DE2745381A1 - Otto-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

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Otto-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Otto-Brennkraftmaschine, bei der jedem von einem Hubkolben beaufschlagten Zylinder neben einem durch ein Auslaßventil gesteuerten Auslaßkanal ein erster durch ein erstes Einlaßventil gesteuerter Einlaßkanal zur Zuführung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches und ein zweiter durch ein zweites Einlaßventil gesteuerter Einlaßkanal zur Zuführung reiner Luft zugeordnet sind.

Brennkraftmaschinen weisen häufig in die Abgasleitung eingeschaltete Nachverbrennungseinrichtungen auf, die die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe durch thermische und/oder katalytische Nachreaktion auf ein möglichst niedriges Niveau bringen sollen. TJm diese Nachreaktion in Gang zu halten, müssen die Abgase genügend Sauerstoff enthalten. Dieser Sauerstoff kann entweder durch zusätzliche Zufuhr von Luft hinter den Brennräumen der Brennkraftmaschine (Sekundärluftzufuhr)

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oder aber dadurch zur Verfügung gestellt werden, daß das den Brennräumen zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch relativ mager gehalten ist, also genügend Luftüberschuß für eine Nachreaktion in der Nachverbrennungseinrichtung aufweist. Nun sind jedoch einer Abmagerung des den Brennräumen zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Forderung einer einwandfreien Zündung des Gemisches Grenzen gesetzt, jedenfalls so lange von einer homogenen Gemischverteilung in dem Brennraum ausgegangen wird. Wenn dagegen dafür gesorgt wird, daß die Brennraumladung inhomogen ist in dem Sinne, daß insbesondere in der Nähe der Zündkerze sich immer ein ausreichend zündfähiges Gemisch befindet, dagegen in den übrigen Bereichen mehr oder weniger kraftstoffarme Gemischzonal vorhanden sind,dannkann durchaus ohne Beeinträchtigung der Zündung und Verbrennung eine erhebliche Abmagerung der Gesamtzylinderladung vorgenommen werden. Sie kraftstoff armen Gemischzonen werden dann nämlich nach Zündung der kraftstoffreichen Gemischzone in der Nähe der Zündkerze durch die von dort ausgehende Zündflamme gezündet.

Um nun in den Brennräumen einer Brennkraftmaschine eine solche örtlich unterschiedliche Gemischkonzentration zu erreichen, sind verschiedene Möglichkeiten, die unter dem Begriff "Schichtladung" zusammengefaßt sind, bekannt. So ist zum Beispiel auch eine Brennkraftmaschinen-Ausführung bekannt, bei der neben einem ersten Einlaßkanal zur Zuführung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches auch noch ein zweiter Einlaßkanal zur Zuführung reiner Luft vorgesehen ist (US-PS 5 518 292). Dort sind Jedoch die beiden Einlaßventile im Zylinderkopf nebeneinanderliegend angeordnet, so daß die Gefahr der allzu innigen Vermischung der beiden Gasströme und damit die Gefahr von Zündaussetzern bei allzu magere? Gemischkonzentration besteht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Otto-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weiter zu bilden und zu verbessern und dabei dafür zu sorgen, daß sich in den Brennräumen der Brennkraftmaschine eine günstige Gemisch-

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schichtung mit relativ kraftstoffreichen Zonen in der Nähe der Zündkerze und entsprechend abgemagerten beziehungsweise aus reiner Luft bestehenden Zonen in dem übrigen Brennraum einstellt. Dies soll insbesondere dazu dienen, genügend Sauerstoffüberschuß zum Betrieb einer nachgeschalteten Nachverbrennungseinrichtung zur Verfügung zu haben.

Die Lösung dieser Aufgabe sieht gemäß der Erfindung vor, daß der zweite Einlaßkanal in dem während eines Kolbenhubs von dem Kolben überstrichenen Bereich der Zylinderwand angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird zum einen erreicht, daß die Zufuhr der reinen Luft verhältnismäßig weit von der Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches entfernt ist, so daß die Möglichkeit zur innigen Vermischung der beiden Ströme eingeschränkt ist. Die Anordnung des zweiten Einlaßkanals in dem von dem Kolben des Zylinders überstrichenen Bereich der Zylinderlaufbahn bringt noch einen weiteren Vorteil dadurch, daß dieses zweite Einlaßventil weitgehend von den in dem Brennraum entstehenden hohen Drücken entlastet wird, so daß seine Anforderungen an die Dichtigkeit relativ niedrig sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung soll in dem zweiten Einlaßkanal eine die Luftzuführung steuernde Drosselklappe angeordnet sein, die mit einer in den ersten Einlaßkanal angeordneten Hauptdrosselklappe über einen Betätigungsmechanismus zur gemeinsamen Betätigung verbinden ist. Dabei kann in dem Betätigungsmechanismus zweckmäßigerweise ein Nockentrieb eingeschaltet sein, durch den eine beliebige Steuerung der Luftdrosselklappe in Abhängigkeit von der Stellung der Hauptdrosselklappe vorgenommen werden kann.

Schließlich kann in dem zweiten Einlaßkanal noch eine im wesentlichen nur im Vollastzustand zuschaltbare Kraftstoffzuführeinrichtung vorgesehen sein, die durch zusätzliche Kraftstoffzufuhr eine Mehrleistung in der Brennkraftmaschine bewirkt, wobei

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dann allerdings auf den Luftüberschuß für eine Nachreaktion in der Nachverbrennungseinrichtung verzichtet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, die einen schematischen Längsschnitt durch einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zeigt, dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 eine beispielsweise als Antrieb eines Kraftfahrzeugs. ausgebildete mehrzylindrige Brennkraftmaschine bezeichnet, von der in der Zeichnung nur ein Zylinder angedeutet ist. In diesen Zylinder 2 gleitet ein Hubkolben 3» so daß sich zwischen diesem und einem Zylinderkopf 4 ein Raum veränderlichen Volumens ergibt. Der Zylinderkopf 4 weist einen ersten durch ein Einlaßventil 6 gesteuerten Einlaßkanal 5 auf, in dem vor einer Hauptdrosselklappe 8 ein Vergaser 7 zur Zufuhr von Kraftstoff in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Hauptdrosselklappe 8 wird in bekannter Weise von dem Fahrzeugführer willkürlich, nämlich durch Niedertreten eines Fußpedals, betätigt, wodurch die Menge des dem Zylinder zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches gesteuert wird.

Ein zweiter Einlaßkanal, der mit 9 bezeichnet ist, mündet in einen Bereich der Seitenwand des Zylinders 2 ein, der während des Kolbenhubs von dem Kolben 3» und zwar bis zu 120 Kurbelwinkel vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens, überstrichen wird. In diesen zweiten Einlaßkanal 9» der zur Zuführung von reiner Luft in den Zylinder 1 ausgebildet ist und der durch ein zweites Einlaßventil 10 gesteuert wird, ist eine Luftdrosselklappe vorgesehen, die mit der in dem ersten Einlaßkanal 5 angeordneten Hauptdrosselklappe 8 über einen Betätigungsmechanismus 12 verbunden ist. Dieser Betätigungsmechanismus 12 weist in dem hier gezeigten Beispiel auch einen Nockentrieb 13 auf, über den eine beliebige Steuerung der Luftdrosselklappe 11 in Abhängigkeit von der Stellung der Hauptdrosselklappe 8 erreichbar ist. Mit

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ist noch eine Kraftstoffzuführeinrichtung, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung angedeutet, die zur Anhebung der Leistung der Brennkraftmaschine vor allem im Vollastzustand zusätzlichen Kraftstoff abzugeben in der Lage ist.

Mit 15 ist ein im Zylinderkopf 4 angeordneter Auslaßkanal bezeichnet, der durch ein Auslaßventil 16 gesteuert wird und der zu einer Nachverbrennungseinrichtung I7 führt, die eine katalytische und/oder thermische Nachreaktion der aus dem Zylinder der Brennkraftmaschine ausgeschobenen Abgase bewirkt.

Der notwendige Sauerstoff zur Durchführung dieser Nachreaktion in der Nachverbrennungseinrichtung 17 wird hier nicht durch eine besondere Luftzufuhr hinter der Brennkraftmaschine sondern durch einen entsprechenden Luftüberschuß des den Brennräumen in der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches bereitgestellte Dieser Luftüberschuß wird hier durch-.e.ir>e smsätzli.« ehe Zufuhr von Luft über den zweiten Einlaßkanal 9 erreicht, der relativ weit von dem ersten Gemischeinlaßkanal 5 angeordnet ist, so daß eine Vermischung der beiden Ströme nicht direkt erfolgen kann. Dabei könnte auch daran gedacht werden, den zweiten Einlaßkanal tangential in die Wand des Zylinders 2 einmünden zu lassen, so daß die einströmende Luft eine Drehbewegung am Außenrand des zylindrischen Brennraums ausführt. Während des Aufwärtshubs des Kolbens wird zudem dieser zweite Einlaßkanal von einer bestimmten Kurbelwellenstellung an von dem Kolben abgedeckt J. so daß der über dem Kolben anstehende Druck des Brennraums und insbesondere der bei der Verbrennung entstehende hohe Verbrennungsdruck nicht auf dem relativ kleinen zweiten Einlaßventil 10 lastet. Daher kann dieses zweite Einlaßveitil 10 relativ einfach ohne allzu große Genauigkeitsanforderungen gefertigt werden. Im oberen Totpunkt des Kolbens, in dessen Nähe auch der Zündzeitpunkt zur Zündung des Gemisches durch die in dem Zylinderkopf 4 gehaltene Zündkerze 8 liegt, soll in der Nähe der Kerze ein genügend kraftstoffreiches Gemisch vorhanden sein, damit eine einwandfreie

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Zündung erfolgen kann. In den übrigen Zonen des Brennraums ist das Gemisch dagegen abgemagert und kann sogar wenigstens teilweise aus reiner Luft bestehen. Die Gesamtluftzahl der Brennraumladung soll dabei so hoch liegen, daß ein genügend großer Luftüberschuß zur Durchführung der Nachreaktion in der Nachverbrennungseinrichtung 17 vorhanden ist.

Die Steuerung der Ventile 6, 10 und 16 kann in herkömmlicher Weise durch eine Nockenwelle erfolgen, wobei das zweite Einlaßventil 10 zweckmäßigerweise nur so lange offengehalten wird, wie auch der Kolben 3 den Einlaßkanal 9 freigibt.

Bei der von der Erfindung vorgeschlagenen Brennkraftmaschine hat man es weitgehend in der Hand, durch entsprechende Bemessung der über den zweiten Einlaßkanal zugeführten Luft sowie der Luftzahl des über den ersten Einlaßkanal 5 zugeführten Gemisches eine gewünschte Ge samt luft zahl einzustellen« Dabei :kann .eine solche Gesamt luft zahl durchaus auf verschiedene Arten erreicht werden, indem beispielsweise entweder eine relativ große Zusatzluftmenge und ein relativ fettes Gemisch oder aber eine relativ kleine Luftmenge mit einem relativ mageren Gemisch zugeführt werden. Bei Tollast kann gegebenenfalls auch auf die Abgasreinigung verzichtet werden und durch zusätzliche Kraftstoffzufuhr über die Kraftstoff zuführeinrichtung 14 auch über den zweiten Einlaßkanal ein Gemisch angesaugt werden, was zu einer Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine führt.

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Claims (3)

VOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg Unsere Zeichen: K 24I7 1?02pt-we-jä ANSPRÜCHE

1.) Otto-Brennkraftmaschine, bei der jedem von einem Hubkolben beaufschlagten Zylinder neben einem durch ein Auslaßventil gesteuerten Auslaßkanal ein erster durch ein erstes Einlaßventil gesteuerter Einlaßkanal zur Zuführung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches und ein zweiter durch ein zweites Einlaßventil gesteuerter Einlaßkanal zur Zuführung reiner Luft zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaßkanal (9) in dem während eines Kolbenhubs von dem Kolben (3) überstrichenen Bereich der Zylinderwand (2) angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Einlaßkanal (9) eine die Luftzuführung steuernde Drosselklappe (11) angeordnet ist, die mit einer in dem ersten Einlaßkanal (5) angeordneten Hauptdrosselklappe (θ) über einai Betätigungsmechanismus(12) zur gemeinsamen Betätigung verbunden ist.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Betätigungsmechanismus (12) ein Nockentrieb (13) eingeschaltet ist.

4· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Einlaßkanal (9) eine im wesentlichen nur im Vollastzustand zuschaltbare Kraftstoffzuführeinrichtung (14) vorgesehen ist.

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