DE2640234A1

DE2640234A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2640234A1
Application number: DE19762640234
Authority: DE
Inventors: Bengt Georg Gadefelt; Per Sune Gillbrand
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5237629A; GB1548709A; FR2323010B1; US4123996A; IT1066492B; FR2323010A1; JPS6070744U

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Freniä- bzw. Funkenzündung, z.B. Otto-Mqtoren.

Auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen wird ständig versucht, den Wirkungsgrad zu erhöhen, um mit den steigenden Kraftstoffkosten und den immer weiter verschärften Umweltschutzvorschriften Schritt zu halten. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, z.B. Ottomotoren, erhöht sich bekanntlich der thermische Wirkungsgrad mit steigendem Verdichtungsverhältnis c, , und ein maximaler Wirkungsgrad wird bei einem Verdichtungsverhältnis von etwa 1.7:1 erreicht. Das Verdichtungsverhältnis wird als das Verhältnis zwischen dem Hauminhalt eines Zylinders oberhalb des Kolbens bei seiner unteren Totpunktstellung und dem Rauminhalt oberhalb des Kolbens bei seiner oberen Totpunktstellung ausgedrückt. In der Praxis wird der erreichbare ¥ert des Verdichtungsverhältnisses durch die Fähigkeit des Kraftstoffs begrenzt, einer spontanen Verbrennung einen Widerstand entgegenzusetzen. Eine solche spontane Verbrennung oder Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann nicht zugelassen werden, da sie zu einer plötzlichen, nicht beherrschbaren erheblichen Zunahme des Drucks im Verbrennungsraum führen würde.

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ivie Widerstandsfähigkeit eines Kraftstoffs gegen eine spontane Verbrennung wird gewöhnlich durch die Oktanzahl ausge-' drückt, die mit der Fähigkeit des Kraftstoffs zunimmt, der Gefahr der Selbstzündung während des Verbrennungstaktes eines Arbeitsspiels standzuhalten. Uni die Oktanzahl von Benzin zu erhöhen, fügt man dem Benzin in der Praxis meist bleihaltige Verbindungen vie Tetraäthylblei bei. Daher enthalten die Abgase bleihaltige Verbindungen, die umweltschädlich sind, und infolgedessen ist es allgemein erwünscht, die Verwendung solcher bleihaltiger Kraftstoffe möglichst einzuschränken. Ferner v/erden bei Brennkraftmaschinen Forschungsarbeiten mit dem Ziel durchgeführt, Brennkraftmaschinen zu schaffen, die sich auch mit billigen Kraftstoffen wirtschaftlich betreiben lassen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Forderung nach einer Verringerung der Emission von Blei und der Kraftstoffkosten die Vahl eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses bedingt, während sich aus der Forderung nach einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs die Notwendigkeit der Anwendung eines hohen Verdichtungsverhältnisses ergibt. Daher muß es sich bei der endgültigen Wahl des Verdichtungsverhältnisses und des für eine bestimmte Brennkraftma.schine am besten geeigneten Kraftstoffs notwendigerweise um einen Kompromiß handeln. Diese Feststellung gilt auch für die Erfindung, jedoch mit dem Unterschied, daß gemäß der Erfindung im Vergleich zu den bis jetzt bekannten Brennkraftmaschinen für die Wahl des Verdichtungsverhältnisses und des Kraftstoffs ein erheblich größerer Spielraum zur Verfügung steht.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine zum Antreiben eines Fahrzeugs dienende Brennkraftmaschine jeweils nur kurzzeitig unter Vollast arbeitet, z.E. dann, wenn das Fahrzeug stark beschleunigt wird. Bei den meisten Personenkraftwagen werden die sie antreibenden Brennkraftmaschinen nur während einer Zeit mit Vollast betrieben, die unter 5% der gesamten Betriebszeit liegt. Trotzdem ist es allgemein üblich, bei

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der Konstruktion von Brennkraftmaschinen von den beim Volllastbetrieb herrschenden Betriebsbedingungen auszugehen. Hierbei wird dann das Verdichtungsverhältnis unter Berücksichtigung der Oktanzahl des empfohlenen Kraftstoffs gewählt, bei dem die Brennkraftmaschine bei Vollastbetrieb eine maximale Leistung abgibt. Daher erreicht der thermische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine seinen Höchstwert bei Vollast, und er geht bei abnehmender Belastung rasch zurück. Diese Verringerung des Wirkungsgrades hat ihre Ursache darin, daß sich das Volumen des von der Brennkraftmaschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Belastung verringert, so daß das Gemisch im Z3*linder weniger vollständig verbrennt, da sich der Verbrennungsvorgang nicht unter den gleichen Bedingungen hohen Drucks und hoher Temperatur abspielt wie beim Vollastbetrieb.

Um den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine beim Betrieb unter Teillast zu erhöhen, ist zwar bereits versucht worden, Vorrichtungen zu verwenden, die es ermöglichen, die Ventilsteuerzeiten mehr oder weniger automatisch zu regeln oder das Verdichtungsverhältnis lastabhängig zu verändern, doch sind diese Anordnungen nicht nur kompliziert, sondern auch teuer, und daher haben sie sich nicht in größerem Umfang eingeführt.

Der Srfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung zu schaffen, bei der sich ein höherer Wirkungsgrad beim Teillastbetrieb mit Hilfe einfacher und nur geringe Kosten verursachender Maßnahmen erzielen läßt.

Genauer gesagt, ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, gemäß welchem einer Brennkraftmaschine mit einem festen Verdichtungsverhältnis ein Kraftstoff zugeführt wird, der im Vergleich zu einer Fremdzündungs-Brennkraftmaschine bekannter Art bei dem gewählten Verdichtungsverhältnis eine niedrigere Oktanzahl hat und vorbestimmte Selbstzündungseigenschaften derart aufweist, daß sich die Brennkraftmaschine nur innerhalb eines unteren Lastbereichs bis zu einem vorbestimmten Wert der Last bei einem optimalen -/irkungsgraä betreiben

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läßt, ohne daß während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine spontane Verbrennung auftritt, und daß innerhalb eines über dem vorbestimmten ^T,_: ^rert liegenden oberen La.stbereichs der Wirkungsgrad der Brennkraftma,schine während des Betriebs bewußt durch eine Hinrichtung herabgesetzt wird, die geeignet ist, den Ablauf der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches so zu beeinflussen, daß das Auftreten einer spontanen Verbrennung während des Verbrennungsvorgangs verhindert wird.

Ferner ist durch die Erfindung eine Fremdzündungs-Brennkra.ftmaschine geschaffen worden, bei der das Verdichtungsverhältnis einen bevorzugten festen "^rert hat, der im Vergleich zur möglichen vollen Leistung der brennkraftmaschine über dem normalen v.'ert liegt, und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist für den Betrieb mit einem Kraftstoff bestimmt, dessen Oktanzahl unter dem '/ert liegt, der bei dem gewählten Verdichtungsverhältnis normalerweise angemessen sein würde, so da& sich die Brennkraftmaschine nur innerhalb eines unteren Lastbereichs, d.h. bis zu einem vorbestimmten oberen T/ert der Last, betreiben läßt, ohne daß während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine spontane Verbrennung einsetzt, und ferner ist eine Einrichtung vorhanden, die dazu dient, die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im oberen Lastbereich, d.h. oberhalb des genannten vorbestimmten Uertes, durch eine Verringerung des Volumens des dem Verbrennungsraum zugeführten Eraftstoff-Luft-Gemisches zu regeln.

Sin wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das übliche Verfahren, gemäß welchem die berechnete Vollastleistung einer Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis und die Qualität des Kraftstoffs bestimmt, nicht angewendet wird. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine arbeitet mit einem festen Verdichtungsverhältnis, das höher ist, als man es normalerweise für die Leistung der Brennkraftmaschine bei Vollastbetrieb ansetzen würde. Außerdem läßt sich die Brennkraftmaschine nach der Erfindung mit einem Kraftstoff betreiben, der eine niedrigere Oktanzahl hat als der Kraftstoff,

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der bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kraftfahrzeugmotor bekannter Art, verwendet wird, der mit dem gleichen Verdichtungsverhältnis £ arbeitet, wobei gemäß der Erfindung der Kraftstoff oine vorbestimmte geringere Uicerstandsfähigkeit gegen eine spontane Verbrennung besitzt.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung entspricht der genannte vorbestimmte Wert der Last einer Leistung der Brennkraftmaschine, welche um mindestens TO'i niedriger ist als ihre Leistung bei Vollastbetrieb.

Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann oberhalb des genannten vorbestimmten Wertes der Last dadurch geregelt werden, daß man sowohl den Zeitpunkt des Zündens des Kraftstoff-Luft-Gemisches als auch das Volumen des von der Brennkraftmaschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches regelt.

Das Volumen des von der Brennkraftmaschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Genisches wird, sv/eckmäßig durch eine feste .Einschnürung geregelt, die sich in einer Ansaugleitung bzw. einem Ansaugkanal der Maschine befindet, die in einem Teil des Ξίη-laSkanals des Zylinderkopfes oder einem entsprechenden Teil der Maschine angeordnet ist, die so gestaltet ist, daß sich ihr Durchtrittsquerschnitt in der Strömungsrichtung fortschreitend verkleinert, und die auf ihrer Austrittsseite mit einer damit konzentrischen abrupten Erweiterung versehen ist. Diese Einschnürung bewirkt in Verbindung mit der ihr nachgeschalteten Erveiterung im Einlaßkanal einer Brennkraftmaschine eine Verringerung der einströmenden Henge des Kraftstoff-Luft-Geiaisches mindestens bei hohen ^T,verten der Last sowie über einen großen Teil des Ürehzahlbereichs der Haschine, und außerdem wird in dem Gemisch eine Turbulenz erzeugt, die stärker ist als die mit Hilfe bekannter Einlaiokonstruktionen erreichbare Turbulenz. Das Vorhandensein der Einschnürung und der nachfolgenden Erweiterung ermöglicht es, der Brennkraftmaschine schon bei relativ niedrigen v/erten der Drehzahl und der Last eine gut durchmischte Kraftstoff-Luft-L-p.dung zuzuführen. Die Einschnürung mit der sich ?n sie anschließenden

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Erweiterung im i'inla.ßkanal erv/eist sich beim Kaltstart der Brennkraftmaschine als besonders vorteilhaft, denn der Maschine wird ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, so daß schnell ein ruhiger und gleichmäßiger Betrieb möglich ist.

Vorzugsweise wird der «nirchtrittsquerschnitt der Einschnürttng im Sinlaßka.nal auf einen :.'ert beschränkt, der maximal 70% des Mindestdurchtrittsquerschnitts des Einlaßkanals stromabwärts der erweiterung entspricht.

Die Erfindung wird zunächst im Vergleich zu einem Ottomotor bekannter Art mit einem Verdichtungsverhältnis von 6 von 9:1 für einen Kraftstoff mit der Oktanzahl 97 beschrieben, der bei Vollast seine maximale Leistung abgeben kann, ohne daß während des Verbrennungsvorgangs die Gefahr des Auftretens einer spontanen Verbrennung besteht.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Ss zeigt:

Fig. j einen Schnitt eines zu einem Verbrennungsraum eines Ottomotors führenden iinlaßkanals;

Fig. ?■ einen waagerechten Schnitt durch zwei gleichartige :2inla3kanäle nach Fig. I; und

Fig. Z und 4 jeweils einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines iinlaßkanals für eine Brennkraftmaschine.

Um den Uirkungsgrad einer Brennkraftmaschine beim Betrieb bei Teillast zu steigern, wird gemäß der Erfindung das Verdichtungsverhältnis £ der Maschine im Vergleich zu einem Ottomotor bekannter Art auf einen sehr hohen Wert von z.B. 12:7 gebracht. Trotz dieser Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses wird der Maschine Kraftstoff mit der Oktanzahl 97 zugeführt. Diese Steigerung des Verdichtungsverhältnisses bedeutet, daß die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei Drücken und

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Temperaturen stattfinden kann, die in Vergleich zu bekannten Brennkraftmaschinen erheblich höher sind, so daß sich ein höherer thermischer Wirkungsgrad der 1-^. sch ine erzielen läßt. Jedoch nimmt das Volumen des von der Maschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches mit steigender Last zu, und dies hat zur Folge, daß während des Verbrennungsvorgangs der Druck und die Temperaturen so hohe V:erte erreichen, bevor die Maschine voll bela.stet ist, daß die Gefahr des Auftretens einer Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches besteht. Daher wird gemäß der Erfindung der Verbrennungsvorgang im oberen Lastbereich, d.h. in der Nähe der Vollast, so geregelt bzw. beeinflußt, daß das Auftreten einer Selbstzündung vermieden wird. Sine solche Regelung bzw. Beeinflussung kann durch Verändern eines oder mehrerer der nachstehenden Parameter erfolgen:

A) Zündzeitpunkt,

B) Volumen des von der Maschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches ,

C) Ausmaß der Rückumwälzung der Abgase,

D) Temperatur der zugeführten Luft, und Ξ) Kraftstoff-Luft-Verhältnis.

Wird die Maschine mit Spätzündung betrieben, d.h. sorgt man dafür, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Vergleich zur üblichen Betriebsweise während des Verdichtungshubes in einem späteren Stadium gezündet wird, wird das Gemisch während des Sntspannungshubes später verbrannt. Dies bedeutet, daß sich die Verbrennung jetzt bei einem niedrigeren Druck und einer niedrigeren Temperatur abspielt. Durch diese Maßnahme wird die Gefahr der üelbstzündung auf Kosten einer Leistungsverringerung vermieden, die im vorliegenden Fall maximal 12% beträgt.

Der Verbrennungsvorgang spielt sich auch dann bei einem niedrigeren Druck und einer niedrigeren Temperatur ab, wenn das Volumen des von der Haschine beim Betrieb unter hoher Last angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches so verringert wird,

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daß keine Selbstzündung des Gemisches eintreten kann. Zu diesem Zweck kann man eine oder mehrere der nachstehend genannten Maßnahmen anwenden:

a) Anordnen einer festen Einschnürung im Sinlaßkanal,

b) Vervendung eines Sinlaßkanals mit einer in Abhängigkeit von Änderungen der Drehzahl verstellbaren Einschnürung, und

c) Verändern der Cffnungs- und Schließzeiten des Einlaßventils.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, eine feste Einschnürung zum Begrenzen der Menge des von der Haschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Geraisches vorzusehen. Beispielsweise kann man den maximal möglichen üffnungsgrad des Drosselventils so beschränken, daß der Unterdruck im Einlaßkanal bei Vollast zunimmt, wodurch die Menge des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches verringert wird. Ss ist jedoch auch möglich, die feste Einschnürung in Form eines zum Entstehen von Turbulenz Anlaß gebenden, nach innen oder außen gewölbten Teils des Einlaßkanals vorzusehen. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu dem gewünschten Druckabfall, doch hat sie außerdem einen schnellen Ablauf der Verbrennung zur Folge, wodurch die Gefahr der Selbstzündung weiter verringert wird. Im folgenden sind vorteilhafte Ausführungsformen solcher festen Einschnürungen beschrieben.

Eine Einschnürung im Gemischeinlaß, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine verstellbar ist, kann zweckmäßig a.ls Fliehkraftregler ausgebildet sein, der die Drehzahl der Maschine fühlt und so auf die Drosselklappe wirkt, daß sich ihr öffnungswinkel mit zunehmender Drehzahl vergrößert. Bekanntlich verringert sich die Gefahr der Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches während der Verbrennung mit zunehmender Drehzahl, denn bei einer bestimmten Stellung der Drosselklappe geht das Volumen des von der Maschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches mit zunehmender Drehzahl zurück.

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Han kann die Menge des von der Haschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches dadurch verringern, daß man die Öffnungszeit des Einlaßventils entsprechend beschränkt. Jird das Auslaßventil früh geschlossen, nimmt die i'-engo der nach einem vorausgegangenen Verbrennungsvorgang zurückbleibenden "iestgase zu. Die Veränderung der Ventilst^uerzeiten der Brennkraftmaschine wird in erster Linie durch die vergleichsweise niedrigere Drehzahl bestimmt, bei der die grö'lte Gefahr dafür besteht, daß \v'ährend der Vei-brennung eine Celbstzündung des Gemisches auftritt.

In Fig. 1 und 2 ist der Zylinderkopf 2 eines Ottomotors bekannter Art mit mehreren Zylindern dargestellt. In dem Zylinderkopf 2 sind 3inla^:3kanäle 1 ausgebildet, die sich in der üblichen v'eise durch die Ansaugleitung ^r* erstrecken und über eine nicht dargestellte gemeinsame Verzweigungskammer in Verbindung mit den äußeren Teilen der Ansauganlage stehen, zu der das Drosselventil bzw. die Drosselklappe und gegebenenfalls ein Vergaser (nicht dargestellt) gehören. Bei dem .Ausführungsbeispiel nach ]?ig. 1 und °. ist die Brennkraftmaschine mit üinspritzventilen ■''· versehen, die in die Ansaugleitung ? eingebaut sind und durch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung gesteuert v/erden, um Kraftstoff in die Zinlaßkanäle 1 einzuleiten. Jeder I-Jinla^kanal 3 mündet im Verbrennungsraum .. des zugehörigen 2l3^rlinders, und am Auslaß 6 jedes Zinla^- kanals ist in dem Zylinderkopf ° ein Ventilsitz 8 für ein Einlaßventil 9 vorhanden, das in einer in den Zylinderkopf eingebauten Ventilführung 11 gleitend geführt ist. In Fig. 1 nimmt das Einlaßventil 9 eine Offnungsstellung zwischen dem Sinlaßkanal 1 und dem Verbrennungsraum 5 ein.

Das innere Ende der Ventil führung 11 mündet im Sinlaßkanal 7. an einer ebenen Schulter 1? innerhalb des !Zylinderkopfes 2, die in den Einlaßkanal in Form eines T'ulstes hineinragt. Oberhalb der Schulter 12 ist der Sinlaßkanal X mit einer Verengung 15 versehen, die eine solche Form hat, daß sich der Durchtrittsquerschnitt des 'Sinlaßkanals in der Strömungsrichtvmg fortschreitend verkleinert, um am Ende des Hinlaßkanals eine

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Einschnürung 14 zu bilden. Diese Einschnürung endet abrupt an einer schulterähnlichen Erweiterung 1.6, die einen Durch?· trittsquersclmitt des "linlaßkanals abgrenzt, welcher in wesentlichen mit dem "uerschnitt des zu dem Verbrennungsraum 5 führenden Auslaß ^σ· des !/!inlaßkanals übei^einstimmt. Die Einschnürung 14 und die sich stromabwärts an sie anschließende Erweiterung 16 sind im wesentlichen konzentrisch angeordnet; dies ist für die Erzielung der gewünschten Turbulenz des Kraftstoff-Luft-Gemisches von Bedeutung, die durch die Verengung hervorgerufen wird.

Bei der Ausführungsform nech Fig. 1 und 2 entspricht der kleinste Durchtrittsquerschnitt der !Einschnürung 14 etwa 45"i. des kleinsten in der Strömungsrichtung darauf folgenden Durchtrittsquerschnitts des erweiterten Teils 16, der im vorliegenden Fall dem Auslaß 6 des Sinlaßkanals 1 benachbart ist, Bsi einer Brennkraftmaschine mit einem Hubraum von 2 1, die zum Antreiben eines Fahrzeugs nit einem Betriebsgewicht von 120-1 kg bestimmt ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwischen den beiden genannten Durchtrittsquerschnitten ein Verhältnis in der Größenordnung von 40 bis 555S aufrechtzuerhalten. Die Einschnürung 14 beschränkt die Strömung des Kraftstoff-Xuft-Gemisches im "inlaßkanal 1 in der ^T.^Teise, daß bei einer Brennkraftmaschine, bei der sich das Verdichtungsverhältnis und die Bedingungen der Kraftstoffzufuhi· nach vorbestimmten Bedingungen richten, die beabsichtigte Verringerung des Wirkungsgrades bei hoher Belastung und hoher Drehzahl erzielt wird. Diese durch die Einschnürung 14 und die Verengung 15 auf das den Kinlaßkanal durchströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgeübte Drosselwirkung nimmt um so mehr zu, je höher die Drehzahl und die Belastung der Brennkraftmaschine werden. Das Verhältnis zwischen den beiden genannten Durchtrittrquerschnitten darf jedoch einen Grenzwert von 70% nicht überschreiten, wenn die Einschnürung die Aufgabe erfüllen soll, die Menge des der Brennkraftmaschine bei hoher Last und hoher Drehzahl zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu verringern.

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Die durch die Einschnürung 14 und die Verengung 15 auf den Strom des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Sinlaßkanal 1 ausgeübte Drosselwirkung ist in erster Linie auf die Turbulenz zurückzuführen, die dem in den Verbrennungsraum 5 einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die abrupte Erweiterung 16 des Einlaßkanals verliehen wird. Der Kraftstoff und die Verbrennungsluft müssen gut durchmischt sein, wenn eine gleichmäßige und geräuscharme Verbrennung erzielt werden soll, und daher kann man annehmen, daß die erzeugte Tux*bulenz des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer wirtschaftlicheren Ausnutzung des Kraftstoffs und zu einer Verbesserung der Zusammensetzung der Abgase im Einblick auf ihre schädlichen Bestandteile führt. Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmaschine wird der Kohlenwasserstoffgehalt der Abga.se auf einem besonders günstigen Wert gehalten, während sich der Gehalt an Stickoxiden (NO ) im Vergleich zu Ottomotoren bekannter Art nicht wesentlich ändert.

Aus strömungstechnischen Gründen erhöht sich die Geschwindigkeit, mit der das Kraftstoff-Luft-Gemisch die Verengung 15 des Sinlaßkanals. 1 durchströmt. Diese Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit führt zu einer Verringerung der Gefahr, daß Kraftstoff aus dem Gemisch abgeschieden wird. Ein solches Abscheiden von Kraftstoff bildet bei Brennkraftmaschinen bekannter Art häufig den Grund dafür, daß den Zs^lindern ungleichmäßige Kraftstoff-Luft-Gemische zugeführt werden; dies gilt insbesondere dann, wenn die Maschine noch nicht ihre volle Betriebstemperatur erreicht hat. Um die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu jedem Zylinder unter den verschiedenen möglichen Betriebsbedingungen zu erleichtern, ist die untere Mantelfläche jedes Sinlaßkanals 1 in Richtung auf den zu dem betreffenden Zylinder führenden Auslaß 6 geneigt. Daher wird der abgeschiedene oder ausgefällte Kraftstoff ins-* besondere dann, wenn die Brennkraftmaschine ihre volle Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, auf den Wänden des Einlaßkanals 1 niedergeschlagen, woraufhin er längs der v/ände zu der Erweiterung 16 wandert, xind da sich die Erweiterung über den ganzen Umfang des Einlaßkanals erstreckt, wird der

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gesamte niedergeschlagene Kraftstoff infolge der im Einlaßkanal erzeugten Turbulenz mit dem Strom des Kraftstoff-Luft-Gemisches vermischt. Coriit gewährleistet die Einschnürung IA, cla3 die brennkraftmaschine selbst beim Kaltstart schnell einen gleichmäßigen und ruhigen Betrieb aufnimmt. Ferner ist die Einschnürung Λ/\ zweckmäßig so angeordnet, daß die Erweiterung 16 in der Strömungsrichtung des Gemisches unmittelbar vor der im "Di nla3 kanal 1 mündenden öffnung der Ventil führung 31 liegt. Tjr.hev ist ein Abschnitt des Strömungswegs vorhanden, innerhalb dessen sich eier Kraftstoff im üinlaßkanal 1 veiter mit der Luft vermischen kann, bevor das Gemisch in den Verbrennungsraum 5 eintritt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, zusätzlich zu der beschriebenen Einschnürung 14 jedes Einlaßkanals 1 eines Zylinders stromaufwärts der Verteilerkammer der Ansauganlage einer mit einem Vergaser ausgerüsteten Brennkraftmaschine zum Antreiben eines Fahrzeugs eine Einrichtung zum Erzeugen von Turbulenz anzuordnen. Ein Gemisch, bei dem Kraftstoff und Luft mittels einer solchen Einschnürung gut durchmischt worden sind, gewährleistet, daß den verschiedenen Zylindern von den Verteilerkammern aus ein gleichmäßiges Gemisch zugeführt wird.

Geeignete Einschnürungen lassen sich ausbilden, indem man die betreffenden Bauteile a.ls Gußstücke herstellt. Damit nahe der Erweiterung 3 6 ein kräftiger 2anda.bsch.nitt vorhanden ist, ist es zweckmäßig, den dem Ventil 9 benachbarten Endabschnitt der Einschnürung 1<1 in der aus Fig. 3 ersichtlichen !veise so abzuschrägen, de.3 er kurz vor der Erweiterung 16 eine im wesentlichen zylindrische Form erhä.lt.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, den Sinlaßkanal 1 des Zylinderkopfes 2 in der aus Fig. 4 ersichtlichen "eise mit einer Erweiterung zu versehen, die einem gesonderten Ventilsitzring S für das Einlaßventil 9 benachbart ist. Diese Anordnung ermöglicht es, den P.andabschnitt dieser zusätzlichen Erweiterung durch eine maschinelle Bearbeitung in eine Form zu bringen, durch die das Entstehen einer Turbulenz in dem

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Kraftstoff-Luft-Gemisch begünstigt wird; zu diesem Zweck wird der Yentilsitzring 8 gemäß Fig. 4 in Anlage an einer Ringschulter 1.7 angeordnet, die den Boden einer den Vcntilsitzring aufnehmenden - ffnung bildet. 'J,s irt jedoch ?uch möglich, die ."Einschnürung K cn einen gesondert einzubauenden Bauteil auszubilden. Ferner könnte τιηη zur Bereitstellung der Einschnürung 14 eine baueinheit verwenden, die mit dem Ventilsitzring 8 kombiniert ist und sich in den Auslaß 6 des L'inlaßkanals 1 am Eingang zum Verbrennungsraum 5 einbauen oder in dessen Nähe anordnen Iä3t.

Zusätzlich dazu, daß man den Verbrennungsvorgang dadurch beeinflußt, daß man die weiter oben genannten Parameter A und 3 getrennt oder gemeinsam regelt, kann man die Gefahr der Gelbstzündung des Gemisches während des Yerbrennungsvorgangs dadurch verringeren, daß man eine ^lückumwälzunj·; von Abgas bewirkt, um hierdurch den prozentualen Gehalt des zu verdichtenden Gasgemisches cn Yorbrennungsprodukten zu erhöhen. ¹Zv diesem Sweck ist es erforderlich, mittels einer Verbindung zwischen clem !ZyI inner auslas und dem ''"lincleroin- IcA einen bestimmten Teil der Ab go se mit dem L'ra ftstof f-Luit-Geraisch zu vermischen, das während eines Ans^u^hubes zu dem betreffenden Zylinder strömt. Die Menge des auf diese Weise mit dem Verbrennungsgemisch zu mischenden Abgases kann mittels eines in diese Verbindung eingeschalteten Ventils geregelt werden, und dieses Ventil kann seinerseits in Abhängigkeit vom Druck in der ansaugleitung, d.h. von der Belastung der Brennkraftmaschine, gesteuert werden.

3ei der Brennkraftmaschine kann auch ejne Einrichtung zum Kühlen der zugeführten Luft vorhanden sein. Nimmt man an, daß die Brennkraftmaschine mit unveränderter Leistung betrieben v/ird, führt eine Cenkung der Tempera tür des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Cenkung der Yerbrennungstemperatur und damit zu einer Verringerung der Gefahr des Auftretens· einer Selbstzündung während des Verbrennungsvorgangs .

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Weiterhin kann man die Gefa.hr des Auftretens von Selbstzündung während des Verbrennungsvorgangs bei dem Betrieb unter hoher Last dadurch verringern, daß man dafür sorgt, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das von der Brennkraftmaschine angesaugt wird, in Vergleich zur vorhandenen Luftmenge eine relativ große oder eine relativ kleine Menge an Kraftstoff enthält, d.h. daß die Maschine mit einem relativ fetten oder einem relativ mageren Gemisch betrieben wird. Da in beiden Fällen die Verbrennungsteniperatur abnimmt, ist es möglich, die Gefahr des Auftretens von Selbstzündung auch auf diese Ueise zu verringern.

Versuche, die an Brennkraftmaschinen zum Antreiben von Personenkraftwagen durchgeführt wurden, haben besonders gute Ergebnisse dann geliefert, v;enn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine absichtlich mit Hilfe einer oder mehrerei- der \^rorstehend beschriebenen Maßnahmen bei einem Leistungswert herabgesetzt wurde, der um mindestens IQ^ niedriger war als die Leistung beim Vollostbetrieb nit der entsprechenden Drehzahl.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRUCH iS

y Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Fremd- bzw. Funkenzündung, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennkraftmaschine ein vorbestimmtes festes Verdichtungsverhältnis gewählt wird und daß der Brennkraftmaschine ein Kraftstoff zugeführt wird, bei dem die Oktanzahl und die Widerstandsfähigkeit gegen eine Selbstzündung so gewählt sind, daß sie unter den Werten liegen, die bei Brennkraftmaschinen mit Fremd- bzw. Funkenzündung bekannter Art bei dem gewählten Verdichtungsverhältnis üblich sind, so daß die Brennkraftmaschine bei einem optimalen Wirkungsgrad nur in einem unteren Lastbereich bis zu einem vorbestimmten Höchstwert betreibbar ist, ohne daß während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine spontane Verbrennung bzw. eine Selbstzündung auftritt, und daß innerhalb eines über dem genannten vorbestimmten Lastbereich liegenden oberen Lastbereichs der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bewußt dadurch herabgesezt v/ird, daß die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches derart beeinflußt bzw. geregelt wird, daß das Auftreten einer spontanen Verbrennung während der Verbrennung des Gemisches verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte vorbestimmte Lastwert einer Leistung der Brennkraftmaschine entspricht, die um mindestens 10% unter der Leistung beim Vollastbetrieb liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Kräftstoff-Luft-Gemisches oberhalb des genannten vorbestimmten Lastwertes im wesentlichen dadurch geregelt v/ird, daß der Zeitpunkt geregelt wird, in dem das

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Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine bis unter einen vorbestimmten Vei-t zurückgeht, und önß bei einer vrehza.nl, die gleich dem genannten ;"rer.zi:ert ist oder ihn überschreitet, das "'""olumen des der Brennkraftmaschine zugeführten Kr?ftstoff-Luft-Gemisches geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch ", dadurch gekennzeichnet,

daß das "⁷OIuHeη des der ^rennkraftmpschine zugeführten Eraftstoff-Luft-GeiixFches mit Hilfe einer oder mehrerer in der Ansaugenlage der Brennkraftmaschine angeordneter Einschnürungen geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch '?, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches oberhalb des genannten vorbestimmten Lastvertes dadurch gei-egelt vird, d?⁰. ;>brF:.s svi den verschiedenen Verbrennungsräumen zurückgeleitet vird, und öa:3 die ilcnge des Abgases, das dem der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch beigemischt wird, geregelt vird.
6. Brennkraftmaschine mit Fremd- bzw. Funkenzündung, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichtungsverhältnis einem bevorzugten festen *.ert entspricht, der im Vergleich zur Leistung der Brennkraftmaschine beim Vollastbetrieb über dem üblichen V^rert liegt, daß die Brennkraftmaschine für den Betrieb mit einem Kraftstoff bestimmt ist, dessen Oktanzahl unter dem ^T _trert liegt, der normalerweise bei dem gewählten Verdichtungsverhältnis üblich ist, so daß die Brennkra.ftmaschine nur innerhalb eines unteren Lastbereichs bis zu einer vorbestimmten Obergrenze betreibbar ist, ohne daß v/ährend der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine spontane Verbrennung auftritt, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem oberen Lastbereich, d.h. oberhalb des genannten vorbestimmten Lastwertes, dadurch zu regeln, daß das Volumen dos dem Verbrennungsraum (5) zugeführten •r.roftstoff-luft-Genisches verringert wird.

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7. Prennkraf tma.schine nach Anspruch -3 , dadurch gekennzeichnet, da?; in einem zu der ' brennkraftmaschine führenden /.nsaugkanal eine feste Einschnürung zum "ier-eln des Volumen;-= des von der brennkraftmaschine angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Einschnürung (14) in einem Teil eines -i'inla.'ikanals (I) in einem <^Tj^Tlinderkopf ('■>) oder einem ähnlichen Bauteil der Brennkrrftmaschins angeordnet ist, daß sich der Ijurchtrittscuerschnitt der Einschnürung in der ■Jtrömungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches fortschreitend verkleinert, und daß die Einschnürung rn einer mit ihr konzentrischen, abrupten /Jr^r:eiterung (V.5) endet, die zum sich daran snsehlisßendon Teil des Einlaßkanals führt.

G. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchtritts'-'uerschnitt der Einschnürung (XC) in dem Einlr»ßkanrl (1) höchstens ΊΎ.Ι des kleinsten Durchtrittsnuerschnitts des ICinlaßkanals stromabwärts der Erweiterung (1.5) entspricht.

XD. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den genannten jjurchtrittsquerschnitten zwischen '!0 und 5öC liegt.

II. Brennkraftmaschine nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (16) unmittelbar stromaufwärts einer in den Einlaßkanal (1) hineinragenden Ventilführung (Xl) und so angeordnet ist, daß sie mix einem Einlaßventil (0) zusammenarbeitet.

V-. Brennkraftmaschine nach Anspruch 0, da,durch gekennzeichnet, daß die Erweiterung nahe einem gesonderten Yentilsitsring (o) eines in den Zylinderkopf (Z) eingebauten Einlaßventils (D) cngeordnet ist.

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ilS-454

•Λ.Ζι —

XC. Brennkraftmaschine nach Anspruch C, dadurch gekennzeichnet, C.B.Z die unmittelbar stromaufwärts der Jrv/eiterung (IS) angeordnete Einschnürung (14) mit einem abgeschrägten ''candabschnitt vorsollen ist und einen in v:esentlichen zylindrischen .Jndabschnitt der Einschnürung in dem ZinlaO-kanal (1) bildet (?ig. ?).

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