, wird wie in der vorgenannten Ausführung Wärme von der Brennkammer wirksam über die gesamte Länge des Saugkanals geleitet, wodurch die Verdampfung von Flüssigbrennstoff noch effektiver gemacht wird. Die Länge des Saugkanals ist vorzugsweise 60 bis 70 mm vom Saugventil ab gemessen und die Wand des Saugkanals und der Brennkammer wird vorzugsweise 50 % dicker als die entsprechenden Teile einer herkömmlichen Maschine ausgeführt. Der Zylinder und der Abgaskanal sind wassergekühlt wie bei ■ der herkömmlichen Maschine mittels des Wassermantels, wodurch verhindert wird, daß der Zylinderkopf und der Zylinderblook aufgrund übermäßiger Wärme zerstört wird.

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Die Maschine ist nicht auf die vorbeschriebene Ausführungsform beschränkt, vielmehr kann auch ein Gegenstromtyp vorgesehen werden, wie in den Fig. 3 bis 6 erläutert ist.

In dieser Ausführung bezeichnen dieselben Bezugszahlen dieselben Teile wie bei der Ausführung gemäß der Fig. 1 und 2 und eine entsprechende Erläuterung ist daher entbehrlich. ■ .

In den Fig. 3 und 4 sind vier Brennkammern 13 in vorgegebenen Abständen innerhalb des Zylinderkopfes 14 angeordnet. Innerhalb des Zylinderblockes 12 sind in vorgegebenen Abständen vier Zylinder entsprechend den vier Brennkammern 13 vorgesehen. Dies ergibt eine Vierzylindermaschine. Jeweils ein Saugkanal 18 ist über eine Saugöffnung an die Brennkammer 13 angeschlossen, während ein Abgaskanal 20 über eine Auslaßöffnung mit der Brennkammer 13 verbunden ist. Diese Kanäle 18 und 20 sind im Zylinderkopf 14 so angeordnet, daß sie parallel zueinander liegen. Zwischen dem Paar an Kanälen 18 und 20 wird eine gut wärmeleitende Trennwand 42 aus Aluminiumlegierung oder dgl. vorgesehen. Der Saugkanal 18 wird durch eine Hauptseitenwand 43 und die Trennwand 42 begrenzt. Auf ähnliche Weise wird der Abgaskanal durch eine Hauptseitenwand 44 und die genannte Trennwand 42 umschlossen. Die vier Saugkanäle 18 sind in

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zwei Gruppen geteilt,, wobei die Saugkanäle jeder Gruppe einander benachbart zugewandt liegen. Ein Abstand 45 herrscht zwischen den jeweiligen Hauptseitenwänden der Saugkanäle 18 jeder Gruppe. Auf der Außenseite der Haupts.eitenwand des Abgaskanals 20 ist ein Wassermantel 46 vorgesehen. Derjenige Teil des Wassermantels 46, der benachbart dem Auslaßkanal 20 liegt, welcher zu dem einen Saugkanal 18 jeder Gruppe gehört, steht oberhalb einer oberen Seitenwand 47 des Abstandsspaltes 45 mit demjenigen Teil des Wassermantels 46 in Verbindung, der sich benachbart dem Auslaßkanal 20 befindet, welcher zum anderen Saugkanal 18 gehört. Der Wassermantel 46 hat eine Öffnung 49 für die Einführung von Kühlwasser und Auslaßöffnungen 50. Daraus ergibt sich, daß das Kühlwasser von einer nicht dargestellten Pumpe durch die Öffnung 49 in den Wassermantel bzw. Wasserringraum 46 gelangt und durch die Auslaßöffnung 50 wieder ausgeführt wird, wodurch eine wirksame Wasserkühlung des Auslaßkanals 20 bewirkt wird. Der Saugkanal 18 ist nicht wassergekühlt, weil der Abstandsspalt 45 anstelle des Wasserrxngsraumes vorgesehen ist. Jedoch wird Wärme aus dem warmen Abgas durch die Trennwand 42 auf den Säugkanal 18 übertragen. Der Saugkanal 18 ist wärmegeschützt oder warmgehalten durch einen Luftschleier innerhalb des Abstandsspaltes 45, so daß ein gemischter Gaskraftstoff, der durch den Saug-

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kanal 18 gelangt, leicht verdampft wird, und zwar nicht nur während der normalen Betriebsperiode, sondern auch während einer Niedriglastbedingung. Die Verdampfung des gemischten Gaskraftstoffs wird weiterhin dadurch erleichtert, daß die Wandoberfläche der Brennkammer 13 nicht wassergekühlt ist, mit Ausnahme in der Nachbarschaft des Auslaßkanals 20 und somit auf relativ hoher Temperatur gehalten wird. Sogar wenn ein magereres Mischgas verwendet wird, wird während Niedriglastbetrieb der Maschine eine schnelle Zündung bewirkt, und die Gefahr von Fehlzündungen wird geringer. Weiterhin kann die Erzeugung von HC gesteuert werden.

Bei der Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Zylinderkopf vorzugsweise ein einstückiges Gußstück. Es wird auch vorgezogen, daß die Umfangswand des Saugkanals 18 in ihrer Dicke zur Brennkammer hin allmählich zunimmt.

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Claims

Patentansprüche

[1. ,^Brennkraftmaschine mit einem Versorgungssystem für ein. Mischgas, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis
kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis hat, mit einem Saugkanal, einem wassergekühlten Abgaskanal und einer Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der
Saugkanal (18) durch eine Umfangswand (17) begrenzt ist, deren Außenfläche von Luft beaufschlagt wird, um den Saugkanal luftzukühlen oder warmzuhalten,
um eine Verflüssigung eines Mischgases zu verhindern, das den Saugkanal durchströmt und die Verdampfung
von flüssigem Kraftstoff zu erleichtern, der in den Saugkanal gelangt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse einen Zylinderblock
(12) und einen Zylinderkopf (14) aufweist, welcher
den Saugkanal (18) und die Brennkammer (13) begrenzt und daß der Zylinderblock und der Zylinderkopf als Ganzes ausgebildet sind.

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. - 15 -
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (14) als Monoblock-Aluminiumlegierungsguß ausgebildet ist. :
4. Brennkraftmaschine nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch . gekennzeichnet, daß die Umfangswand (17) in ihrer Dicke zur Brennkammer (13) hin zunimmt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkanal 18 und der Abgaskanal (20) mit der Brennkammer (13) so verbunden sind, daß das Mischgas von einer Seite in die Brennkammer eingeführt und das Abgas an deren anderer Seite herausgeführt wird.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkanal (18) und der Abgaskanal (20) parallel zueinander angeordnet sind und benachbart zueinander liegen und nur durch eine zwischengeschaltete Wand (42) voneinander getrennt sind.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (42) aus gut wärmeleitendem Material besteht, um die vom Abgas im Abgaskanal herrührende Wärme mit geringenWärmedurchgangswiderstand auf den Saugkanal (18) zu übertragen.

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