DE2642595A1

DE2642595A1 - Innenverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2642595A1
Application number: DE19762642595
Authority: DE
Inventors: Katsuo Akishino; Kenji Hori; Yuhiko Kiyota; Tatsuro Nakagami; Hirokazu Nakamura; Tsuneo Ohinouye; Yutaka Tsukamoto
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1977-12-01
Also published as: ES458623A1; NL163299C; NL7611309A; SE7610113L; AU1788076A; SE462502B; BE847146A; FR2352164A1; US4305358A; SU997615A3; PL117890B1; JPS52140708A; JPS5833372B2; GB1544870A; BR7606394A; FR2352164B1; ZA765760B; SU1080755A3; MX3808E; NL163299B

Description

28 442 t/wa

MITSUBISHI JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN

Innenverbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Innenverbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Bei konventionellen Innenverbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge ist die Strömungsgeschwindigkeit der von einem Einlasssammelrohr in einen Zylinder eintretenden Luft-Treibstoff-Mischung bei Ansaughub des Motors gering, so dass die im Zylinder erzeugte Verwirbelung schwach ist, da nur eine geringe öffnung des Drosselventils vorliegt und die Menge an angesaugter Luft während des Leerlaufbetriebes und des Fahrbetriebes des Motors unter geringer Belastung klein ist.

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Infolge davon wird während der Zündung, die normalerweise am Ende des Verdichtungshubes des Motors stattfindet, die Verwirbelung der im Zylinder gehaltenen Mischung schwächer, so dass der Zünd- und Verbrennungsvorgang der Mischung nicht zufriedenstellend abläuft. Um einen stabilen Betriebszustand des Motors sicherzustellen;ist es notwendig, eine Mischung mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis zuzuführen, das geringer ist als das Luft-Treibstoff-Verhältnis der Mischung, die bei mittlerer oder hoher Belastung des Motors zugeführt wird, d.h. in diesen Fällen ist eine reichere Mischung erforderlich. Dies führt zu einem Anstieg im Treibstoffverbrauch als auch zu einem Anstieg an den Anteilen an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) im Abgas, bedingt durch die unvollständige Verbrennung der reicheren Mischung.

Kürzlich wurde vorgeschlagen, eine wesentlich magerere Mischung als die stöchiometrische Mischung zu verbrennen, um den Anteil an CO und HC, insbesondere den Anteil an Stickoxiden (NO ) im Abgas zu reduzieren. Auch wurde vorgeschlagen, einen Teil des Abgases vom Abgassystem des Motors abzuziehen und mit der Mischung im Zylinder zu vermischen und zu verbrennen, um die Menge an NO im Abgas zu reduzieren.

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In beiden Fällen jedoch wird das Zünden und die Verbrennung der Mischung unzureichend und damit das Fahrverhalten und die Rate an Treibstoffverbrauch schlechter.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen Innenverbrennungsmotor für Fahrzeuge zu schaffen, der eine verbesserte Rate an Treibstoffverbauch aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Fahrzeugmotors, bei dem eine magere Mischung, die bei konventionellen

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Motoren Schwierigkeiten hinsichtlich eines stabilen Fahrverhaltens bereitet, stabil verbrannt werden kann, so dass die Menge an schädlichen Bestandteilen im Abgas gering ist. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Fahrzeugmotors, bei dem eine Mischung mit einer grossen Menge an rückgeführtem Abgas zum Zwecke der Verringerung des Anteils an NO

im Abgas stabil verbrannt werden kann, obschon diese Mischung bei konventionellen Motoren aufgrund der unstabilen Verbrennung Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung eines stabilen Fahrverhaltens bereitet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Fahrzeugmotors, bei dem eine magere Mischung oder eine Mischung mit einer grossen Menge an rückgeführtem Abgas stabil verbrannt werden kann, ohne dass die Motorleistung abfällt und das Fahrverhalten und der Treibstoffverbauch nachteilig beeinflusst werden. Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung, einen Fahrzeugmotor zu schaffen, mit dem sich in beachtenswerter Weise die Menge an schädlichen, unverbrannten und im Abgas enthaltenen Bestandteilen wesentlich umfangreicher als bei konventionellen Motoren und insbesondere bei städtischen Betriebsbedxngungen unter geringer Last, d.h. bei Leerlauf des Motors und niedriger Geschwindigkeit unter geringer Belastung^ reduzieren lässt.

Diese Ziele werden erfindungsgemäss gelöst durch Vorsehen einer Verbrennungskammer mit einem Einlass- und einem Auslasskanal, einer Haupteinlasspassage zur Zufuhr einer, durch eine mischungsbildenden Einrichtung geschaffenen Luft-Treibstoff-Mischung zum Einlasskanal, einer durch Einschrauben am Zylinderkopf zu befestigenden Zündkerze, dass deren Elektrodenspalt an einer bestimmten Stelle in der Verbrennungskammer zu liegen kommt, einer im Zylinderkopf nahe dem

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Elektrodenspalt vorgesehenen Injektionskammer, eines die Verbrennungskammer und die Injektionskammer miteinander verbindenden Injektionskanals, der nahe dem Elektrodenspalt angeordnet ist, einer sekundären, sich in die Injektionskammer öffnenden Einlasspassage, eines sekundären Einlassventiles zum Öffnen und Schliessen der sekundären Einlasspassage und eines Betätigungsmechanismus zum öffnen und Schliessen des sekundären Einlassventiles.

Das der sekundären Einlasspassage zugeführte Gas ist vorzugsweise Luft, doch kann es auch eine Luft-Treibstoff-Mischung oder Abgas vom Motor sein. Handelt es sich um Luft, so ist die Gaszufuhrquelle die Atmosphäre. Handelt es sich um eine Mischung, so·:wird vorzugsweise bei einem Motor mit Vergaser der gewöhnlich verwendete Vergaser als Quelle verwendet. Handelt es sich um Abgas, so stellt das Abgassammelrohr die Gaszufuhrquelle dar.

Beim erfindungsgemässen Motor sind, da die öffnung eines Drosselventils gering und die Drosselwirkung dieses Ventils während des Leerlaufs oder Fahrbedingungen unter geringer Belastung bemerkenswert ist, die Strömungsgeschwindigkeit und die angesaugte Menge an Mischung von der Haupteinlasspassage niedrig. Daher entsteht beim Ansaughub des Motors ein hoher Unterdruck der Verbrennungskammer. Während dieses Hubes bildet das angesaugte, in die Injektionskammer von der sekundären Einlasspassage eintretende Gas eine Strahlströmung und wird kräftig in die Verbrennungskammer durch den Unterdruck eingestossen. Diese Strahlströmung beseitigt oder bläst weg das um den Elektrodenspalt befindliche Verbrennungsgas, wodurch die nachfolgende Zündung der Mischung

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verbessert wird, und weiter erzeugt die Strahlströmung eine starke Verwirbelung und Turbulenz der Mischung in der Verbrennungskammer. Diese Verwirbelung und Turbulenz wird während des Verdichtungshubes des Motors beibehalten. Wenn die verwirbelte Mischung in der Verbrennungskammer bei im wesentlichen dem Ende des Verdichtungshubes gezündet wird, gelangt ein Teil der Flamme in die Injektionskammer. Da diese Kammer ein geringes Volumen hat, stellt sich dort durch die rasche Verbrennung der darin befindlichen Mischung eine hohe: Temperatur und ein hoher Druck ein. Die in der Verbrennungskammer erzeugte Flamme wird kräftig in die Hauptverbrennungskammer durch den Injektionskanal eingestossen/und dieser Flammstrahl beschleunigt dann die fortschreitende Verbrennung der Mischung in der Hauptverbrennungskammer. Somit verbessert die Luftinjektion beim Ansaughub und die Flammeninjektion beim Explosionshub durch den Injektionskanal die Flammenausbreitung nach Zünden der Mischung, so dass die Geschwindigkeit der Verbrennung zunimmt und die Verbrennungsbeschränkung von einer mageren Mischung vergrössert wird und sich damit ein verbesserter Treibstoffverbrauch einstellt.

Daher werden der Abfall der Motorleistung und die Zunahme an Treibstoffverbrauch während mittlerer und Hochlast-Fahrbedingungen als auch während des Leerlaufs und Niedriglast-Fahrbedingungen, bei denen die Zylinder-zu-Zylinder-Verteilung der Mischung nicht zufriedenstellend erfolgt und die Verbrennung der Mischung aufgrund der niedrigen Wandtemperatur der Verbrennungskammer unvollständig ist, so klein wie möglich gehalten. Auch wird die maximale Verbrennungstemperatur aufgrund des erhöhten Luft-Treibstoff-Verhältnisses der Mischung abgesetzt und damit die Abgabemenge an NO ausreichend reduziert.

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Falls ein Abgas-Rückführsystem dem erfindungsgemässen Motor zugeordnet wird, ist es möglich, in einfacher Weise
die Menge an erzeugtem NO zu reduzieren, ohne das Luft-Treibstoff-Verhältnis auf einen hohen Wert nahe bei der
Verbrennungsgrenze zu bringen. Somit werden die negativen Auswirkungen hinsichtlich des Zündens der Mischung und der Geschwindigkeit der Flammausbreitung, die durch die Rückführung des Abgases hervorgerufen werden, durch die Gas-
und Flamminjektion weitestgehend beseitigt.

Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein Innenverbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, einer damit über einen Injektionskanal· in Verbindung stehenden Injektionskammer, einer sekundären, sich in die Injektionskammer
öffnenden Einiasspassage, und einem sekundären Einlassventil zum öffnen und Schliessen der sekundären Einlasspassage geschaffen. Eine Zündkerze erstreckt sich in die Verbrennungskammer dergestalt, dass der Elektrodenspalt der Zündkerze nahe dem Injektionskanal liegt. Beim Ansaughub des Motors wird die in der Injektionskammer befindliche Luft nahe beim Elektrodenspalt durch den Injektionskanal ausgestossen, wodurch das Verbrennungsgas um den Elektrodenspa^ weggebl·asen wird und auch eine starke Verwirbeiung und Turbul·enz
der Mischung in der Verbrennungskammer erzeugt wird, wass das Zünden und die Verbrennung einer mageren Mischung in der Verbrennungskammer verbessert und damit den Ausstoss an
schädiichen Bestandteilen im Abgas reduziert und den Treibstoff verbauch verbessert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine quergeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäss aufgebauten Innenverbrennungsmotors,

Fig. 2 eine Ansicht längs der Schnittlinie A-A nach Fig. 1,

Fig. 3 eine teilgeschnittene Ansicht längs der Schnittlinie B-B nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht bei Betrachtung in Richtung des Pfeiles C nach Figur 1,

Fig. 5 eine grafische Wiedergabe von Versuchsergebnissen bezüglich der Rate an Treibstoffverbrauch in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt.

Fig. 6 eine grafische Darstellung bezüglich der Fehlzündungsgrenzen, wenn die EGR-Rate und das Luft-Treibstoff -Verhältnis verändert werden,

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Versuchsergebnisse bezüglich der Rate an Treibstoffverbauch in Abhängigkeit vom Luft-Treibstoff-Verhältnis, und

Fig. 8 eine grafische Darstellung bezüglich des Treibstoffverbrauchs in Abhängigkeit vom Luft-Treibstoff-Verhältnis bei Leerlauf des Motors.

Bei dem in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der Benzininnenverbrennungsmotor 10 für ein Motorfahrzeug einen Zylinderkopf 12 und einen Zylinderblock 14, in dem

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ein Kolben 16 bewegbar aufgenommen ist. Eine Hauptverbrennungskammer 18 ist zwischen dem Zylinderkopf 12, dem Zylinderblock 14 und dem Kolben 16 gebildet. Eine Zündkerze 20 ist in dem Zylinderkopf 12 eingeschraubt und ragt mit ihrem einen Ende in die Verbrennungskammer 18 hinein. Die Verbrennungskammer 18 steht mit einem Haupteinlasskanal 22 und einem Auslasskanal 24 in Verbindung, wobei im Einlasskanal 22 zum öffnen und Schliessen desselben ein Haupteinlassventil 26 vorgesehen ist. Der Einlasskanal 22 ist mit einem Einlassamelrohr 28 verbunden, das wiederum mit einem Vergaser 30 und einem Luftreiniger 32 in Verbindung steht.

Eine Ausnehmung im Zylinderkopf 12, die die Verbrennungskammer 18 definiert, hat eine halbkugelförmige Gestalt, Der Elektrodenspalt 34 in der Zündkerze 20 ist im Zentrum einer kleinen Ausnehmung 38 in der kugeligen Wandoberfläche 36, die die Verbrennungskammer 18 im Zylinderkopf 12 bildet, angeordnet, wobei der Elektrodenspalt nahe einer Oberfläche liegt, die sich von der Wandoberfläche 36 oberhalb der Ausnehmung 38 erstreckt. Eine Bohrung 40 ist durch den Zylinderkopf 12 nahe der kleinen Ausnehmung 38 eingebohrt. Die Mittellinie der Bohrung 40 steht unter einem Winkel von etwa 60° zur oberen Oberfläche des Kolbens 16. Ein hohles zylindrisches Element 42, das eine Injektionskammer im Inneren bildet, ist in der Bohrung 40 an der Seite befestigt, die sich zur Verbrennungskammer 18 hin öffnet. An der gegenüberliegenden Seite der Bohrung 40 ist ein Ventilführungselement 44 eingesetzt. Das die Injektionskammer bildende Element 42 ist am inneren Umfang von seinem einen Ende mit einem Innengewinde versehen, während das Führungselement 44 am äusseren Umfang von seinem einen Ende ein

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dazu passendes Aussengewinde trägt. Die Elemente 42 und 44 halten zwischen sich einen Bohrungsbereich 46 mit geringerem Durchmesser und sind mit dem Zylinderkopf 12 durch den Schraubeingriff zwischen dem Aussen- und Innengewinde verbunden. Ein sekundäres Einlassventil 48 ist gleitbar im Ventilführungselement 44 angeordnet. Zwischen dem äusseren Umfang des Stössels des sekundären Einlassventils 48 und dem inneren Umfang des Ventilführungselementes 44 befindet sich an der das Innengewinde aufweisenden Seite ein Spalt. Dieser Spalt bildet eine ringförmige sekundäre Einlasspassage 50. Die Passage 50 steht über eine in das Ventilführungselement 44 eingebohrte Bohrung 52 mit einer sekundären im Zylinderkopf 12 vorgesehenen Einlasspassage 54 in Verbindung. Die sekundäre Einlasspassage 50 steht auch mit der im Element 42 ausgebildeten Injektionskammer 56 über einen Spalt zwischen einem Ventilsitz 58, der am Ende des Ventilführungselementes 44 vorgesehen ist, und einem Tellerbereich oder -kopf des sekundären Einlassventiles 48 in Verbindung. Dieser Spalt ist geschlossen, wenn der Kopf des Ventiles 48 auf dem Ventilsitz 58 aufsitzt.

Das die Injektionskammer bildende Element 42 ragt in die Hauptverbrennungskammer 18 hinein, wobei das hineinragende Ende des Elementes 42 mit einem Injektionskanal 60 versehen ist, der eine Verbindung zwischen der Injektionskammer 56 und der Verbrennungskammer 18 herstellt. Der Injektionskanal 60 liegt nahe dem Elektrodenspalt 34 und ist so ausgerichtet, dass er die Luft kurz unterhalb des Elektrodenspaltes 34 und längs im wesentlichen der Wandoberfläche 36 im Zylinderkopf 12 einleitet. Die Strömungsrichtung der Luft durch den Injektionskanal 60 entspricht der kreisenden

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Bewegung der in die Verbrennungskammer 18 vom Einlasskanal 22eingesaugten Mischung. Das Haupteinlassventil 26 und das sekundäre Einlassventil 48 stellen beide pilzförmige Tellerventile dar, die von einem gemeinsamen Kipphebel 62 betätigt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der Kipphebel 62 an einer Kipphebelwelle 64 befestigt und hat eine Anschlagoberfläche, die einen Nocken 68 berührt, der an einer vom Motor in Drehbewegung versetzten Nockenwelle 66 vorgesehen ist. Der Abschnitt des Kipphebels 62,der der Anschlagfläche für den Nocken 68 gegenüberliegt, gabelt sich, wobei an den Gabelbereichen des Kipphebelabschnitts Einstellschrauben 70 und 72 eingeschraubt sind. Die Stirnfläche der Einstellschraube 70 steht in Berührung mit der oberen Endfläche des Ventilstils des Haupteinlassventiles 26, während die Stirnfläche der Einstellschraube 72 sich in Eingriff mit der Endfläche von einem Ventilstil des sekundären Einlassventiles 48 befindet. Die Ventile 26 und 48 tragen Federabstützungen 78 bzw. 80, gegen die die betreffenden Enden von Ventilfedern 74 und 76 anstossen. Die anderen Enden der Federn 74 und 76 stützen sich gegen den betreffenden Bereich am Zylinderkopf 12 ab.

Eine Haupteinlasspassage 86 verbindet den Luftreiniger über den Vergaser 30 und das Einlassammelrohr 28 mit dem Einlasskanal 22. In der Passage 86 ist ein Venturi-Rohr oder -organ 88 und ein Drosselventil 90 in dem Bereich vorgesehen, der im Vergaser liegt. Ein Leerlaufkanal 92, der bei Leerlauf des Motors Treibstoff zuführt,und ein Kanal 94 für Langsamlauf, der Treibstoff bei Fahrt unter geringer Belastung zuführt, sind in der Innenwand der Einlasspassage 86 nahe

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einer Stelle eingebohrt, die das Drosselventil 90 in der voll geschlossenen Stellung einnimmt. Eine Einstellschraube 96 ist im Leerlaufkanal 92 vorgesehen, während eine Hauptdüse 98 zur Zufuhr von Treibstoff hautpsächlich bei Mittel- und Hochlast-Betrieb des Motors im Venturi-Rohr 88 vorgesehen ist.

Eine Abgas-Rückführpassage 100, deren eines Ende mit einer nicht gezeigten Auslasspassage oder einem System verbunden ist, steht mit einem Anschlussbereich des Einlassammelrohres 28 über ein Steuerventil 102 in Verbindung. Das Steuerventil 102 erfasst die verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors und steuert die Abgasströmung durch die Passage 100.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die sekundäre Einlasspassage 54 über ein Rohr 104 mit der Haupteinlasspassage 86 aufstromseitig des Venturi-Rohres 88 verbunden.

Der vorbeschriebene Innenverbrennungsmotor arbeitet wie folgt:

Zu Beginn des Ansaughubes des Motors wird das Haupteinlassventil 26 durch den Kipphebel 62 und den Nocken 68 geöffnet. Zur gleichen Zeit wird der Kopf des sekundären Einlassventiles 48 durch den Kipphebel 62 ausser Eingriff mit dem Ventilsitz 58 gebracht, so dass eine Verbindung zwischen der Injektionskammer 56 und der sekundären Einlasspassage 50 entsteht.

Der überwiegende Teil der in die Haupteinlasspassage 86 vom

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Luftreiniger 32 eingesaugten Luft wird mit dem Treibstoff im Vergaser 30 zu einer Mischung mit einem bestimmten Luft-Treibstoff-Verhältnis vermischt und dann der Hauptverbrennungskammer 18 vom Einlasskanal 22 über das Haupteinlassventil 26 zugeführt. Der restliche Teil der angesaugten Luft wird der Injektionskammer 56 durch das Rohr 104, die sekundären Einlasspassagen 54 und 50 und das Ventil 48 zugeführt und wird durch den Injektionskanal 60 in die Verbrennungskammer 18 eingestossen.

Die Menge an eingestossener Luft und die Intensität des Strahlstromes aus diesem Injektionskanal 60 ändern sich in Abhängigkeit von der öffnung des Drosselventils 90, d.h. von den Belastungsverhältnissen des Motors. Wenn die öffnung des Drosselventils bei Leerlauf oder niedriger Belastung des Motors klein ist, ist die Menge der von der Haupteinlasspassage 86 zugeführten Mischung aufgrund der Drosselwirkung des Drosselventils 90 niedrig, so dass in der Verbrennungskammer 18 während des Ansaughubes ein hoher Unterdruck erzeugt wird. Da der Druck in der Haupteinlasspassage 86 aufstromseitig vom Venturi-Rohr 88 im wesentlichen nahe beim Atmosphärendruck liegt, wird eine grosse Luftmenge kräftig in die Verbrennungskammer 18 durch den Kanal-60 aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem hohen Unterdruck in der Verbrennungskammer 18 und dem Atmosphärendruck in der Einlasspassage 86 eingestossen. Dieser Luftstrahl aus dem Kanal 60 gelangt nahe zum Elektrodenspalt 34 und entfernt oder bläst weg, das um den Spalt 34 vorliegende Verbrennungsgas. Die Strahlströmung erstreckt sich ferner längs der kugeligen Wandoberfläche 36 nach unten und verleiht der aus dem Einlasskanal 22 angesaugten Mischung eine

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starke Verwirbelung und Turbulenz-, Diese Verwirbelung wird während des Verdichtungshubes des Motors beibehalten, um die in Schichtform oder lokaler Konzentration vorliegende Mischung und die eingestossene Luft zu verteilen und die Flammausbreitung nach Zünden der Mischung zu unterstützen.

Wenn die Mischung in der Verbrennungskammer 18 am Elektrodenspalt 34 im wesentlichen am Ende des Verdichtungshubes gezündet wird, tritt ein Teil der durch die Verbrennung der Mischung erzeugten Flammen in die Injektionskammer 56 ein. Da diese Kammer ein geringes Volumen hat, wird die Temperatur und der Druck darin durch die rasche Verbrennung des darin befindlichen Gemisches hoch. Die in der Injektionskammer 56 erzeugte Flamme wird kräftig in die Hauptverbrennungskammer 18 durch den Injektionskanal 60 eingestossen. Dieser Flammstrahl beschleunigt die in der Hauptverbrennungskammer 18 fortschreitende Verbrennung des Gemisches.

Experimentelle Versuche an dem erfindungsgemässen Motor haben bewiesen, dass die Verbrennungsbegrenzung von einer . mageren Mischung gegenüber einem konventionellen Motor hierdurch in grossem Umfang erweitert wird und sich,wie nachfolgend beschrieben, der Treibstoffverbrauch verbessern lässt.

Die Abmessungen der verschiedenen Bauteile des Motors in der für das Experiment verwendeten Ausführung sind wie folgt:

Gesamtvolumen (V) der Verbrennungskammer,

wenn sich der Kolben 16 an seiner oberen

Totpunktlage befindet V= 48 cm

Volumen (v) der Injektionskammer ν = 1 ,2 cm

v/V =£ 0,025

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Durchmesser (d₁) der sekundären Einlasspassage 54 d₁ = 4 mm

Strömungsfläche (S₁) der sekundären Ein-

lasspassage 50 S₁=O,16 cm

Durchmesser (d„) des Ventilstiles des

sekundären Einlassventiles 48 d₂ = 4 mm

Durchmesser (d₃) der Injektionskammer 56 d, = 9 mm Durchmesser (d.) des die Injektionskammer

bildenden Elementes 42 d, = 13 mm

Durchmesser (d,-) des Inkejtionskanals 60 d,- = 6 mm

Abstand (X) zwischen Elektrodenspalt 34

und Injektionskanal 60 X =f 6 mm

Fig.5 zeigt die Versuchsergebnisse bezüglich des Treibstoffverbrauches in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt bei einem erfindungsgemässen Motor und einem konventionellen Motor mit konventioneller Verbrennung. Dabei steht der Motor hier unter einer Belastung zur Erzielung einer konstanten Fahrgeschwindigkeit von 40 km/h. Das Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F) ist auf 16:1 eingestellt. Die Auslassmenge an NO wird bei 10 Teilen/Million (ppm) durch Einstellung einer Menge der Abgasrückführung gehalten.

Fig. 6 zeigt die Versuchsergebnisse hinsichtlich der Fehlzündungsgrenze bei Änderung des Luft-zu-Treibstoff-Verhältnisses (A/F) und des Verhältnisses der Menge an rückgeführtem Abgas (EGR) relativ zur angesaugten Mischung bei einem erfindungsgemässen und einem konventionellen Motor und einer Motorbelastung bei einer konstanten Geschwindigkeit von 40 km/h.

Fig. 7 zeigt die Versuchsergebnisse hinsichtlich des

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Treibstoffverbrauchs in Abhängigkeit von verschiedenen Luft-zu-Treibstoff-Verhältnissen bei einem erfindungsgemässen und einem konventionellen Motor und einer Motorbelastung entsprechend einer konstanten Fahrgeschwindigkeit von 40 km/h. Der Zündzeitpunkt ist auf den besten Wert für den Treibstoffverbrauch bei jedem Luft-Treibstoff-Verhältnis eingestellt.

Fig. 8 zeigt die Versuchsergebnisse hinsichtlich des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und Treibstoffverbrauchs während des Leerlaufs des Motors. Der Treibstoffverbauch (l/h) bei Leerlauf ist bei unterschiedlichen Drehzahlen und Zündzeitpunkten angegeben.

Bei dieser Ausführungsform wird die Menge an in das Einlassammelrohr 28 über die Abgasrückführleitung 101 zugeführten Abgases durch das Steuerventil 102 gesteuert. Die Menge an rückgeführtem Abgas wird so reguliert, dass die Ausstossmenge an NO innerhalb eines bestimmten Wertbe-

reiches bleibt.

Bei Hochlast-Betriebsverhältnissen, bei denen die Öffnung des Drosselventils gross ist, da die Drosselwirkung durch das Drosselventil 90 vernachlässigt werden kann und eine grosse Menge der Mischung in die Verbrennungskammer 18 durch die Haupteinlasspassage 86 angesaugt wird, nehmen die Menge an eingestossener Luft und die Injektionskraft ab. In diesem Fall jedoch ist die Ladungswirksamkeit hoch, so dass die Mischungsströmung in die Verbrennungskammer 18 von dem Einlasskanal 22 eine starke Verwirbelung

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oder Turbulenz hervorruft. Auch erhöht sich die Temperatur der Innenwand der Verbrennungskairaner 18 und damit die Geschwindigkeit der Flammausbreitung, ohne dass die Erzeugung einer Verwirbelung oder Turbulenz durch die Strahlströmung aus dem Injektionskanal 60 und der damit verbundenen verbesserten Verbrennung der Mischung erforderlich ist.

Wenn der Abstand X zwischen dem Elektrodenspalt 34 und dem Injektionskanal 60 zu kurz ist, wird das die Injektionskammer bildende Element 42 überhitzt und es entsteht darin eine heisse Stelle. Dies führt zu einer Vorzündung. Ferner wird bei zu langem Abstand X der Ausblaseffekt des Abgases verschlechtert;und tritt nach dem Zünden eine Verzögerung hinsichtlich des Eingangs der Flamme in die Injektionskammer 56 ein, womit ebenfalls eine Verschlechterung der Verbrennung der Mischung verbunden ist. Bei den Versuchen wurden die besten Ergebnisse erzielt, wenn der Abstand X auf 3 bis 10 mm eingestellt wurde.

Wenn ferner die vorstehende Weglänge des die Injektionskammer bildenden Elementes 42 in die Hauptverbrennungskammer 18 zu lang ist, erzeugt das vorstehende Ende des Elementes 42 eine heisse Stelle und führt dadurch zu einer Vorzündung. Daher wird vorzugsweise die vorstehende Weglänge so klein wie möglich eingestellt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Injektionskanal 60 nahe dem Elektrodenspalt 34 angeordnet und so ausgerichtet, dass er die Luft kurz unterhalb des

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Elektrodenspaltes 34 und längs im wesentlichen der Wandoberfläche 36 in den Zylinderkopf 12 einführt. Dieser Kanal 60 kann jedoch auch so ausgerichtet werden, dass er die Luft direkt auf den Elektrodenspalt 34 oder auf irgendeine Stelle kurz unterhalb des Spaltes führt, die in nennenswerter Weise davon beeinflusst wird. In diesem Fall wird ebenfalls der Treibstoffverbauch verbessert.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis v/V auf etwa 0,025 eingestellt worden. Die deutlichste Verbesserung im Treibstoffverbrauch wird erreicht, wenn v/V bei einem Wert zwischen 0,02 und 0,05 liegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel steht die sekundäre Einlasspassage 54 über das Rohr 104 mit der Haupteinlasspassage 86 aufstromseitig des Venturirohres 88 in Verbindung. Dieses Rohr 104 kann jedoch auch intermediär mit einer Passage für die sekundäre Luft verbunden werden, die dem Abgassystem des Fahrzeuges von einer sekundären,nicht gezeigten, Luftpumpe am Motor angeordnet ist, zugeführt wird. In diesem Fall kann eine grössere Luftmenge als bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in die Verbrennungskammer 18 aus dem Injektionskanal 60 während des Hochlast-Betriebes ausgestossen werden. Wenn ferner das Rohr 104 mit der Abgasrückführpassage 100 aufstromseitig des Steuerventils 102 verbunden wird, kann die Abgasrückführung über den Injektionskanal 60 erfolgen. Ferner,wenn das Rohr 104 mit der Haupteinlasspassage 86 zwischem dem Venturi-Rohr 88 und dem Drosselventil 90 verbunden wird, wird die Mischung der Injektionskammer 56 zugeführt.

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Folglich lässt sich, selbst wenn die Verbindung des Rohres 104 gegenüber der beschriebenen Anordnung verändert wird, ein mehr oder weniger verbesserter Treibstoffverbrauch erhalten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das die Injektionskammer bildende Element 42, das Ventilführungselement 44, die in der Bohrung 40 im Zylinderkopf 12 eingesetzt sind, daran : durch die Gewindeeingriffnähme zwischen den an den Elementen 44 und 42 ausgebildeten Gewindenverbunden. Diese Elemente 44 und 42 können jedoch auch auf andere Weise, z.B. durch Pressitz oder Eingiessen mit dem Zylinderkopf 12 verbunden werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden das Haupteinlassventil 26 und das sekundäre Einlassventil 48 durch einen gemeinsamen Kipphebel 62 betätigt und sind die Öffnungsund Schliesszeitpunkte für diese Ventile 26 und 48 im wesentlichen gleichzeitig veranschlagt. Wenn den Ventilen unabhängige Kipphebel zugeordnet werden, ist es möglich, den öffnungs- und Schliesszeitpunkt des sekundären Einlassventiles 48 relativ zum Haupteinlassventil 26 zu verändern. In diesem Fall wird der Öffnungsund Schliesszeitpunkt des sekundären Einlassventiles so bestimmt, dass eine Rückströmung der Mischung oder des Abgases in die Hauptverbrennungskammer 18 zu den sekundären Einlasspassagen 50 und 54 verhindert wird.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Innenverbrennungsbenzinmotor mit Vergaser. Die

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dem Einlasskanal 22 zuzuführende Mischung kann jedoch auch durch eine andere mischungsbildende Einrichtung, z.B. eine Treibstoffinjektionsvorrichtung, geschaffen werden. Desweiteren ist der verwendete Treibstoff nicht auf Benzin beschränkt. Vielmehr werden die gleichen Verbesserungen hinsichtlich der Verbrennung der Mischung und des TreibstoffVerbrauchs auch erzielt, wenn andere Treibstoffe, wie beispielsweise verflüssigtes Propangas (LPG), Kerosin oder Leichtöl verwendet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

17\ Innenverbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer (18) mit einem Einlassund einem Auslasskanal (22, 24), einer Haupteinlasspassage (86) zur Zufuhr eines Luft-Treibstoff-Gemisches, das durch eine mischungsbildende Einrichtung (30) gebildet wird, zum Einlasskanal, eine am Zylinderkopf (12) durch Einschrauben so befestigte Zündkerze (20), dass deren Elektrodenspalt (34) an einer bestimmten Stellung in der Verbrennungskammer zu liegen kommt, eine im Zylinderkopf nahe dem Elektrodenspalt vorgesehene Injektionskammer (56)ι einen die Verbrennungskammer und die Injektionskammer miteinander verbindenden Injektionskanal (60), der nahe dem Elektrodenspalt angeordnet ist, eine sekundäre Einlasspassage (54), die sich zur Injektionskammer öffnet, ein sekundäres Einlassventil (48) zum öffnen und Schliessen der sekundären Einlasspassage und einen Betätigungsmechanismus zum öffnen und Schliessen des sekundären Einlassventils.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mischung bildende Einrichtung ein Vergaser (30) ist.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mischung bildende Einrichtung eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ist.
4. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Einlasspassage (54) mit der

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Haupteinlasspassage (86) aufstromseitig von einem Venturiorgan (88) des Vergasers (30) verbunden ist.
5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Einlasspassage (54) mit einer Passage für sekundäre Luft verbunden ist, die zur Abgasreinigung von einer Luftpumpe zugeführt wird.
6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Einlasspassage (54) mit einer Abgaspassage verbunden ist.
7. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus ein Ventilbetätigungselement (62) enthält, das von der Drehung einer Nockenwelle (64) gesteuert ist, und ein Haupteinlassventil (26) zum Öffnen und Schliessen des Einlasskanals (22) betätigt.
8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungselement ein gemeinsamer Kipphebel (64) zum Betätigen des Haupt- und Sekundäreinlassventils (26, 48) ist, so dass der Öffnungs- und Schliesszeitpunkt der Ventile im wesentlichen gleichzeitig veranschlagt ist.
9. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektionskanal (60) so ausgerichtet ist, dass er die dadurchtretende Strömung um den Elektrodenspalt (34) leitet.
10. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektionskanal (60) so ausgerichtet

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ist, dass er die dadurchtretende Strömung längs der
Wandoberfläche der Verbrennungskammer (18) im Zylinderkopf (12) leitet.
11. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des die Verbrennungskammer

(18) bildenden Zylinderkopfs (12) eine halbkugelförmige Ausnehmung besitzt.
12. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand X zwischen dem Elektrodenspalt

(34) und dem Injektionskanal (60) auf einen Wert von 3
bis 10 mm eingestellt ist.
13. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Injektionskammer (56) auf einen Wert von etwa 2 bis 5 % des Gesamtvolumens der Verbrennungskammer (18) ausgelegt ist, wenn ein die Verbrennungskammer definierender Kolben an seiner oberen Totpunktlage steht.
14. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung durch den Injektionskanal (60) der Drehrichtung der in die Verbrennungskammer (18) vom Einlasskanal (22) eingesaugten Mischung entspricht.

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