DE2745245A1

DE2745245A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2745245A1
Application number: DE19772745245
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Shimizu; Masamichi Shinohara
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1976-10-09
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1978-04-20
Also published as: US4174686A; FR2367194A1; GB1567811A; FR2367194B1

Description

13 847 6. Oktober 1977

TOYO KOGYO CO., LTD. Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit getrennten Einlaßkanälen für den Betrieb des Motors im unteren bzw. oberen Lastbereich.

Es ist schon vorgeschlagen worden, Verbrennungsmotoren mit einem Einlaßsystem zu versehen, das für jeden Zylinder des Motors zwei Einlaßkanäle für den Betrieb des Motors im unteren bzw. oberen Lastbereich aufweist. Dabei kann der Begriff unterer Lastbereich auch den mittleren Lastbereich umfassen.

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In derartigen Motoren sind die beiden Einlaßkanäle mit einer gemeinsamen Einlaßöffnung verbunden, in der ein Einlaßventil angeordnet ist, durch welches Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum eingeleitet wird. Beim Betrieb des Motors im unteren und mittleren Lastbereich und im Leerlauf ist der Einlaßkanal für den Betrieb des Motors im oberen Lastbereich abgesperrt, so daß das für die Verbrennung benötigte Gas nur durch den einen, als Primäreinlaßkanal bezeichneten Einlaßkanal in den Brennraum gelangt. Beim Betrieb des Motors im oberen Lastbereich wird auch der als Sekundäreinlaßkanal bezeichnete, zweite Einlaßkanal geöffnet, so daß Gas durch beide Kanäle eingeleitet wird.

Da der Primäreinlaßkanal im Vergleich mit dem Sekundäreinlaßkanal nur einen kleinen Querschnitt hat, tritt das für die Verbrennung benötigte Gas, z.B. ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch, durch den Primäreinlaßkanal mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in den Brennraum ein. Dadurch wird eine gute Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffes ermöglicht. Beim Betrieb im oberen Lastbereich wird durch den Sekundäreinlaßkanal eine zusätzliche Gasmenge zugeführt, so daß die Leistung des Motors erhöht wird.

In Bezug auf die Achse des Zylinders ist der Primäreinlaßkanal gewöhnlich radial auswärts von dem Sekundäreinlaßkanal angeordnet, so daß die angesaugte Luft in dem Primäreinlaßkanal mit tangentialen Geschwindigkeitskomponenten strömt und dem Gas in dem Brennraum einen starken Drall erteilt. Die durch den Primäreinlaßkanal

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zugeführte Luft bewirkt ferner eine tangentiale Beschleunigung des durch den Sekundäreinlaßkanal zugeführten Gases, so daß auch diesem ein Drall erteilt wird. Ein Beispiel einer derartigen bekannten Anordnung ist in der japanischen Patentanmeldung Sho 46-44OO2 angegeben, die unter der Bezeichnung Sho 47-1504 offengelegt worden ist.

In den bekannten Anordnungen sind jedoch keine Maßnahmen zur Verstärkung des Dralles des Gases im Brennraum getroffen, so daß ein genügend starker Drall nicht erzeugt werden konnte. Der Drall hat aber auf die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches einen sehr starken Einfluß, und zwar führt ein starker Drall zu einer besseren Verbrennung. Insbesondere angesichts der in den letzten Jahren erlassenen, strengen Umweltschutzvorschriften hat es sich als ratsam erwiesen, mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu arbeiten, in dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis annähernd stöchiometrisch ist, und eine größere Menge der Verbrennungsgase zu dem Einlaßsystem zurückzuführen. Für den Betrieb derartiger Motoren unter stationären Bedingungen ist eine gute Verbrennung besonders wichtig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbrennungsmotors mit einem Einlaßsystem, das auch beim Betrieb des Motors im unteren Lastbereich dem Gas in dem Brennraum einen starken Drall erteilen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbrennungsmotors, dessen Einlaßsystem ge-

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trennte Einlaßkanäle besitzt, die so angeordnet sind, daß sie dem Gas in dem Brennraum einen starken Drall erteilen.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Verbrennungsmotors gelöst, der eine Zylinderanordnung mit mindestens einer Zylinderbohrung aufweist, in der ein Kolben der hin- und herbewegbar angeordnet ist,der in der Zylinderbohrung einen Brennraum begrenzt, eine in der Zylinderanordnung vorgesehene Einlaßöffnung die in den Brennraum mündet, einen ersten und einen zweiten Einlaßkanal, die voneinander getrennt sind und mit der Einlaßöffnung in Verbindung stehen, eine Einrichtung zum Schließen des zweiten Einlaßkanals mindestens während des Betriebes des Motors im unteren Lastbereich und ein Einlaßventil zum Schließen der Einlaßöffnung, wobei der Flächenmittelpunkt des Querschnitts des ersten Einlaßkanals an der Einlaßöffnung so angeordnet ist, daß eine durch diesen Flächenmittelpunkt und den Mittelpunkt der Einlaßöffnung gehende Gerade eine Projektion der Zylinderbohrung schneidet und mit einer an dem Schnittpunkt der Geraden mit der Projektion an diese angelegte Tangente einen Winkel von 50 bis 80 Grad einschließt. Diese Anordnung des ersten Einlaßkanals hat den Vorteil, daß das aus dem ersten Einlaßkanal in den Brennraum einströmende Gas eine große Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung besitzt, so daß dem Gas ein starker Drall erteilt werden kann.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung ist die

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Zylinderanordnung mit einer Zündkerze versehen, die in dem Brennraum in einem Abstand von mindestens 1/10 des Radius der Zylinderbohrung von der Geraden angeordnet ist, die durch den genannten Flächenmittelpunkt und durch den Mittelpunkt der Einlaßöffnung geht. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Anordnung der Zündkerze Fehlzündungen vermieden werden, die sonst dadurch verursacht werden können, daß der in der Drallströmung enthaltene Kraftstoff die Zündkerze benetzt.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Einlaßsystem gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III in Fig. 1,

Fig. 4 in einem Kurvenbild den Einfluß der

Anordnung des Primäreinlaßkanals auf die Stärke des Dralls

und

Fig. 5 in einem Kurvenbild den Einfluß der Anordnung der Zündkerze auf die Abgabe von Schadstoffen.

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Der in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Verbrennungsmotor besitzt eine Zylinderanordnung mit einem Zylinder C, der eine Zylinderbohrung 4a enthält und an dem ein Zylinderkopf 3 befestigt ist. In der Zylinderbohrung 4a ist ein Kolben P hin- und herbewegbar angeordnet. Der Kolben P begrenzt in der Zylinderanordnung einen Brennraum 4.

Gemäß Fig. 1 ist der Zylinderkopf 3 mit einer Einlaßöffnung 11 und einer Auslaßöffnung 13 ausgebildet. Das Einlaßsystem des Motors besitzt einen Primäreinlaßkanal 1 und einen Sekundäreinlaßkanal 2, die voneinander durch eine Trennwand 6 getrennt und mit einem Primärdrosselventil 1a bzw. einem Sekundärdrosselventil 2a versehen sind. Das Sekundärdrosselventil 2a ist normalerweise geschlossen und wird nur beim Betrieb im oberen Lastbereich geöffnet. Daher wird beim Betrieb im unteren und mittleren Lastbereich Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch nur durch den Primäreinlaßkanal 1 eingeleitet.

Der Primär- und der Sekundär-Einlaßkanal 1 und 2 sind mit der Einlaßöffnung 11 verbunden, die mit einem Einlaßventil 7 versehen ist. An der Einlaßöffnung 11 geht die Trennwand 6 in eine Trennwand 8 über, die zwei radiale Teile 8a und 8b besitzt und die Eintrittsöffnung 11 in einen Primäreinlaßteil 9 und einen Sekundäreinlaßteil 10 teilt. Gemäß Fig. 2 hat die Trennwand 8 einen Rand 8a, der zu dem Profil des Einlaßventil 7 am hinteren Teil 7a desselben komplementär ist, so daß die Teile 9 und 10 der Einlaßöffnung bei geschlossenem Ventil 7 im wesentlichen voneinander getrennt sind. Da der Primär-

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einlaßteil 9 eine verhältnismäßig kleine Fläche besitzt, kann die Luft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum selbst beim Betrieb im unteren Lastbereich mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Brennraum einströmen.

Eine durch den Mittelpunkt P der Einlaßöffnung 11 und den Flächenmittelpunkt G des Teils 9 der öffnung 11 gehende Gerade / schneidet die Projektion der Zylinderbohrung 4a bei Q. Eine Tangente t an den Punkt Q der Projektion der Zylinderbohrung 4a schließt mit der Geraden t einen Winkel X, ein. Erfindungsgemäß ist nun der Primäreinlaßteil in bezug auf den Mittelpunkt P der Einlaßöffnung 11 so angeordnet, daß der Winkel d> zwischen 50° und 80° beträgt.

Es sei angenommen, daß für die Verbrennung benötigtes Gas gleichmäßig durch den Primäreinlaßteil 9 strömt und beim Eintritt in den Brennraum 4 an der Rückseite des Einlaßventils 7 bei 7a abgelenkt wird. Man kann dann die Gerade I als Mittellinie dieses eintretenden Stromes ansehen. Der Winkel cL zwischen den Geraden L und t hat daher auf die Stärke des Dralls S im Brennraum 4 einen starken Einfluß.

In Fig. 4 ist der Einfluß des Winkels oc auf die Stärke des Dralls S dargestellt. Dabei wird die Stärke des Dralles S durch den gemessenen Drehwinkel eines im Brennraum angeordneten Flügelrades angegeben. Aus der Fig. 4 geht hervor, daß ein sehr starker Drall erzielt werden kann, wenn der Winkel 06 im Bereich von 50 bis

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80 Grad liegt. Wenn der Winkel 06 größer ist als 80°, wird ein beträchtlicher Teil der kinetischen Energie der eintretenden Luft bei deren Aufprall auf der Zylinderwand zerstreut. Wenn der Winkel X kleiner ist als 50° kann sich die eintretende Strömung ausbreiten, so daß nur ein schwächerer Drall S erzielt wird.

In dem Zylinderkopf 3 ist eine Zündkerze 12 in einem Abstand L von der Geraden I angeordnet. Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung beträgt der Abstand L mindestens 1/10 des Radius R der Zylinderbohrung 4a. Fig. 5 zeigt den Einfluß des Abstandes L auf die Abgabe von Kohlenwasserstoffen. Die Versuche wurden bei einer Motordrehzahl von 1500 U/min, einem mittleren effektiven Druck von 3 kp/cm² und einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis von 1:15 durchgeführt. Aus der Fig. 5 geht hervor, daß die Abgabe von Kohlenwasserstoffen zunimmt, wenn das Verhältnis L/R kleiner ist als 0,1. Diese Wirkung ist darauf zurückzuführen, daß in der Drallströmung enthaltener Kraftstoff die Zündkerze 12 benetzt, wenn diese zu nahe bei der Einlaßöffnung angeordnet ist. Die Abgabe von Kohlenwasserstoffen kann beträchtlich herabgesetzt werden, wenn das Verhältnis L/R über 0,1 liegt.

Beim Betrieb im oberen Lastbereich ist das Drosselventil 2a geöffnet, so daß zur Verbrennung benötigtes Gas in den Brennraum 4 zusätzlich durch den Sekundäreinlaßkanal 2 eingeleitet und daher eine gewünschte Leistung des Motors erzielt wird.

Vorstehend wurde die Erfindung an Hand eines in der

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Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, das jedoch Im Rahmen des LrfIndungsgedankens abgeändert werden kann.

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Claims

Patentansprüche

Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine Zylinderanordnung mit mindestens einer Zylinderbohrung, in der ein Kolben hin- und herbewegbar ist, der in der Zylinderbohrung einen Brennraum begrenzt, eine in der Zylinderanordnung vorgesehene Einlaßöffnung, die in den Brennraum mündet, einen ersten und einen zweiten Einlaßkanal, die voneinander getrennt sind und mit der Einlaßöffnung in Verbindung stehen, eine Einrichtung zum Schließen des zweiten Einlaßkanals mindestens während des Betriebes des Motors im unteren Lastbereich und ein Einlaßventil zum Schließen der Einlaßöffnung, wobei der Flächenmittelpunkt des Querschnitts des ersten Einlaßkanals an der Einlaßöffnung so angeordnet ist, daß eine durch diesen Flächenmittelpunkt und den Mittelpunkt der Einlaßöffnung gehende Gerade eine Projektion der Zylinderbohrung schneidet und mit einer an dem Schnittpunkt der Geraden mit der Projektion an diese angelegten Tangente einen Winkel von 50 bis 80 Grad einschließt.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Einlaßkanal an der Einlaßöffnung voneinander durch eine Wand getrennt sind, die in bezug auf die Einlaßöffnung radial angeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderanordnung mit einer Zündkerze versehen ist, die in dem Brennraum in einem Abstand von mindestens 1/10 des Radius der Zylinderbohrung von der Geraden angeordnet ist, die durch den genannten Flächenmittelpunkt und durch den Mittelpunkt der Einlaßöffnung geht.

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