DE2617415A1

DE2617415A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2617415A1
Application number: DE19762617415
Authority: DE
Inventors: Munekazu Matsuda
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1976-11-04
Also published as: US4114371A; JPS51124708A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

DRESDNER BANK AG STUTTGART NR. 1 92O

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Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Nr. 14, Higashi-Kawasaki-cho 2-chome, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo-ken, Japan

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit den Einlaß von fettem und von magerem Gemisch in den Verbrennungsraum steuernden Ventilen und einem den Auslaß der Verbrennungsgase in eine Nachverbrennungskammer steuerndem Ventil.

Der ständig zunehmende Kraftwagenverkehr macht es notwendig, Maßnahmen zu treffen, die der Umweltverschmutzung und insbesondere der Luftverunreinigung durch Abgase entgegenwirken. Zu diesem Zweck sind schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, die sich mit der Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren befassen und darauf gerichtet sind,

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die schädlichen Bestandteile dieser Abgase zu verringern. Bei Verbrennungsmotoren und insbesondere bei Viertaktmotoren für Kraftfahrzeuge befaßten sich die meisten der vorgenannten Maßnahmen mit einer Verbesserung der Konstruktion des Auspuffs, insbesondere des Auspufftopfes und des zu diesem führenden Auspuffrohres, die durch Einbau eines thermischen Reaktors, beispielsweise einer Nachverbrennungskammer, bewirkt wurde.

Bei Verbrennungsmotoren der für Kraftfahrzeuge üblichen Art weist das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch ein theoretisches Mischungsverhältnis auf, das gelegentlich etwas reicher ausfällt als es dem theoretischen Mischungsverhältnis entspricht. Dies macht die Zufuhr zusätzlicher Zweitluft in den Auspufftopf oder eine zusätzliche Nachverbrennungskammer notwendig, um eine vollständige Verbrennung der Abgase, insbesondere der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds zu bewirken. Die zusätzliche Luft wird üblicherweise mittels einer Pumpe, vorzugsweise einer Flügelrad- oder Kapselpumpe, unter Druck in den Auspufftopf oder in das zusätzliche Aggregat eingeführt. Hiermit ist jedoch der Nachteil eines Energieverlustes und zusätzlicher Geräuschentwicklung verbunden. Auch hat eine solche Pumpe nur eine begrenzte Lebensdauer und stellt somit ein zusätzliches Verschleißteil dar.

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Zur Vermeidung dieser Nachteile sind in der zurückliegenden Zeit schon Vorschläge bekannt geworden, die darin bestehen, einem Zylinder oder auch einer Mehrzahl von Zylindern ein verhältnismäßig reiches Gemisch und einem anderen Zylinder bzw. einer Mehrzahl von anderen Zylindern ein verhältnismäßig armes Gemisch zuzuführen und die Abgase dieser Zylinder in eine in der Auspuffleitung angeordnete Nachverbrennungskammer einzuleiten, so daß die von den mit magerem Gemisch beaufschlagten Zylindern ausgestoßenen Abgase die Funktion der bei der vorbekannten Konstruktion verwendeten, unter Druck eingeleiteten Zweitluft übernehmen. Ein Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß, da die den einzelnen Zylindern zugeführten Gemische entweder reicher oder ärmer sind als es dem theoretischen Mischungsverhältnis entspricht, es möglich ist, die Menge der in den Abgasen vorhandenen Stickstoffoxide zu verringern. Aber auch mit einer solchen Anordnung sind gewisse Nachteile verbunden. Die Notwendigkeit, zwei Zylinder als Einheit zu betreiben, kann zu einer ungleich großen Belastung der beiden Zylinder, zum Verrußen der Zündkerze und zu Spannungen in dem die beiden Zylinder umfassenden Zylinderblock führen, die durch unterschiedliche Temperaturen der beiden Zylinder hervorgerufen werden. Bei einen gedrängten Aufbau aufweisenden Motoren, wie er insbesondere bei Leichtkrafträdern gefordert wird, wirkt sich die Anordnung zweier Zylinder

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anstelle nur eines Zylinders nachteilig aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Motoren der vorgenannten Art so zu bauen, daß sie trotz einer Beaufschlagung mit reichem und mit armem Gemisch ohne den Einbau einer Pumpe für die Zufuhr von Zweitluft bei gleicher Leistung mit im wesentlichen denselben Abmessungen ausgelegt und ohne die Entwicklung schädlicher Abgase betrieben werden können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein und derselbe Zylinder im Wechsel mit reichem und mit armem Gemisch beaufschlagt wird, was vorteilhafterweise dadurch erreicht wird, daß der Zylinder zwei Ventile aufweist, die so gesteuert werden, daß im Wechsel durch das eine Ventil reiches Gemisch und durch das andere Ventil armes Gemisch strömt.

Der Motor ist hierzu vorteilhafterweise so ausgebildet, daß auf der die beiden Einlaßventile steuernden Nockenwelle zwei um 180° gegeneinander versetzte, je ein Ventil steuernde Nocken angeordnet sind. Um eine differenzierte Einstellung der ELnlaßzeitpunkte bewirken zu können, ist mindestens einer der beiden Nocken in an sich bekannter Weise gegenüber dem anderen Nocken verstellbar angeordnet. Die das Auslaßventil steuernde Nockenwelle weist hier gegenüber der die Einlaßventile steuernden Nockenwelle die doppelte Umdrehungszahl auf.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt.

In dem mit strichpunktierten Linien angedeuteten Zylinder läuft der Kolben 2, der mittels eines Kolbenbolzens 4 mit der Kolbenstange 3 verbunden ist. Am Zylinderkopf sind zwei Einlaßventile 5 und 6 für die Beaufschlagung des Zylinders mit reichem und mit magerem Gemisch vorgesehen. Das arme Gemisch wird dem Einlaßventil 5 über die Leitung 7, das reiche Gemisch dem Einlaßventil 6 über die Leitung zugeführt. In den beiden Leitungen 7 und 8 ist je eine Drosselklappe 9 bzw. 10 eingebaut, die beide auf derselben Achse 11 angeordnet sind, deren Antriebshebelgestänge nicht dargestellt ist.

In den beiden Kraftstoffleitungen 12 und 13 wird den Zuleitungen 7 und 8 Kraftstoff über je eine in ein als Venturi-Rohr ausgebildetes Rohrteil einmündende Düse zugeführt. Die angesaugte Luft wird am Ende der beiden Zuleitungen 7 und 8 mittels eines Filters 14 gereinigt.

Die Einlaßventile 5 und 6 werden mittels an einer Nockenwelle 16 angeordneter, um etwa 180° gegeneinander versetzter Nocken 21 und 22 gesteuert. In gleicher Weise wird das Auslaßventil 23 mittels eines an einer Nockenwelle 20 angeordneten Nockens 24 gesteuert. Die beiden Nockenwellen

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16 und 20 werden über je ein auf die Nockenwellen aufgekeiltes Zahnrad 17 und 19 von einer gemeinsamen Gliederkette 18 angetrieben. Die Durchmesser dieser beiden Zahnräder 17 und 19 sind so bemessen, daß die Umdrehungszahl des die Nockenwelle 20 antreibenden Zahnrades 19 doppelt so groß wie die Umdrehungszahl des die Nockenwelle 16 antreibenden Zahnrades 17 ist. An das Auslaßventil 23 ist ein Abgasrohr 25 angeschlossen, das in einen Auspufftopf mündet, der eine Nachverbrennungskammer in sich aufnimmt. Die aus dem Auspufftopf 26 austretenden Abgase gelangen über einen Rohrstutzen 27 in die freie Atmosphäre.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors beschrieben. Die Einlaßventile 5 und 6 öffnen und schließen während je eines Arbeitstaktes im Wechsel, so daß dem Zylinder 1 im Wechsel über die Zuleitung 7 armes Gemisch und über die Zuleitung 8 reiches Gemisch zugeführt wird. Das jeweils verdichtete Gemisch verbrennt nach einsetzender Zündung durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zündkerze, worauf die verbrannten Gase beim nächsten Arbeitstakt über das geöffnete Auslaßventil 23 in die Abgasleitung 25 strömen. In dieser vermischen sich die Abgase zweier aufeinanderfolgender Arbeitszyklen und gelangen in den Auspufftopf 26, in dem unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid von den einen ver-

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hältnismäßig hohen Sauerstoffgehalt aufweisenden Abgasen des mit ärmerem Gemisch arbeitenden Zyklus oxidiert werden. Da die im Zylinder 1 zur Verbrennung gelangenden Gemische entweder reich oder arm sind, wird auch der Anteil an Stickstoffoxiden verringert. Will man die Leistung eines Motors steigern, so braucht man lediglich die Zahl der erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinder zu erhöhen.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Motors wesentliche Vorteile erzielt werden. Die Abgase des Zylinders haben einen hohen Sauerstoffanteil, so daß das Reinigen der Abgase bei Verwendung dieses Zylinders allein bewirkt werden kann, ohne daß die Abmessungen eines Motors vergrößert zu werden brauchen. Auch das Verschmutzen der Zündkerze durch Rußansatz kann verhindert werden. Die Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid und auch an Stickstoffoxiden können wesentlich verringert werden.

Geht man von einer Zündung aus, die so eingestellt ist, daß sie der Verbrennung von magerem Gemisch angepaßt ist, so ist es möglich, die Gefahr von zu vorzeitiger Verbrennung führenden Fehlzündungen zu vermeiden, da reiche und arme Gemische dem Zylinder im Wechsel zugeführt werden. Durch die Verhinderung der Kerzenverschmutzung infolge Ruß-

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ablagerung wird zusätzlich ein gleichmäßiger Lauf und ein wirtschaftlicher Wirkungsgrad des Motors erzielt.

Die Zündung der Gemische kann durch Einstellung der Zündzeitpunkte so beeinflußt werden, daß zwischen dem Arbeitszyklus mit armem Gemisch und dem Arbeitszyklus mit reichem Gemisch ein Unterschied besteht. Eine gleichmäßige Verbrennung der Gemische kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Zeitpunkt für den Einlaß des armen Gemisches etwas vorverlegt wird.

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Claims

A 11 899 20.4.1976 i - kt Patentansprüche

1./Verbrennungsmotor mit den Einlaß von reichem und von magerem Gemisch in den Verbrennungsraum steuernden Ventilen und einem den Auslaß der Verbrennungsgase in den eine Nachverbrennungskammer aufweisenden Auspufftopf steuernden Ventil, gekennzeichnet durch die wechselweise Beaufschlagung eines und desselben Zylinders (1) mit reichem und mit armem Gemisch mittels zweier den Einlaß des reichen Gemisches und des armen Gemisches steuernder Ventile (5,6).

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf der die Einlaßventile (5,6) steuernden Nockenwelle (16) zwei um 180° gegeneinander versetzte, je ein Ventil steuernde Nocken (21,22) angeordnet sind.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an der die Einlaßventile (5,6) steuernden Nockenwelle (16) zwei, je ein Ventil steuernde Nocken (21,22) angeordnet sind, die

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zum Zweck einer differenzierten Einstellung der Einlaßzeitpunkte in an sich bekannter Weise gegeneinander verstellbar angeordnet sind.

4. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Auslaßventils (23) eine Nockenwelle (20) angeordnet ist, deren Umdrehungszahl doppelt so groß wie die Umdrehungszahl der die Einlaßventile (5,6) steuernden Nockenwelle (16) ist.

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