DE2815701A1

DE2815701A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2815701A1
Application number: DE19782815701
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Fricker
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1978-04-12
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1979-10-25

Description

@remdgezündete Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Vorwärmung der Verbrennungsluft bzw. des I.uftkra ftstoffgemisches durch Abwärme der Brennkraftmaschine, mit getrennter Dosierung der Luft und/oder Kraftstoffmenge für den unteren Teilastbereich zum einen und den oberen lastbereich zum anderen (Regiesterbetrieb), wobei für die Luft bzw.
das Gemisch des unteren Teillastbereiches ein Zufuhrkanal unA für die Luft bzw. das Gemisch des oberen 1 asibereiches ein davon getrennter Zufuhrkanal vorgesehen ist.
pa coli dem Anfahren und bei kurzen Fahrstrecken, insbesondere im Stadtverkehr, wird eine Brennkraftmaschine auf einen relativ hohen Anteil der Strecke unterhalb der vorgeschriebenen Betreibstemperatur gefahren.
Diese haltlaufphase wirkt sich jedoch entscheidend ungünstig aur die Verbrauchs- und Abgaswerte -aus.
s sind fremdgezündete Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen eine thermostat- bzw. unterdruckgeregelte klappe am Luftfiltereintritt die Ansaugluft durch Abgaswärme vorwärmt (Luftvorwärmung).
Es ist des weiteren ein mit Abgaswärme beaufschlagter sog. "Hotspot" bekannt, welcher die bzw. das durch eine Klappe geregelte Luft bzw. Gemisch an einer Strömungsmulenkung aufwärmt (Gemischvorwärmung).
Darüber hinaus ist ein Registervergaser mit zwei Drosselklappen und sich daran anschließenden kurzen Kanälen, die sich zu einem gemeinsamen Kanal vereinigen, bekannt, wobei der größere für den oberen Lastbereich und der kleinere, stärker abgasbeheizte für den Teillastbereich vorgesehen ist.
5 ist auch noch ein 3-Re,ister-System (Schichtlademotor) bekannt, bei dem eine über den gesamten Ansaugeweg abgasbeheizte, kleine, fette Gemischmenge huber ein zweites Einlaßventil in eine Vorkammer gelangt.
Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung der Luf't-bzw. Gemischaufbereitung und deren VerteiLung in der Warmlaufphase, um die Wirtschaftlichkeit und die Abgaswerte der Brennkraftmaschine in diesem Bereich günstiger zu gestalten Diese Aufgabe wird dadurch ge1öst, daß die Kanaltrennung im Zufuhrkanal bis in den unmittelbaren Einlaß der Luft bzw. des Gemisches in den Brennraum aufrechterhaltet1 ist.
13er kleinere kanal für den Teillastbereich kann iiber eine längere Strecke mit einer gemeinsam verlaufenden Wand zum Abgaskanal geführt werden. Durch die begrenzte, kleinere Innenoberfläche des kanals erfolgt nicht nur eine bessere Aufheizung der Luft bzw. des Gemisches, sondern das angesaugte Gas gelangt mit einem höheren Wärmewert in den Zylinder, wodurch die Wandbenetzung bzw. die Kraftstoff-Kondensatbildung an den mit diesem in Berührung kommenden Wandungen verkleinert wird.
br den im Querschnitt größeren Kanal wird bei Vollast die erforderliche Luft- bzw. Gemischmenge ohne besondere Aufheizung angesaugt und trifft unmittelbar am Einlai3ventil mit dem wärmeren Gasbestandteil aus dem im Querschnitt kleineren Kanal zusammen.
Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einem zu jeden der Brennräume der Brennkraftmaschine führenden verzweigten Leistungesystem für Verbrennungsluft bzw.
Gemisch, kann die Kanal trennung auch in den sich verzweigenden Einzelleitungen des Leitungssystems aufrechterhalten werden.
Ferner kann bei einer Brennkraftmaschine mit einem die i.adungswechselventile enthaltenden Zylinderkopf die Kanaltrennung auch bis in die im Zylinderkopf enthaltenen Kanäle für Luft bzw. Gemisch aufrechterhalten sein.
Außerdem kann bei einer Brennkraftmaschine mit einem Einlaßventil fir luft bzw. Gemisch je Brennraum die Kanaltrennung bis unmittelbar vor das Einlaßventil aufrechterhalten sein.
Durch Verlagerung der sich verzweigendne Einzelleitungen bis in den unmittelbaren Einlaß des Gemisches bzw.
der Luft in den Brennraum kann eine Ab lenkung des einströmmenden Mediums zur Zylindermitte hin erreicht werden, so daß eine sich nachteilig auqwirkende Eandbenetzung weitgehendst vermieden lwird.
Darüber hinaus können je Brennraum der Brennkraftmaschine zwei Einlaßventile angeordnet sein, von denen je eines für einen der beiden getrennten Kanäle vorgesehen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Querschnitt des Kanales für die Luft bzw. das Gemisch des unteren Teillastbereiches (Teillastkanal) geringer sein als der Querschnitt des Kanals fiir die Luft bzw.
das Gemisch des oberen lastbereiches (Vollastkanal).
Kerner kann die Innenoberfläche des Teillastkanales geringer sein als die des Vollastkanales I)adurch werden bei feil isst höhere Gas-Geschwindigkeiten im Ventilspalt und somit eine bessere Gemischaufbereitung in der Kaltlaufphase erzielt, so daß eine optima le Drehmoment-Anpassung bei niederen Drehzahlen erreichbar ist.
Bei einer Brennkraftmaschine mit an derselben Seite des Zylinderkopfes ausmündenden Kanälen sowohl für die Zufuhr von Luft bzw. Gemisch als auch für die Abfuhr von Abgas (Gegenstromprinzip) können innerhalb des Zylinderkopfos die zwei Kanäle, nämlich Abgas kanal und teillastkanal je Brennraum derart im Zylinderkopf angeordnet werden, daß der Teillastkanal unmittelbar an den Abgaskanal angrenzt.
Dadurch ist eine intensive Wärmeabgabe an den Teillastkanal gegeben.
Darüber hinaus kann der Teillastkanal innerhalb des Zylinderkopfes si ausgebildet werden, daß die Oberseite des Kanales möglichst nah an der Zylinderkopf-Deckelplatte zum Durchtritt eines Eispritzventiles entlanggeführt ist.
Bei Brennkraftmaschinen für Vergaser-oder Einspritzbetrieb kann schließlich der Teillastkanal stets über den Hotspot gefiilirt sein.
Die Leerlauf- und die Zusatzluft bzw. das Leerlauf- und Warmlaufzusatzgemisch ftlr den Warmlauf wird in jedem Fall im Zylinderkopf über den Taillastkanal zugeführt.
Aus konstruktiven Gründen wird bei Vergasermotoren der Teil]astkanal unten angeordnet. Dei Einspritzmotoren liingegen m der ISotspot so konstruiert werden, dan dieser nur den Teillastkanal erhitzt. Unter dem Hotspot kann im Abgasstrom in an sich bekannter Weise eine Steuerklappe vorgesehen sein, mit der bei höheren Lastzuständen die Abgaswärne zum Teil abgesteuert werden kann.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf und Zufuhrkanal einer Prennkraftmaschine Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zufuhr- und Abgaskanal Fig. 3 einen Querschnitt nach Fig. 2 in anderer Ausführung Fig. 4 einen Schnitt durch Zylinderkopf in Draufsicht (Gegenstromprinzip) und Fig. 5 einen Schnitt nach Fig. 4 in anderer Ausführung (Gleichstromprinzip).
Die in der Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine besteht aus einer Zylinderblock 1 mit einem aufgesetzten Zylinderkopf 2 und einem Zufuhrkanal 3.
Von einem nichtgezeichneten Regiestervergaser mit einem Klappenstutzen 4, welcher mit einer kleineren Klappe 5 für den Teillastbetrieb und einer größeren klappe 6 für den Vollastbetrieb versehen ist, gelangt die ausgesaugte Luft bzw. das Gemisch durch sich verzweigende Finzelleitungen 7, die für sich getrennt zu den einzelnen Brennräumen 8 der Brennkraftmaschine führen, wobei die Dinzelleitungen 7 durch je eine sich bis in den Zylinderkopf 2 hinein erstreckende Trennwand g in einen kleineren Kanal 10 (Teillastkanal) für den Teillsstbetrieb und einen größeren Kanal 11 (Vollastkanal) für den Vollastbetrieb unterteilt sind.
Der kleinere Kanal 10 wird mit gemeinsamer, seitlicher Wand 9 zum Abgaskanal 12 geführt und durch einen sog.
Hotspot 13, der vorzugsweise an einer Biegung 14 im Zufuhrkanal 3 angeordnet ist, abgasbeheizt. Die Trennung der Kanäle 10 und 11 wird bis vor das Einlaventil 15 aufrechterhalten, wobei die Mündung 16 des Kanals 10 unmittelbar vor dem einlaß in den Brennraum 8 liegt.
nurch eine Verlagerung der Mündang 16 zur Zylindermitte 17 hin kaim eine Ablenkung der Luft bzw. des Gemisches in Richtung zur Brennraum-Mitte erreicht werden wodurch sich die Gefahr einer Wandbenetzung im Zylinder verringert.
Durch die kleinere und dadurch schneller beheizbare Oberfläche des Kanals 10 kann auch bei kaltem Motor kaum eine Kondensatbildung im System der Sinzelleitungen 7 eintreten.
Über die größere Klappe 6 wird bei höherer Teillast und Vollast die erforderliche Gemisch- bzw. Luftmenge zusätzlich zugeführt. Dieses trifft an der Mündung 16 kurz vor dem Einlaßventil 15 mit dem wärmeren Gasteil aus dem Kanal 10 zusammen. Dies bewirkt eine intensivere, günstigere Gemischaufbereitung.
Bei einem Einspritzmotor können die Einspritzdiisen in den Kanal 10 im Zylinderkopf 2 einmünden und dort, kurz vor dem Einlaßventil 15, die gesamte Xraftstoffmenge einspritzen. Hierbei wird die Leerlauf- und die Zusatzluft für den Warmlauf durch den Teillastkanal 10 geführt.
Die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung des Zufuhrkanals 3 eignet sich für Vergaserbrennkraftmaschinen, während die Anordnung nach Fig. 3 besser für Einspritz-Brennkraftmaschinen geeignet ist, da die Einspritzdüsen von oben in den Kanal 10 montierbar bleiben.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 läßt sich eine exzentrische Anströmung des Ejalaßventils 15 besser verwirklichen.
nie anordnung nach Fig. 4 zeigt eine Brennkraftmaschine mit jeweils zwei Einalß- und Auslaßventilen 15 und 18, wobei die kanäle 10, 11 und 12 nach dem Gegenstromprinzip angeordnet sind untl eine gemeinsame Trennwand 9 aufweisen. Das Einlaßventil für den Kanal 10 kann hierbei im Öffnungsdurchmesser klei ncr ausgeführt sein.
Die Zündkerze 19 ist mittig zwischen den Ventilen 15, 18 angeordnet.
Die in Fig. 5 dargestellte nach dem Gleichstrom- oder Querstromprinzip arbeitende Anordnung besitzt hingegen auf der einen Seite die Einlaßventile 15 für die Kanäle 10 und 11 und auf der anderen Seite den Abgaskanal 12 für die Auslaßventile 18.
Zur Aufheizung wird in diesem Falle der Hotspot 13 mit Kühlwasser oder mit Abgas, von der anderen Hotorseite hergeleitet, erhitzt. Dieses Konzept erlaubt durch bessere Gaskanalführung höhere spezifische Motorleistungswerte. Der geteilte Zufuhrkanal 3 ist im Gebiet niederer Drehzahlen für das Drehmoment von Vorteil.

Claims

Ansprüche 1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Vorwärmung der Verbrennungsluft bzw. des Luftkraftstoffgemisches durch Abwärme der Brennkr'aftmaschine, mit getrennter Dosierung der Luft und/oder Kraftstoffmenge für den unteren Teil lastbereich zum einen und den oberen Lastbereich zum anderen (Registerbetrieb), wobei für die Luft bzw das Gemisch des unteren Teillastbereiche ein Zufuhrkanal und für die Luft b?w. das Gemische des oberen Lastbereiches ein davon getrennter Zufuhrkanal vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , die Kanal trennung im Zufuhrkanal (@) bis in den unmittelbaren Ein laß der Luft bzw. des Gemisches in den Brennraum (8) aufrecht erhalten ist.

2. Mehrzylindrige T3rennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit einem zu jedem der Brennräume der Brennkraftmaschine führenden verzweigtn Leitungssystem für Verbrennungsluft bzw. Gemisch, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanaltrennung auch in den sich verzwei.renden Einzelleitungen (7) des Leitungssysterns aufrechterhalten sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit einem die Ladungswechselventile enthaltenden Zylinderkopf, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , die Kanaltrennung auch bis in die im Zylinderkopf (2) enthaltenen Kanäle (10, ii) ffir Luft bzw. Gemisch aufrechterhalten ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Anspriiche 1 -mit einem Einlaßventil für Luft bzw. Gemisch je Brennraum der Brennkraftma schine d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daiS die haniltrennung bis unmittelbar vor das Einlaßventil (15) aufrechterhalten ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 3 da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß je Brennraum (8) der brennkraftmaschine zwei Einlaßventile (15) angeordnet sind, von denen je eines für einen der beiden getrennten kanäle (10, 11) vorgesehen ist.

6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 - 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Querschnitt des Kanales für die Luft bzw. dis Gemisch des unteren Talllastboreiches (teillastkanal 10) geringer ist als der Querschnitt des Kanales fiir die Luft bzw. das Gemisch des oberen Lastbereiches (Vollastkanal 11).

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dall die Innenoberfläche des Teillastkanales (10) geringer ist als die des Vollastkanales (11).

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 7, mit an derselben Seite des Zylinderkopfes ausmiindenden Kanälen sowohl für die 7- 'uhr von Luft bzw. Gemisch als auch für die Abfuhr von Abgas (Gegenstromprinzip), d R d u r c h gekennzeichnet, daß innerhalb des Zylinderkopfes (2) die zwei Kanäle, nämlich Abgaskanal (12) und Teillastkanal (10) je Brennraum (8) derart im Zylinderkopf (2) angeordnet sind, daß dor Teillastkanal (10) unmittelbar an den Abgaskanal (12) angrenzt.

9. Brennkraftmaschine nach den Ansprticlien 1 -d a d u r c h g e k o n n z e i c h n e t, daß der Teillastkanal (10) innerhalb des Zylinderkopfes (2) so ausgebildet ist, daß die Oberseite des Kanales (10) möglichst nah an der Zylinderkopf-Deckelplatte zum Durelitritt eines Einspritzventiles entlanggeführt ist.

10. Brennkraftmaschine für Vergaser- oder Einspritzbetrieb nach den Ansprüchen 1 -d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teillastkanal (10) stets über den ITotspot (13) geührt ist.