DE2507203C2 - Gemischansaugende fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine nach dem Schichtladungsprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gemischansaugende fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine nach dem .Schichtladungsprinzip nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Hoher Luftüberschuß bei der motorischen Verbrennung von Kraftstoffen ist bekanntlich ursächlich für einen sehr geringen Anteil von Stickoxiden und Kohlenmonoxid in den Abgasen von Verbrennungsmotoren. Schfchtladungsmotoren arbeiten mit einer stufenweisen Verbrennung unterschiedlicher Ladungsanteile im Brennraum. Aufgrund dieser Arbeitsweise ist es mög-Hch, sehr magere Luft/Kraftstoff-Gemische im Motorbetrieb sicher und mit großer Gleichmäßigkeit zu verarbeiten. Die Abgase dieser Motoren sind daher vor allem in dem in dieser Hinsicht besonders kritischen Teillastbereich besonders arm an Stickoxiden und an K->hIenmonoxid. Die Luftüberschußzahl ist besonders hoch gewählt (z. B. Lambda ungefähr 1,8), um aus dem Bereich der Stickoxid- und der Kohlenmonoxidbindung herauszukommen. Durch diesen mit Rücksicht auf geringere NO- und CO-Werte hohen Ansatz des Luftüberschusses gelangt man aber in Bereiche, die weit oberhalb des für die Entstehung von CH-Bestandteilen im abgasoptimalen Bereiches der Gemischzusammensetzung (etwa bei Luftüberschußzahlen zwischen 1,15 bis 1,3) liegen. Der Schichtladungsmotor ist also im Teillastgebiet, was die Emission von NO- und CO-Abgasbestandteilen angeht, sehr gut; hingegen ist er hinsichtlich der Bildung von CH-Abgasbestandteilen im Teillastbetrieb nicht befriedigend.

Brennkraftmaschinen nach dem Schichtladungsprinzip mit Vorkammern und Einspritzung des Kraftstoffes in die Vorkammer sind bekannt; vgl. beispielsweise die SAE-Druckschrift 74Jl 62. Darin werden Versuche an Einzylindermaschinen beschrieben und genaue Verbrauchs- und Abgaswerte des untersuchten Schichtlademotors den entsprechenden Kennfeldern von herkömmlichen Ottomotoren gegenübergestellt. Zwar ergibt sich, daß sich erhebliche Verbesserungen der CO- und der NO-Emission und eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches erreichen läßt, jedoch wird die Emission von Kohlenwasserstoffen durch die Anwendung des Schichtladungsprinzipes danach nicht nennenswert beeinflußt.

Auch die DE-OS 24 36 442 zeigt einen Schichtlademotor mit gesonderter Gemischaufbereitung für die Vorkammer. Beide Gemische, das Vorkammergemisch und das Hauptbrennraumgemisch werden unier Ausnutzung der Abgaswärme angewärmt, wobei über den ganzen Lastbereich hinweg eine proportionale Vorwärmung der beiden Gemische erfolgt. Eine Beeinflussung des Ausmaßes der Vorwärmung ist nicht vorgesehen, weshalb insbesondere im oberen Lastbereich die Gemische in unerwünschter Weise besonders stark vorgewärmt werden. Dies wirkt sich nachteilig auf den Füllungsgrad aus. Außerdem muß der Zündzeitpunkt auf ->spät« verlegt werden, wodurch die Kraftstoffenergie schlechter ausgenützt wird. Die Leistungsausbeute wird schlechter und der spezifische Kraftstoffverbrauch steigt. Wegen der unnötigen Anhebung der Verbrennungstemperatur im oberen Lastbereich steigt der Anteil der Stickoxide im Abgas und es wird eine Klingelneigung herbeigeführt.

In der weiteren SAE-Druckschrift 7 41159 wird ebenfalls über einen Schichtlademotor berichtet, bei dem ebenfalls eine Gemischvorwärmung angewandt wird. Zwar ist dort die Möglichkeit einer Veränderung der Vorwärmung vorzusehen, jedoch handelt es sich dabei um eine Handsteuerung mittels manuell betätigbarer Steuerklappen in den Abgasleitungen, mit denen mehr oder weniger Abgas einem Abgas/Gemisch-Wärmetauscher zugeführt werden kann. Aufgrund der abgasseitigen Steuerung der Gemischvorwärmung ist diese sehr trage und kann sich einem raschen Leistungswechsel nicht anpassen. Darüber hinaus ist auch hier

offenbar eine sich über den gesamten Leistungsbereich hinwegerstreckende, wenngleich möglicherweise abnehmende Gemischvorwärmung vorgesehen.

Die DE-OS 23 02 015 zeigt ebenfalls einen Schichtladungsmotor mit gesondert mit Gemisch versorgbarer Vorkammer, die mittels einer um die Vorkammer gelegten Heizwendel elektrisch beheizbar ist Durch diese künstliche Temperaturanhebung der Kammerwandung soll ein Kraftstoffniederschlag aus dem angesaugten fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch insbesondere in der Start- und Warmlaufphase verhindert werden.

Keine der zitierten Literaturstellen zeigt einen Schichtladungsmotor, bei dem zweierlei unterschiedliche Regelungsmethoden lastabhängig und alternativ angewandt werden. Diese gemischtgeregelte Verbrennungskraftmaschine nach dem Schichtladungsprinzip stellt eine gute Ausgangsbasis für eine umweltfreundliche Brennkraftmaschine dar und es ist Aufgabe der Erfindung, diese dahingehend zu verbessern, daß bei ihr auch im Teillastgebiet die Emission von CH-Bestandteilen auf zulässige Werte reduziert wird, ohne daß die Emission der anderen Schadstoffe in unzulässigem Ausmaß erhöht würde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst

Die Erfindung geht dabei von der Annahme aus, daß für die Entstehung der CH-Anteile bei bekannten Schichtladungsmotoren in erster Linie eine zu geringe Verbrennungsgeschwindigkeit ursächlich ist Aufgrund des hohen Luftübersehusses wird zum einen die Flammenfront nur mit mäßiger Geschwindigkeit durch das magere Luft/Kraftstoff-Gemisch hindurchgetragen, so daß die Flammenfront erst sehr spät die Endbereiche des Verbrennungsraumes erreicht Zum anderen werden bei den relativ geringen Brennstoffanteilen nur vergleichsweäse geringe Wärmemengen freigesetzt. Ein großer überschüssiger Massenanteil von Luft im Brennraum entzieht der Brennraumladung bei jedem Arbeitszyklus einen gewissen Wärmebetrag. Dieser Wärmebetrag geht den schwersiedenden Kraftstoffbestandteilen, die zu einer guten Verbrennung eine gewisse Vorerwärmung brauchen, verloren. Die Aufwärmung der schwersiedenden Kraftstoffbestandteile kann sich also nur bei einer geringen Temperaturdifferenz abspielen, weshalb deren Erwärmung sich verzögert. Die Verbrennung der schwersiedenden Kraftstoffanteile ist also bei Beginn der Expansion noch längst nicht abgeschlossen. Aufgrund der bei der Expansion auftretenden Temperaturreduzierung werden aber die Verbrennungsbedingungen für die erwähnten Kraftstoffbestandteile noch schlechter. Das langsame Fortschreiten der Flammenfront und das demgemäß relativ späte Einsetzen der Verbrennung an einem bestimmten Punkt des Brennraumes sowie die spät einsetzende und aufgrund eines geringen während der Expansion sich sogar noch verringernden Temperaturgefälles nur langsam ablaufende Vorerwärmung der schwersiedenden Kraftstoffbestandteile sind ursächlich dafür, daß nicht alle Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffes während des Expansionshubesi verbrennen. Sie gelangen unverbrannt in den Auslaß des Brennraumes. Soweit der Kraftstoff verbrennt — mit seinen leichtsiedenden Bestandteilen — verbrennt er vollkommen, weil genügend Sauerstoff vorhanden ist, so daß sehr wenig Kohlenmonoxid entsteht. Wegen der geschilderten Gründe verbrennen aber nicht alle Bestandteile des Kraftstoffes, die Teilnahme der KraftstoffkoTiponenten an der Verbrennung ist also unvollständig, so daß diese sich in den Abgasen des Motors wiederfinden. Da die Verbrennung bei relativ niedrigen Temperaturen stattfindet, werden auch nur sehr geringe Mengen an Stickoxiden gebildet Soviel si\ zur Arbeitsweise bekannter Schichtladungsmotoren ausgeführt

Erfindungsgemäß wird nun im Teillastbereich lastabhängig die Kompressionsendtemperatur im Brennraum angehoben. Die auf diesem Temperaturniveau aufbauende Verbrennung wird dadurch in ein höheres Temperaturniveau angehoben. Die Folge davon ist, daß die Verbrennung schneller stattfindet. Die Flammenfront schreitet wegen der höheren Molekuiarbewegung schneller fort. Die Erwärmung der schwersiedenden Kraftstoffbestandteile setzt deswegen früher ein und findet bei höherem Temperaturniveau und bei höherem Temperaturgefälle statt. Das raschere Verbrennen bei höheren Temperaturen schafft auch noch bei beginnendem Expansionshub Verbrennungsbedingungen, die der Verbrennung der hochsiedenden Kraftstoffbestandteile förderlich dnd. Der für die Verbrennung der kritischen Kraftstoffbestandteile ausnutzbare ^:;«itrauni wird also länger. Aufgrund der erfindungsgemaße ΐ Temperaturanhebung wird also eine gewisse Selbstbeeinflussung der Verbrennungsvorgänge bewirkt; das Einsetzen der Verbrennung schafft ihrerseits Verbrennungsbedingungen, die einem rascheren Ablauf der Verbrennung auch der schwersiedenden Bestandteile förderlich sind. Die Kraftstoffkomponenten nehmen also vollständig an der Verbrennung teil; dank des Luftübersehusses ist die Oxydation der Kraftstoffkomponenteir auch vollkommen. Andererseits ist das Temperaturniveau der Verbrennung noch nicht so hoch, daß Stickoxide in unzulässigem Ausmaß entstünden.

Vorgesehen ist, daß die Kompressionsendtemperatur im gesamten Leistungsbereich des Motors konstant sein soll. Die Kompressionsendtemperatur ist jedoch unter der Voraussetzung einer konstanten Arbeitsraumeintrittstemperatur eine direkte Funktion des Saugrohrunterdruckes; je kleiner der Ansaugdruck, um so niedriger ist die Kompressionsendtemperatur und umgekehrt. Die Füllung des Brennraumes wird beim Schichtladungsmotor lediglich im Bereich der Quantitätsregelung lastabhängig verändert, und zwar durch Beeinflussung des Ansaugdruckes; im Bereich der Quditätsregelung bleibt die Füllung jedoch konstant. Im Schichtladungsmotor liegt also — abgesehen von lastabhängigen Temperaturniveauschwankungen des ganzen Motors — im oberen Leistungsbereich der Qualitätsregelung, bei der der Saugstrom ungedrosselt zufließt, ohne weiteres eine etwa konstante Kompressionsendtemperatur vor. Bei herkömmlichen Schichtladungsmotoren fällt die Kompressionsendtemperatur aber aufgrund der lastabhängigen Drosselung des Saugstromes lastabhängig ri.it abnehmender Last sehr steil ab. Dieser Einfluß wird im Bereich der Quantitätsregelung erfindungsgemäß durch eine gegensinnig analoge lastabhängige Vorwärmung des Ansaugstromes kompensiert; es wird also das Ansaugmedium, vorzugsweise die Ansaugluft, gegensinnig analog zur eingestellten Last vorgewärmt. Die Vorwärmung ist in einem solchen Ausmaß vorzunehmen, daß die Kompressionsendtemperatur etwa die gleichen Werte erreicht wie im Bereich der Qualitätsregelung.

Es ist zwar bei Ottomotoren bekannt (vgl. z. B. DE-OS 17 76 096), im unteren Leistungsbereich eine Gemischvorwärmung zur Abgasverbesserung vorzunehmen. Hierbei war jedoch das Ziel, die Gemischqualität hinsichtlich seiner Feinheit und Homogenität durch

Wärmeeinfluß zu verbessern in der Πι wartung, daß ein fein aufgeschlossenes homogenes Gemisch besser, d. h. vollkommener verbrennt als ein weniger feines inhomogenes Gemisch. Die vollkommenere Verbrennung des Kraftstoffes wiederum sollte eine bessere Kraftstoffausnutzung und eine bessere Abgasbeschaffenheit ergeben. Diese Gedankengänge sind aber im Hinblick auf die vorliegende Erfindung abwegig. Denn es muß daran erinnert werden, daß ein normaler Ottomotor im gesamten Leistungsbereich mit einem etwa stöchiometrisch zusammengesetzten Gemisch betrieben wird (Luftüberschußzahlen zwischen 0,9 und 1,1), daß also der Luft sehr viel mehr Kraftstoff zugesetzt wird als beim Schichtladungsmotor, der im Teillastbereich stark überstöchiometrisch betrieben wird und wo einem etwa gleichen Luftvolumen nur etwa die halbe Menge Kraftstoff zugesetzt wird. Aufgrund dieser großen Luftmengen ergeben sich beim Schichtladungsmotor — wegen der großen LcjiirTiCrigCri — WCuCr PrOuiciTic cificr (einen Kliifistoffvernebelung noch — wegen des großen Sauerstoffüberschusses — Probleme einer vollkommenen Kraftstoffverbrennung. Der Gedanke, die von Ottomotoren bekannte im Teillastbereich angewandte Vorwärmung auf Schichtladungsmotoren zu übertragen, ware völlig abwegig, da der Schichtladungsmotor die mit der bekannten Vorwärmung gegebene Hilfe gar nicht nötig hat. Hingegen ergeben sich beim Ottomotor in der Tat Probleme der feinen Kraftstoffvernebelung und der vollkommenen Verbrennung, insbesondere in dem in dieser Hinsicht besonders kritischen Teillastbereich.

Abgesehen von dieser nur scheinenden Ähnlichkeit unterscheidet sich die Erfindung von Bekanntem auch dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorwärmung im Ausmaß wesentlich größer ist und gezielt lastabhängig erfolgt. Die Zielsetzung ist eine andere, nämlich eine über den gesamten Lastbereich hinweg etwa gleichbleibend hohe Kompressionsendtemperatur. Diese wiederum ist maßgebend für einen schnelleren Ablauf der Verbrennung und eine vollständige Verbrennung aller Kraftstoffkomponenten. Die Zielsetzung bei der Erfindung ist also eine Einflußnahme auf die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Vollständigkeit der Verbrennung aller Brennstoffkomponenten (CH-Abbau), wohingegen bei der bekannten Vorwärmung die Gemischverbesserung und die Vollkommenheit der Oxydation (CO-Abbau) das Anliegen ist.

Konsequenterweise wird bei der bekannten Vorwärmung eine Gemischvorwärmung angewandt, in dem Bestreben, die einzelnen Kraftstofftröpfchen in direktem Kontakt mit wärmeabgebenden Wänden zu bringen und sie dadurch zu verdampfen und zu zerkleinern. Dies ist aber bei der Erfindung relativ unwichtig, da man davon ausgehen kann, daß — was die Gemischfeinheit anbelangt — das stark überströchiometrische Luft/ Kraftstoff-Gemisch des Schichtladungsmotors ohne weiteres ausreichend fein aufbereitet werden kann. Entscheidend für die Wirkungsweise der Erfindung ist hingegen eine ausreichende Vorwärmung der zu komprimierenden Verbrennungsluft, da nur dann, wenn die bei der Vorwärmung abgegebene Wärmemenge an die zu komprimierende Luft und nicht etwa an die von dieser Luft getragenen Kraftstoffnebeltröpfchen abgegeben wurde, eine Erhöhung der Kompressionsendtemperatur erzielt wird. Es ist daher gemäß der Erfindung nicht nur zulässig, sondern durchaus beabsichtigt, zunächst nur die Luft vorzuwärmen und ihr kurz vor Eintritt in dem Arbeitsraum über eine Zerstäuberdüse die erforderliche Kraftstoffmenge zuzusetzen. Dem Kraftstoff bleibt dann nur noch sehr geringe Zeit, sich im Sinne einer Gemischverfeinerung an der vorgewärmten Luft zu erwärmen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert; dabei zeigt die Figur einen Schichtladungsmotor mit ausführungsgemäßer Luftvorwärmung im Teillastbereich.

Der mit Kurbelwelle 1, Pleuelstange 2, Kolben 3, Motorblock 4 und Zylinderkopf 5 angedeutete Schichtladungsmotor weist neben dem Hauptbrennraum 6 noch eine Zündkammer 7 auf. Der Hauptbrennraum 6 wird über das mittels der Nockenwelle 8 steuerbare Einlaßventil 9 durch die Ansaugleitung 10 mit Luft/Kraftstoff-Gemisch gefüllt. Dabei wird dem Ansaugstrom taktweise während der Ansaugphase lastabhängig Kraftstoff in icersiüubief Form mittels eines motornah angeordneten elektromagnetisch steuerbaren Einspritzventiles 11 zudosiert (elektrische Steuerleitung 12, Kraftstoffleitung 13). Abgesehen von vollastnahen Betriebsbereichen ist das Luft/Kraftstoff-Gemisch lastabhängig mehr oder weniger stark überstöchiometrisch zusammengesetzt.

Zur Erzeugung eines lastunabhängig stets stöchiometrisch zusammengesetzten Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Zündkammer — nur ein etwa stöchiometrisch zusammengesetztes Gemisch kann durch eine Zündkerze rasch gezündet werden und liefert eine kräftige Zündflamme — ist an der Zündkammer 7 ein gesondertes, ebenfalls elektromagnetisch steuerbares Einspritzventil 14 (Steuerleitung 15, Kraftstoffleitung 16) angebracht. Mit diesem Ventil kann gemäß dem Kraftstoffdefizit des Gemisches im Hauptbrennraum das Gemisch in der Zündkammer auf stöchiometrische Gemischzusammensetzung angereichert werden. Die Einspritzrnenger. arn Ventil 14 nehmen also mit zunehmender Last ab. Das Gemisch der Zündkammer kann durch die Zündkerze 17 gezündet werden. Die aus dem Über-Strömkanal 18 ausschlagende kräftige Stichflamme zündet dann das Gemisch im Brennraum 6.

Die Leistungssteuerung des Motors wird durch den willkürlich betätigbaren Hebel 20 bewirkt, der — im dargestellten Ausführungsbeispiel — direkt mit einem anderen Hebel 21 gekoppelt ist Der Hebel 21 ist der Steuerhebel für eine schematisch in Blockschaltweise dargestellte elektronische Steuereinheit 23, weiche taktabhängig (Wirkungslinie 22 von der Nockenwelle 8 zur Steuereinheit 23) und lastabhängig (über Hebel 21) die

so Erregungszeiten für die beiden Einspritzventile 11 u"d 14 steuert. Der Steuerhebel 21 ist über einen Winkelbereich cc bewegbar, in dem — z. B. bei vorgegebener Motordrehzahl — die Erregungszeiten der Ventile lastabhängig bzw. stellungsabhängig verändert werden.

An dem Hebel 21 ist im dargestellten Beispiel ein Schlepphebel 24 (Andrückfeder 25) angelenkt, der sich aufgrund des Anschlages 26 lediglich innerhalb des Verstellweges β bewegen kann, der etwa dem halben Verstellweg « des Hebels 21 entspricht Von dem Schlepphebel 24 aus wird eine Drosselklappe 27 betätigt, die über ein Verstellgestänge 28 mit einem Justierglied 29 an dem Hebel 24 angekoppelt ist Die Ankoppelung der Drosselklappe an den Schlepphebel 24 und mittelbar an den Steuerhebel 21 erfolgt so, daß — ausgehend von

&5 einer nahe der Lcerlaufeinstel'ung liegenden Stellung der Teile, wie dargestellt — die Drosselklappe mit zunehmender eingesteuerter Leistung zunächst mehr und mehr geöffnet wird, bis sie schließlich die waagerechte

Stellung mit dem größten Öffnungsquerschnitt erreicht hat. Bei voller Öffnung der Drosselklappe 27 liegt der Schlepphebel 24 an dem Anschlag 26 an, so daß der Hebel 24 und die Drosselklappe 27 bei Veränderung des Steuerhebels in Richtung auf größere Leistungswerte in der Maximalstellung stehen bleiben. Aufgrund dessen, daß der Hebel 21 sich oberhalb dieser Zwischenstcllung weiterfctwegen kann, ist es möglich, dem Motor mittels der Steuereinheit 23 bei konstant vollgeöffneter Drosselklappe 27 lastabhängig mehr oder weniger stark mit Kraftstoff angereichertes überstöchiometrisches Gemisch zuzuführen.

In dem unteren Lastbereich, in dem der Steuerhebel 21 und der Schlepphebel sich gemeinsam bewegen können, werden daher die Ansaugluftmenge und die Einspritzmenge gemeinsam und gleichsinnig zueinander und auch gleichsinnig analog zur eingesteuerten Last verändert. Da in diesem Bereich der Leistungssteuerung die stark überstöchiometrische Gemischzusammensetzung sich nur unwesentlich ändert, hingegen sich die Ladungsmenge stark ändert, ist dieser Bereich der der Quantitätsregelung. In dem oberhalb daran anschließenden Bereich der Leistungssteuerung bleibt die Drosselklappe — wie dargelegt — ständig offen stehen und es wird die Kraftstoffmenge erhöht. Im Gegensatz zur Quantitätsregelung bleibt hier die Ladungsgröße je Arbeitszyklus im wesentlichen konstant, jedoch wird die zudosierte Kraftstoffmenge, also die Ladungsqualität lastabhängig verändert; dieser Bereich ist der der Qualitätsregelung. Ausgehend von dem stark überstöchiometrischen Gemisch, wie es im gesamten unteren Lastbereich und auch an der Nahtstelle der beiden Regelungsbereiche vorhanden ist, wird die Gemischzusammensetzung immer fetter gemacht, bis schließlich gegen Vollast ein stöchiometrisches Gemisch erreicht ist.

Diese doppelte Art der Leistungsregelung — Quantitätsregelung im unteren LäSibereich und Quaiitätsregelung im oberen Lastbereich — steht in engem inneren Zusammenhang mit der Ausbildung der Verbrennungskraftmaschine als SchichtladuRgsmotor. Angestrebt ist — ausgehend von einer größtmöglichen Ladung mit einem stöchiometrischen Gemisch bei Vollast — eine stetige Absenkung des Kraftstoffanteiles im Gemisch und ein Betrieb des Motors bei möglichst kraftstoffarmem d. h. luftreichem Gemisch. Die bei Schichtladungsmotoren mögliche stufenweise Verbrennung ermöglicht eine gleichmäßige und betriebssichere Verarbeitung von kraftstoffarmen Gemischen, die, unter den durch die Erfindung geschaffenen Voraussetzungen, mit relativ sauberem Abgas verbrennen. Da jedoch das zu verarbeitende Gemisch bei mehr und mehr in Richtung auf niedrigere Leistungen eingestelltem Motorbetrieb nicht beliebig abgemagert werden kann (Qualitätsregelung), ist bei etwa 40 bis 50% der Nennleistung des Motors ein maximaler Grenzwert der Luftüberschußzahl erreicht Bei weiterer Leistungssenkung muß mit dem Kraftstoff auch die Luftzufuhr gesenkt werden (Quantitätsregelung).

Für die erfindungsgemäße Luftvorwärmung im Bereich der Quantitätsregelung sind nun folgende Maßnahmen vorgesehen:

Die von dem Luftfilter 30 ausgehende Luftleitung 31 teilt sich in zwei separate Leitungen 32 und 33. Die eine der Leitungen, Leitung 32, führt ohne Umwege zu einer Vereinigungssteiie 34 der beiden Leitungen. Die andere Leitung 33 führt unter Zwischenschaltung einer Aufheizstrecke 35 zu der Vereinigungsstelle. Die Aufheizstrecke ist als doppelwandiges Rohr mit großer wärmeabgebender Oberfläche l B. durch Längsrippung ausgebildet. An der wärmeabgebenden Seite ist das Rohr in ein motornah gelegenes heißes Teilstück der Abgasleitung 36 des Motors einbezogen. Die Aufheizstrecke ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet. Der Wärmetauscher ist auf eine Luftvorwärmung auf mindestens 150 bis 200" C ausgelegt. Zwar ist bei kleineren eingestellten Leistungen das Temperaturniveau der Abgasleitung 36 geringer als bei höheren abgegebenen Leistungen, dafür ist aber auch der Durchsatz auf der wärmeaufnehmenden Seite des Wärmetauschers 35 geringer, so daß sich derartige Einflüsse zum Teil selber kompensieren.

In Strömungsrichtung gesehen vor der Vereinigungsstelle 34 der beiden Leitungen 32 und 33, in der Leitung

33 jedoch hinter der Aufheizstrecke ist in jeder der Leitungen eine Drosselklappe 37 bzw. 38 angeordnet. Die Drosselklappen sind starr aber gegensinnig miteinander gekoppelt, d. h. in dem Maße wie die eine in öffnungsrichtung bewegt wird, wird die andere in Schließrichtung bewegt. In der die Klappen untereinander verbindenden Koppelstange 39 kann noch ein Justier- und/ oder ein Überbrückungsglied angeordnet sein. Eine der Klappen, hier die Klappe 38, ist mit dem Schlepphebel 24 über die mit einem Justier- und Überbrückungsglied 40 ausgerüsteten Koppelstange 41 verbunden. Die Drosselklappen 37 und 38 werden daher lediglich im geschilderten Bereich der Quantitätsregelung bewegt.

Aufgrund der gegensinnigen Bewegung der Drosselklappen 37 und 38 wird — zumindest im Betätigungsbereich des Schlepphebels 24 — der durch die Leitung 32 strömende kalte Anteil zugunsten bzw. zuungunsten des durch die Leitung 33 strömenden vorgewärmten Anteiles lastabhängig vergrößert bzw. verkleinert. Die beiden Luftanteile vermischen sich an der Vereinigungsstelle

34 und es wird je nach Anteilen an vorgewärmter und nicht vorgewärmter Luft sich lastabhängig eine unterschiedlich hohe Temperatur einstellen. Je weiter die Klappe 37 in der aufgewärmte Luft führenden Leitung 33 geöffnet ist, um so mehr ist die Klappe 38 in der Kaltluftleitung geschlossen und um so wärmer ist die Luft in der Ansaugleitung 10. Aufgrund der raschen Änderbarkeit der Luftanteile können die Mischungstemperaturen trägheitsarm verändert werden. Dank der lastabhängig mehr oder weniger starken Luftvorwärmung wird trotz der mehr oder weniger starken Reduzierung des Kompressionsanfangsdruckes durch die Quantitätsregelung die Kompressionsendtemperatur angehoben, derart, daß diese Temperatur etwa über den gesamten

so Leistungsbereich hinweg konstant ist Das Ergebnis dieser Maßnahmen ist — wie weiter oben geschildert — eine raschere Verbrennung auch sehr magerer Gemische bei hoher Temperatur und vor allem eine vollständige Verbrennung aller Kraftstoffbestandteile, also auch der schwersiedenden Anteile (CH-Abbau). Wegen des Luftüberschusses tritt eine vollkommene Verbrennung ohnehin ein (CO-Abbau). Die Temperaturen bei der Verbrennung sind noch nicht so hoch, daß Stickoxide in unzulässigem Ausmaß entstünden.

Die Vorteile der Erfindung liegen in einem Abbau aller Schadstoffkomponenten des Abgases, einer besseren Kraftstoffausnutzung und somit einer Reduzierung des spezifischen Verbrauches und in der Vermeidung von Nachverbrennungseinrichtungen, die teuer sind und ständig gewartet und erneuert werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gemischansaugende fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine nach dem Schichtladungsprinzip, mit einer innerhalb eines unteren Lastbereiches wirksamen Quantitätsregelung des in diesem Bereich stark überstöchiometrischen, in der Zusammensetzung gleichbleibenden Luft/Kraftstoffgemisches und mit einer in einem daran anschließenden oberen Lastbereich wirksamen Quaütätsregelung des in diesem oberen Bereich unterschiedlich zusammengesetzten Luft/Kxaftstoffgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im unteren Lastbereich die Kompressionsendtemperatur des Gemisches aufgrund einer zur eingestellten Last umgekehrt analogen Anwärmung des Ansaugmediums auf eine in allen Punkten des Bereiches der Vorwärmung etwa gleichhohe Kompressionsendtemperatur angehoben wird.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekcryizeichnet, daß der Bereich der Anhebung der Kompressionsendtemperatur sich auch noch in einen unteren Teilbereich des oberen Lastbereiches erstreckt.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsendtemperatur im Bereich üer Anwärmung des Ansaugmediums etwa gleichhoch ist wie die Kompressionsendtemperatur im Bereich der Qualitätsregelung ohne Anwärmung.

4. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anwärmung die Wärme der Abgase ausgenutzt ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkanal (31,10) für das Ansaugmedium bereichsweise geteilt ist in zwei Leitungen (32 und 33), deren eine (32) zu einer Vereinigungsstelle (34) der Leitungen (32 und 33) und deren andere (33) nach Durchlaufen einer Aufheizstrecke (35) zu der Vereinigungsstelle (34) führt, daß veränderliche Mittel (37 und 38) zum graduellen wahlweisen Verteilen der Saugströmung auf die eine (32) und/oder auf die andere Leitung (33) vorgesehen sind, und daß die Mittel (37 und 38) wenigstens mittelbar mit dem Fahrhebel (20) gekoppelt sind, dergestalt, daß sie im unteren Leistungsbereich in eindeutiger Weise lastabhängig verändert werden.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigungsstelle (34) motornah und in Strömungsrichtung gesehen vor der Zuführungsstelle (11) für Kraftstoff angeordnet ist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizstrecke (35) wärmeabgabeseitig durch wenigstens ein motornah gelegenes Teilstück der Abgasleitung (36) gebildet ist.