DE2517542A1

DE2517542A1 - Gemischzufuhrsystem fuer einen mehrzylinderverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2517542A1
Application number: DE19752517542
Authority: DE
Inventors: Kenji Masaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1975-04-21
Publication date: 1975-10-30
Also published as: US4068473A; AU7923175A; AU473345B2; GB1475457A; JPS50138218A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DlPU.-!NO.

H. KINKELDEY

OR-INQ.

2517542 W. STOCKMAlR

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

Drpi ins.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. INS.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 9074-

Nissan Motor Comp., Ltd.
No. 2, Takara-macM,
Kanagawa-ku,
YokoJiama Oity / Japan

Gemischzufuhrsystem für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft ein System zur Zufuhr eines Luft-Kraft stoff-Gemischs für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor, mit dessen Hilfe die Emission giftiger Gase während sämtlicher Betriebsphasen des Motors vermieden werden kann« Insbesondere betrifft die Erfindung auch einen entsprechend ausgebildeten Registervergaser.

Es ist allgemein bekannt, daß sich die höchste Konzentration an Stickoxiden in den Abgasen eines Verbrennungs-

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motors ergibt, wenn der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch dicht beim stöchiometrische« Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Ferner ist bekannt, daß ein Nachbrenner zum Reinigen der Abgase aus dem Motor wirkungsvoll arbeiten kann, wenn ihm Brennstoffe, beispielsweise Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in Form unverbrannten Kraftstoffs, zugeführt werden und diese darin verbrannt werden. Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe werden erzeugt, wenn den Brennräumen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, das reicher als das stöchiometrische Gemisch ist.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen ist bereits vorgeschlagen worden, einen Mehrzylinderverbrennungsmotor in der Weise zu betreiben, daß ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das wesentlich reicher als das stöchiometrische Gemisch ist, in eine bestimmte Anzahl der Zylinder und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das wesentlich magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, in die übrigen Zylinder eingespeist wird, wobei das letztgenannte Gemisch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eingesetzt wird.

Ein nach diesem Verfahren arbeitender_f herkömmlicher Mehrzylinderverbrennungsmotor erfordert jedoch zwei Vergaser zur Einspeisung von Gemischen, die einerseits wesentlich reicher und andererseits wesentlich magerer als das stöchiometrische Gemisch sind. Dies führt unvermeidlich zu einer komplizierten Konstruktion des Luft- . ansaugsystems und des Kraftstoffzufuhrsystems. Ferner wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das reicher als das stöchiometrische Gemisch ist, unnötigerweise während sämtlicher Phasen des Motorbetriebs zugeführt, auch wenn dies nicht notwendig ist. Ferner wird der Nachbrenner

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bei Betrieb mit mittlerer und hoher Motorbelastung ausreichend erwärmt, so daß er ohne zusätzliche Zufuhr wesentlich reicheren Geraischs wirkungsvoll arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zu schaffen, das unter Verwendung lediglich eines Vergasers ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das reicher als das stöchiomeüAsche Gemisch ist, in bestimmte Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, in die übrigen Zylinder einspeisen kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Systems, das in der Lage ist, das reichere Luft-Kraftstoff-Gemisch und das magere Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Motor bei Betrieb unter geringer Motorbelastung zuzuführen, wogegen diesem bei Betrieb mit mittlerer und hoher Motorbelastung lediglich das magerere Luft-Kraftstoff—Gemisch zugeführt wird.

Ein erfindungsgemäßes Gemischzufuhr system und entsprechende Registervergaser sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet«

Weitere Ziel und Merkmale des erfindungsgemäßen Gemisch— zufuhrsystems ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile und Elemente. Es zeigen·

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine bevorzugte erste Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Gemischanreicherungsvorrichtung in Verbindung mit einem Registervergaser zur Anwendung kommtτ

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—Λ—

Fig. 2

eine vergrößerte, schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Vergasers;

Fig. 3

eine Fig· 1 ähnliche, schematische Draufsicht, wobei jedoch ein Speiserohr der Gemischanreicherungsvorrichtung über die Außenseite des Vergasers in eine Ansaugsammelleitung führt?

Fig. 4

eine vergrößerte, schematische Ansicht des Vergasers gemäß Fig. 2, wobei jedoch die Gemischanreicherungsvorrichtung mit einer Sekundärübergangseinrichtung des Vergasers kombiniert ist: und

Fig. 5

eine schematische Draufsicht, die eine zweite bevorzugte Ausführungsfcrm der Erfindung zeigt, wobei die Gemischanreicherungsvorrichtung getrennt von einem Registervergaser angeordnet ist.

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Im folgenden werden die Figuren beschrieben, und zwar zunächst die Figuren 1 und 2. In diesen ist eine erste, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Mehrzylinderverbrennungsmotors 10 dargestellt. Der Motor 10 weist vier Zylinder C₁ bis C. auf, die lediglich durch ihren Ort angedeutet sind. Die nicht dargestellten Einlaßöffnungen der Zylinder C, bis C. stehen über eine Ansaugsammelleitung 12 mit einem Registervergaser 14 in Verbindung, der so ausgebildet ist, daß er die Zylinder mit einem ersten Luft-Kraftstoff-Gemisch speist, das magerer ist, als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht. Die nicht dargestellten Auslaßöffnungen der Zylinder C, bis C. stehen über Auspuff leitungen 16 mit einem Nachbrenner 18 zur Nachverbrennung von unverbrannten Bestandteilen in den aus sämtlichen Zylindern abgelassenen Abgasen in Verbindung.

Ein Ausführungsbeispiel des Registervergasers 14 ist ausführlich in Fig. 2 dargestellt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, umfaßt der Registervergaser 14 in üblicher Weise einen Primärteil 20, der bei geringer Belastung des Mofcrs in Betrieb ist, und einen Sekundärteil 22, der bei mittlerer und hoher Belastung des Motors in Betrieb kommt. Der Primärteil 20 umfaßt in üblicher Weise eine Startklappe 24, eine Primärmischkammer 26 und eine Primärdrosselklappe 28. Der Säcundärteil 22 umfaßt eine Sekundärmischkammer 30, in die eine Hauptspritzdüse 32 mündet, sowie eine Skundärdrosselklappe 34. Die Primär drosselklappe 28 kann von einem nicht dargestellten Gaspedal über ein geeignetes Gestänge gedreht werden. Die Sekundärdrosselklappe 34 kann von einer Welle 28a der Primär dros seiklappe über ein nicht dargestelltes Leerlaufgestänge gedreht werden, das ermöglicht, daß die Primärdrosselklappe 28 öffnet, bevor

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die Sekundärdrosselklappe in Funktion tritt, oder von einer nicht dargestellten, federbelasteten Membran betätigt werden, die vom Unterdruck in der Primarmischkamraer beaufschlagt wird.

In einem Abschnitt 36 des Gußgehäuses dicht beim Sekundärteil 22 des Vergasers 14 ist eine Kraftstoffnebendüse 38 angeordnet, die über einen Kraftstoff kanal 40 mit einer mit einem Schwimmer 43 versehenen Schwimmerkammer 42 verbunden ist. Die Kraftstoffnebendüse 38 ist ein Bestandteil einer erfindungsgemäßen Gemischanreicherungsvorrichtung 45. Zur Kraftstoffnebendüse 38 gehört eine Luftdüse 44, die dem Kraftstoff aus der Kraftstoffnebendüse 38 Luft zumischt. Die Kraftstoffnebendüse 38 und die Luftdüse 44 stehen über einen Luft-Kraftstoff-Kanal 46 mit einem Strömungssteuerventil 48, beispielsweise einem Drehventil, in Verbindung. Das Strömungssteuerventil 48 verläuft durch die untere Wand des Abschnitts 36 des Gußgehäuses und ist so ausgebildet und angeordnet, daß es proportional zur Primärdrosselklappe 28 gedreht und geöffnet wird, die nur bzw. allein bei geringer Motorbelastung betätigt wird. Ein Speiserohr 50 ist an das Strömungssteuerventil 48 angeschlossen und verläuft durch den Saugkanal des Vergasers 14 und entlang der Ansaugsammelleitung bis zu einer Stelle stromauf der Einlaßöffnungen der zwei Zylinder C, und C₂. Das Speiserohr ist verzweigt, wie dies gestrichelt in Pig. I dargestellt ist.

Wenn während des Betriebs des Motors bei geringer Last die Sekundärdrosselklappe 34 noch nicht geöffnet ist, ist das Strömungssteuerventil 48 proportional zur Primärdrosselklappe 28 geöffnet und ermöglicht, daß zusätzlicher Kraftstoff aus der Schwimmerkammer 42 ausfließt. Der vom

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Strömungssteuervetil 48 mengenmäßig gesteuerte, zusätzliche Kraftstoff wird aufgrund des hohen Ansaugunterdrucks durch das Speiserohr 50 angesaugt und aus diesem in das erste Luft-Kraftstoff -Gemisch gesprüht, das durch die Bereiche stromauf der Einlaßöffnungen der Zylinder C, und C_ strömt, so daß das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch bis zu Werten oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses angereichert wird. Es versteht sich, daß bei der beschriebenen Anreicherung das zweite Luft-Kraft stoff-Gemisch in seiner Zusammensetzung durch Einstellung des Ausmaßes der Öffnung der Kraftstoffnebendüse 38 bestimmt werden kann. Auf diese Weise werden die Zylinder C, und C₂ mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Gemisch und die übrigen ZyÜader C_ und C₄ mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist, während der Motor bei geringer Last arbeitet und die Sekundärdrosselklappe 34 noch geschlossen ist. Wenn dann bei mittlerer und hoher Motorbelastung die Sekundärdrosselklappe 34 geöffnet ist, werden sämtliche Zylinder C* bis C₄ mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist, obwohl das Strömungssteuerventil 48 vollständig geöffnet ist, da die Primärdrosselklappe 28 vollständig geöffnet ist. Dies liegt daran, daß stromauf der Einlaßöffnungen der Zylinder C, und C kein zum Ansaugen zusätzlichen Kraftstoffe aus dem Speiserohr 50 ausreichender Ansaugunterdruck erzeugt werden kann, wenn die Sekundärdrosselklappe 34 geöffnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Strömungssteuerventil 48 für den zusätzlichen Kraftstoff in Abhängigkeit von der Primärdrosselklappe 28 betätigt. Das Strömungssteuerventil 48 kann jedoch auch in Abhängigkeit von der Motor drehzahl, dem Ansaugleitungsunterdruck oder der Menge angesaugter Luft betätigt werden.

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Es ist zu beachten, daß ein anderes Speiserohr 50a, das in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist, benutzt werden kann, wenn das Speiserohr auf der Außenseite des Vergasers 14 verlaufen soll, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform hat der Motor 10 sechs Zylinder C₁ bis C^, die lediglich durch ihren Ort angedeutet sind. Die Zylinder stehen über die Ansaugsammelleitung 12 mit dem Registervergaser 14 in Verbindung. Das Speiserohr 50a ist so angeordnet, daß es in die Verzweigung der zwei Speisezweigleitungen mündet, die zu den zwei Zylindern C₃ und C. führen. Bei solcher Ausbildung werden während des Motorbetriebs mit geringer Last, wenn die Sekundärdrosselklappe 34 noch nicht geöffnet ist, die Zylinder C-,, G ₀, C_c und C-. mit dem ersten Luft-Kraft stoff-Gemisch und die Zylinder C_ und C₄ mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Registervergasers 14, die der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2 mit der Ausnahme gleicht, daß eine Kraftstoffdüse 52 und eine Luftdüse 54 einer nicht bezeichneten Sekundärübergangseinrichtung als Kraftstoffnebendüse bzw. Luftnebendüse der erfindungsgemäßen Gemischanreicherungsvorrichtung dienen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist das Strömungssteuerventil 48 im Luft-Kraftstoff-Kanal 46 angeordnet, der mit einer Übergangskammer 56 der Sekundärübergangseinrichtung in Verbindung steht. Die Übergangskammer 56 steht über eine Übergangsöffnung 58 mit dem Saugrohr des Sekundärteils 22 des Vergasers 14 in Verbindung. Fig. 5 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit der Ausnahme gleicht, daß die Gemischanreicherungsvorrichtung

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außerhalb des Vergasers 14 angeordnet ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, umfaßt die Gemischanreicherungsvorrichtung 45 das Strömungssteuerventil 48 in Form eines Drehventils, das mechanisch an ein Gestänge 66 für die Drosselklappen 28 und 34 des Vergaser 14 angeschlossen ist und entsprechend dem Ausmaß der Öffnung der Primärdrosselklappe 28 des Registervergasers 14 betätigt wird. Das Strömungssteuerventil 48 steht über eine Leitung 62 mit der Luftnebendüse .44 in Verbindung. Die Leitung 62 ist ferner über einen Kraftstoffkanal 64 mit der nicht dargestellten Schwimmerkammer des Vergasers 14 verbunden. Im Kraftstoffkanal 64 ist die einstellbare Kraftstoffnebendüse 38 angeordnet. Die Leitung 62 kann über das Strömungsteuerventil 48 mit einem Speiserohr 50b verbunden werden, das zu den Ansaugzweigleitungen führt und in diese mündet, die zu den Zylindern C-, und C. des Motors 10 führen. Die Betriebsweise ist somit der der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ähnlich, wobei die Zylinder C, und C~ mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Gemisch und die Zylinder C₃ und C^ mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Gemisch gespeist werden, während der Motor bei geringer Last arbeitet und die Sekundärdrosselklappe 34 des Vergasers noch nicht geöffnet ist.

Obwohl bei den Ausführungsbeispielen ein Registervergaser mit zwei Saugrohren dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß andere Vergaserbauarten, beispielsweise ein Vergaser mit einem Saugrohr oder vier Saugrohren, in gleicher Weise angewendet werden können.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der Erfindung der Motor 10 in keinem Betriebsbereich

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mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeitet, so daß eine übermäßig starke Emission von Stickoxiden aus dem Motor verhindert wird. Ferner wird der Motor 10 bei Betrieb mit geringer Belastung mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, das einerseits fetter und andererseits magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, so daß Abgase mit verhältnismäßig großen Mengen an unverbrannten Bestandteilen in den Nachbrenner 18 eingespeist werden, so daß der Nachbrenner 18 wirkungsvoll arbeiten kann. Bei Betrieb des Motors 10 mit mittlerer und hoher Belastung wird dieser mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, das magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, wobei dann der Nachbrenner 18 auch ohne verhältnismäßig große Mengen an unverbrannten Bestandteilen wirkungsvoll arbeitet, da die Temperatur der in den Nachbrenner 18 eingeführten Abgase hoch ist.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Gemischzufuhrsystem für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor mit einem Nachbrenner zur Reinigung der aus sämtlichen Zylindern ausgestoßenen Abgase, wobei das System zur Einspeisung eines ersten Luft-Kraftstoff-Geraischs, das magerer als das stöchiometrische Gemisch ist, in bestimmte Zylinder und eines zweiten Luft-Kraftstoff -Gemische, das reicher als das stöchiometrische Gemisch ist, in die übrigen Zylinder bei geringer Motorbelastung und zur Einspeisung des ersten Luft-Kraftstoff-Gemischs in sämtliche Zylinder bei mittlerer oder hoher Motorbelastung dient, gekennzeichnet durch einen Vergaser (14) zur Einspeisung des ersten Luft-Kraftstoff -Gemischs in alle Zylinder (C, bis C_g) und eine Gemischanreicherungsvorrichtung (45), die so ausgebildet ist, daß sie zusätzlichen Kraftstoff aus einer Kraftstoff- bzw. Schwimmerkammer (42) des Vergasers in Bereiche stromauf der Einlaßöffnungen der übrigen Zylinder einspeisen kann, damit das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch dadurch zum zweiten Luft-Kraftstoff-Gemisch angereichert wird, wobei die Gemischanreicherungsvorrichtung den zusätzlichen Kraftstoff in Abhängigkeit von der Motorbelastung lediglich bei geringer Motorbelastung einspeist.
2. Gemischzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischanreicherungsvorrichtung (45) eine Kraftstoff beben düse (38, 52), die in Verbindung mit der KrafStoffkammer (42) des Vergasers (14) steht, ein Strömungssteuerventil (48), das in Verbindung mit der Kraftstoffnebendüse steht und so ausgebildet ist,

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daß es in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Öffnung der Drosselklappe (28) des Vergasers betätigt wird, eine Luftnebendüse (44, 54), die zwischen der Kraftstoffnebendüse und dem Strömungssteuerventil angeordnet ist, sowie ein Speiserohr (50, 50a, 50b) umfaßt, das mit dem Strömungssteuerventil verbunden ist und zu Bereichen stromauf der Einlaßöffnungen der übrigen Zylinder verläuft.
3. . Gemischzufuhr system nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Strömungssteuerventil (48) ein Drehventil umfaßt.
4. Gemischzufuhr syäbsm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffnebendüse (38, 52) zur Veränderung ihrer Durchlaßöffnung einstellbar ist.
5. Registervergaser mit einem Primärteil, zu dem eine Primärdrosselklappe gehört, die bei geringer Motorbelastung betätigt wird, und einem Sekundärteil, zu dem eine Sekundärdrosselklappe gehört, die bei mittlerer und hoher Motorbelastung in Betrieb ist, gekennzeichnet durch eine Kraftstoffnebendüse (38, 52), die mit einer Kraftstoffbzw. Schwimmerkammer (42) des Vergasers (14) verbunden ist, ein Strömungssteuerdrehventil (48), das mit der Kraftstoffnebendüse in Verbindung steht und proportional zum Ausmaß der Öffnung der Primärdrosselklappe (28) " aufgedreht werden kann, eine Luftnebendüse (44, 54), die zwischen der Kraftstoffnebendüse und dem Strömungssteuerventil, angeordnet ist, und ein Speiserohr (50, 50a), das in Verbindung mit dem Strömungssteuerventil steht und zu Bereichen stromauf der Einlaßöffnungen bestimmter Zylinder eines Mehrzylindermotors führt.

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Registervergaser mit einem Primärteil, zu dem eine
Primärdrosselklappe gehört, die bei niedriger Motorbelastung betätigt wird, einem Sekundärteil, zu dem
eine Sekundärdrosselklappe gehört, die bei mittlerer und hoher Motorbelastung betätigt wird, und einer
Sekundärübergangseinrichtung, gekennzeichnet durch
ein StrÖmungssteuerdrehventil (48), das mit einer Übergangskammer (56) der Sekundärübergangseinrichtung in Verbindung steht und proportional zum Ausmaß der Öffnung der Primärdrosselklappe (28) aufgedreht werden kann, und ein Speiserohr (50, 50a), das mit dem Strömungssteuerventil in Verbindung steht und zu Bereichen
stromauf der Einlaßöffnungen bestimmter Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors führt.

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