DE2509628A1

DE2509628A1 - Viertakt-ottomotor

Info

Publication number: DE2509628A1
Application number: DE19752509628
Authority: DE
Inventors: Isao Matsuno; Toshiaki Matsushita; Tadanori Sato
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1974-03-05
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2509628B2; JPS5144248B2; DE2509628C3; US4011841A; FR2273161A1; FR2273161B1; GB1490268A; JPS50118106A

Description

PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REINLÄNDEP. DlPL-ING. KLA'J3 BERNHARDT

D-8 München 60 . Ortr.st;aße 12 · Tele.'on (08?) 8o2024/5 2509628

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

269/2

PUJI HEAVY INDUSTRIES LTD. 7-2, Hlshishin^uku 1-ch.orae Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Viertakt-Ottomotor

Priorität: 5. März 1974 Japan 25451/74

Zusammenfassung

Ein Viertakt-Ottomotor besteht aus einer Zylinder-Kolbeneinheit mit einem Kolben, auf dessen Oberseite ein Unterkolben montiert ist, und einem Verbrennungsraum, der beim Aufwärtshub des Kolbens vom Unterkolben in zwei Teilräume unterteilt wird, und zwei Zündkerzen, die in»den beiden Teilräumen angeordnet sind, wobei die Zündkerzen derart eingestellt sind, daß sie in einer vorgegebenen Reihenfolge gezündet werden,, ehe die aneinandergrenzenden Teilräume, in denen die entsprechenden Zündkerzen in der Reihenfolge gezündet werden, im Abwärtshub des Kolbens für den Verbrennungshub miteinander in Verbindung stehen.

Die Erfindung betrifft Viertakt-Ottomotoren und insbesondere einen Ottomotor, der hinsichtlich der Säuberung der Abgase, mit verringertem Stickoxydgehalt, verbessert ist.

Um die Stickoxyde herabzusetzen, die in Abgasen auftreten, wird ein Ottomotor im allgemeinen mit Zündverzögerung betrieben, so daß die Druckspitze und Temperaturspitze im Verbrennungshub herabgesetzt werden.

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Ein solcher Motor zeigt Jedoch, geringe Leistung und erfordert hohen Aufwand.

Durch die Erfindung soll ein Viertakt-Ottomotor verfügbar gemacht werden, bei dem die Druckspitze und Temperaturspitze unter Kontrolle gebracht werden und hohe leistung beibehalten wird. Der verbesserte Motor hat getrennte-Verbrennungen, die aufeinanderfolgend mit Zeitverzögerung stattfinden, so daß die kombinierten Verbrennungen die Druckspitze und die Temperaturspitze unterhalb eines geeigneten Niveaus halten, bei dem die Erzeugung von Stickoxyd im Abgas ausreichend herabgesetzt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolbeneinheit nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolbeneinheit, die gegenüber der nach Pig. 1 modifiziert ist;

Pig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Modifikation der Einheit nach Pig. 1;

Pig. 4 einen Längsschnitt durch eine andere Modifikation der Einheit nach Pig. 1;

Pig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 6 ein Indikatordiagramm, bei dem eine Testkurve entsprechend der Erfindung mit der eines bekannten Motors üblicher Art verglichen wird; und

Pig. 7 ein Indikatordiagramm, bei dem eine andere Versuchskurve nach der Erfindung mit der eines bekannten Motors verglichen wird.

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Gemäß Fig. 1 weist ein Motor nach der Erfindung eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder 1, einem Zylinderkopf 2, einem verschiebbar im Zylinder 1 hin- und hergehenden Kolben 3 und einen Verbrennungsraum 4 im Zylinderkopf 2 auf, eine Einlaßöffnung 5 mit einem Einlaßventil 6 und eine Auslaßöffnung 7 mit einem Auslaßventil 8, die beide in den oberen Teil der Kammer 4 öffnen, und zwei Zündkerzen 9 und 10.

Der Kolben 3 weist einen Vorsprung 11 auf, der einstückig mit dem Kolben ausgebildet und an dessen Oberseite einen Unterkolben bildet, und der Verbrennungsraum 4 ist in zwei Teilräume 4a und 4b unterteilt, wenn der Vorsprung 11 im Aufwärtshub der Kolbenbewegung in den Teilraum 4a passend eingeschoben ist« Die zündkerzen 9 und 10 sind in den Teilräumen 4a bzw. 4b angeordnet.

Vorzugsweise sind die Teilräume im Zylinderkopf 2 in Porm von abgestuften Bohrungen gebildet, die koaxial zur Zylinderbohrung angeordnet sind, so daß die durch die Verbrennung erzeugten Drücke längs oder in der Nähe der Mittellinie des Kolbens 3 wirken.

Die übrigen Teile des Motors sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

Im Betrieb öffnet das Ventil 6 die Einlaßöffnung 5, um diese

mit dem Verbrennungsraum 4 in Verbindung zu bringen, und dann wird die Mischung in die Kammer 4 eingesaugt, die sich während des Abwärtshubes des Kolbens im Einlaßtakt ausdehnt.

Nahe am unteren Totpunkt des Kolbenhubes schließt das Ventil 6 die Öffnung 5, um die Verbindung mit der Kammer 4 zu unterbrechen, und der Kolben 3 wird im Kompressionshub nach oben bewegt. Etwa auf halbem Wege des Aufwärtshubes der Kolbenbewegung tritt der Unterkolben 11 gleitend in den Teilraum 4a ein und trennt die Kammer 4 in zwei getrennte Teilräume 4a und 4b auf.

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Nahte am oberen Totpunkt des Kolbenhubes wird die Zündkerze 9 als erste gezündet, um die Mischung im Teilraum 4a zu verbrennen und dem Kolben eine Abwärtsbewegung zu erteilen. Nach der ersten Zündung, und ehe die beiden Teilräume 4a und 4b während des Abwärtshubes des Kolbens miteinander in Verbindung kommen, wird die Zündkerze 10 als zweite gezündet, um die Mischung im Teilraum 4b zu verbrennen.

Wenn die abgestuften Verbrennungen miteinander kombiniert werden, weist die Druckkurve gemäß Pig. 6 zwei Spitzen auf, die auf einer geeigneten Höhe liegen, bei der die Stickoxyde in den Abgasen ausreichend reduziert sind. In diesem Falle sind die Spitzen der Kurve ausreichend im Vergleich zu der eines bekannten Motors herabgesetzt, die als unterbrochene Linie in Fig. 6 angedeutet ist, und bei dem Stickoxyde in ziemlichen Mengen erzeugt werden.

Nahe am unteren Totpunkt des Kolbenhubes öffnet das Ablaßventil 8 die Öffnung 7, um diese mit dem Raum 4 in Verbindung zu bringen, und dann beginnt der Aufwärtshub des Kolbens, der Auslaßhub.

Bei dieser Ausführungsform bleibt ein Teil der Abgase im Teilraum 4b aufgrund des Eindringens des Unterkolbens 11 in den Teilraum 4a. Die verbleibenden Abgase verdünnen die neu während des Einlaßhubes in die Kammer 4 eindringende Mischung.

Der Motor erlaubt die Verwendung einer mageren Mischung, so daß die Abgase sehr geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenoxyden enthalten, ebenso wie geringen Stickoxydgehalt aufgrund der Erfindung.

Wenn der als erster zu zündende Teilraum ein größeres Volumen hat als der andere Teilraum, ergibt sich eine Druckkurve gemäß Fig. 7» wobei die erste Spitze der Kurve höher ist als die zweite, so daß die Leistung des Motors weniger verringert wird, verglichen mit Fig. 6. Es kann deshalb die

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Zündkerze 10 bei der ersten Ausführungsform, die im Teilraum 4b angeordnet ist, als erste Zündkerze verwendet werden. Die Zündkerze 9 in Teilraum 4a wird in diesem Pail als zweite Zündkerze benutzt. Die zweite Zündkerze 9 hat Zündverzögerung, so daß gezündet wird, nachdem die erste Kerze gezündet ist und ehe die aneinandergrenzenden Teilräume während des Verbrennungshubes miteinander in Verbindung sind.

Pig. 2 zeigt einen Ottomotor, der gegenüber der ersten Ausführungsform modifiziert ist, wobei der TJnterkolben 11 auf der Oberseite des Kolbens 3 und der Teilraum 4a im Zylinderkopf 2 gegenüber der Mittellinie des Kolbens oder der Zylinderbohrung seitlich versetzt sind, so daß die Fläche der Oberseite des Teilraums 4b so verbreitert ist, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen darin vorgesehen werden können.

Pig. 3 zeigt einen Ottomotor, bei dem eine Einlaßöffnung 5 mit einem Einlaßventil 6 mit dem ersten Teilraum 4a in Verbindung steht und eine Ablaßöffnung 7 rait einem Ablaßventil 8 mit dem zweiten Teilraum 4b.

Dementsprechend wird der Teilraum 4a mit einer Mischung gefüllt, die nicht von den restlichen Abgasen in Kammer 4 verdünnt wird, weil die Mischung gegen Ende des Abwärtshubes in den Teilraum kommt, obwohl die in den Teilraum 4b gelieferte Mischung durch die restlichen Abgase verdünnt wird, so daß die Zündfähigkeit im Teilraum 4a auch bei sehr mager eingestellter Mischung ausreichend aufrechterhalten wird.

Ein Motor dieser Art hat weiter den tatsächlichen Vorteil, daß das Einlaßventil 6 die Einlaßöffnung 5 öffnen kann, ehe der Unterkolben 11 in den Teilraum 4a eindringt, so daß durch die Trägheit des Ablassens die restlichen Abgase im Teilraum 4a in den Teilraum 4b strömen und dann zur Ablaßöffnung 7, und der Teilraum^4a wird mit der progressiv

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zugeführten Mischung gespült, ehe der Verbrennungsraum 4 unterteilt wird.

In diesem Pail kann die als erste zu zündende Zündkerze sowohl die Kerze 9 als auch die Kerze 10 sein, wobei die Zündfähigkeit des Gemisches außer Betracht bleiben kann.

Fig. 4 zeigt eine Modifikation gegenüber Pig. 2. Ein Motor gemäß Pig. 4 unterscheidet sich von der anderen Ausführungsform dadurch, daß im Teilraum 4a ein Vorsprung 12 vorgesehen ist. Der Vorsprung 12 ist speziell zu einer Stufe mit einer flachen Oberfläche geformt, die dem Unterkolben zuweist. Wenn die Oberseite des Unterkolbens 11 am Ende des Aufwartshübes, des Kompressionshubes, in die Nähe der Stufe 12 im Teilraum 4a kommt, wird die Mischung vom Vorsprung 12 in den übrigen Raum weggestoßen und durch die unregelmäßige Bewegung selbst verwirbelt. Eine solche Verwirbelung verbessert die Zündfähigkeit einer mager eingestellten Mischung.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Pig. 5 dargestellt, gemäß der ein Kolben 3 mit zwei Unterkolben 11a und 11b mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sind, die in Tandem auf der Mittelachse des Kolbens oder der Zylinderbohrung angeordnet sind, wobei der Verbrennungsraum 4 in drei Teilräume 4a, 4b und 4c durch die Unterkolben 11a und 11b unterteilt wird, und in den Teilräumen drei Zündkerzen 9, 10 bzw. 11 angeordnet sind.

Eine Einlaßöffnung 5 mit einem Einlaßventil 6 steht mit dem Teilraum 4c in Verbindung, und zwei Ablaßöffnungen 7a und 7b mit zwei Ablaßventilen 8a und 8b stehen mit den Teilräumen 4b und 4c in Verbindung.

In diesem Pail wird der Teilraum 4a nach der Unterteilung des Verbrennungsraums in die Teilräume während des Aufwärtshubes des Kolbens für den Auslaßhub von beiden Auslaßöffnungen abgeschnitten, so daß die Abgase, die im Teilraum 4a

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eingeschlossen werden, während des Abwärtshubes für den Einlaßhub sich in dem Raum ausbreiten, so daß die Mischung verdünnt wird.

Die Zündkerzen 4b und 4c haben unterschiedliche Zündverzögerungszeiten, so daß sie gezündet werden, nachdem die vorangegangene Zündkerze gezündet ist und ehe die aneinandergrenzenden Teilräume während des Abwärts-Verbrennungshubes miteinander in Verbindung sind.

Die Arbeitsweise dieser Ausf übrungsform ist etwa die gleiche

oder identisch mit der der anderen beschriebenen Ausführungsforro, mit Ausnahme der Anzahl der Stufen der betreffenden Verbrennungen entsprechend den Teilräumen 4a bis 4c.

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Claims

atentansprüche

Viertakt-Ottomotor, gekennzeichnet durch, eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem einen oder mehrere Vorsprünge aufweisenden Kolben und einer beim Aufwärtshub des Kolbens durch dessen Vorsprung oder Vorsprünge in mehrere Teilräume unterteilten Verbrennungsraum, und eine Anzahl Zündkerzen in den jeweiligen Teilräumen, wobei die Zündkerzen derart eingestellt sind, daß sie in einer vorgegebenen Reihenfolge gezündet werden, ehe die aneinandergrenzenden Teilräume, in denen die entsprechenden Zündkerzen in der Reihenfolge gezündet werden, beim Abwärtshub des Kolbens, dem Verbrennungstakt, miteinander in Verbindung sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum, der die als erste gezündete Zündkerze aufweist, mit einer Einlaßöffnung in Verbindung steht.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Teilräume nach Auftrennung des Verbrennung sraums in die Teilräume beim Aufwärtshub des Kolbens im Auslaßtakt von einer Auslaßöffnung getrennt wird.
4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum mit der als erstes zu zündenden Zündkerze einen Bereich aufweist, in den die Mischung durch den Teilkolben beim Aufwärtshub des Kolbens im Kompressionstakt gestoßen wird.
5. Viertakt-Ottomotor, gekennzeichnet durch eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Kolben, der einen Unterkolben aufweist, und einer Verbrennungskammer, die durch den Unterkolben beim Aufwärtshub des Kolbens in zwei Teilräume unterteilt wird, und zwei Zündkerzen, die in den betreffenden Teilräumen angeordnet sind, wobei die zweite Zündkerze eine solche Zündverzögerungszeit aufweist, daß sie nach der

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ersten Zündkerze gezündet wird und ehe die aneinandergrenzenden Teilräume beim Abwärtshub des Kolbens im Verbrennungstakt miteinander in Verbindung sind.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung mit einem Einlaßventil und eine Auslaßöffnung mit einem Auslaßventil jeweils nur mit einem der Teilräume in Verbindung stehen, wenn, der Raum durch den Unterkolben aufgetrennt ist.
7. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des als erstes zu zündenden Teilraums größer ist als das des anderen Teilraums.
8. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräume im Zylinderkopf zur Form von abgestuften Bohrungen gebildet sind und der oder die Unterkolben einstückig mit der Oberseite des Kolbens ausgebildet sind.
9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestuften Bohrungen koaxial zur Zylinderbohrung angeordnet sind.

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