DE2830274A1 - Gemischverdichtende, fremdgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

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Unsere Zeichen: K 2487
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Gemischvex'dichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem in einem Hauptzylinder gleitenden, mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolben, der gegenüber einem Zylinderkopf einen Hauptarbeitsraum einschließt, in den wenigstens ein Einlaß- und ein Auslaßventil einmünden, und mit einem in einem in dem Zylinderkopf angeordneten Hilfszylinder gleitenden Hilfskolben, der einen mit dem Hauptarbeitsraum in Verbindung stehenden Nebenarbeitsraum einschließt, in den eine Zündkerze und eine Kraftstoffzuführeinrichtung einmünden.

Bekanntlich müssen gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen (Otto-Motoren) im Teillastbetrieb eine Drosselung der angesaugten Luft,beziehungsweise des angesaugten

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Vorslliondor Vorstand: Toni ScnmUckor, Vorsii/ondor · Herst Rarksmann · Prol. Dr. tecnn. Ernst FIaIa · Or. )ur. Peter Frort

dos Aulsirtilsrals: . cUntor Harlwicli · Hnisl Munrnor Ur. rnr. pol Wurnnr P. Schmidt Gotlllub M. Slrobl · Prol. Dr. ror. pol. Frledrldi ThOmee

Hans üHiibeiim Sitz dor Gesollschalt: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB

Luft-Kraftstoff-Gemischs, erfahren, damit dessen Luftzahl λ, nicht über die zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Betriebs vorgegebene Zündkerze von etwa 1,3 hinausgeht. Diese Drosselung ist aber der Grund dafür, daß im Teillastbetrieb der thermische Wirkungsgrad von Otto-Motoren abfällt, beziehungsweise der spezifische Kraftstoffverbrauch stark ansteigt, so daß letzterer wesentlich höher ist als bei den mit ungedrosselter Luftansaugung betriebenen Dieselmotoren.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Bauart zu schaffen, bei der der thermische Wirkungsgrad bei Teillast durch weitgehenden Verzicht auf Drosselung der angesaugten Zylinderladung verbessert und damit der spezifische Kraftstoffverbrauch verringert v/erden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Hilfskolben mit der Kurbelwelle verbunden ist und gegenüber dem Hauptkolben gegenläufig und um einige Grad Kurbelwinkel voreilend angetrieben ist.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß auch bei Otto-Motoren auf eine Drosselung der angesaugten Ladung bei Teillast ohne Verschlechterung des Verbrennungsvorgangs verzichtet werden kann, wenn nur dafür gesorgt wird, daß im Moment der Zündung ein genügend kraftstoffreiches Gemisch in der Nähe der Zündkerze vorliegt und die entstandene Zündflamme genügend Zeit hat, alle brennbaren Bestandteile zu erreichen und zu entzünden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind diese VorausSetzungen dadurch erfüllt, daß das zumindest bei Teillast nur dem Ifebenarbeitsraum zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch infolge der im wesentlichen synchronen Bewegungen von Haupt- und Hilfskolben bis zur Zündung in dem Nebenarbeitsraum bleibt. Gegebenenfalls kann dieser Effekt durch Vorsehen einer Einschnürung zwischen dem Haupt- und Hilfszylinder noch unterstützt werden. Auch nach der Zündung, die etwa kurz vor Erreichen

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des oberen Totpunktes des Hauptkolbens stattfindet, wird das Gemisch in dem Habenarbeitsraum zurückgehalten, da der Hilfskolben gegenüber dem Hauptkolben etwas voreilt und dadurch der Neb'enarbeitsraum bereits sein Volumen wieder vergrößert, während die Ladung des Hauptarbeitsraums noch komprimiert wird. Das brennende Gemisch tritt damit erst dann in den Hauptarbeitsraum über, wenn es genügend durchgebrannt ist, und kann somit nicht mehr bei der'während des Übertritts stattfindenden Verwirbelung mit der relativ kalten Luft im Hauptarbeitsraum verlöschen. Infolge dieses verbesserten Verbrennungsvorgangs müssen sich auch bessere Abgaswerte, das heißt geringere Schadstoffmengen im Abgas, einstellen.

Es sind zwar schon Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Bauart bekannt geworden, bei denen jedoch der in dem HiIfszylinder gleitende Hilfskolben im allgemeinen dazu herangezogen wurde, das durch die Drosselung der angesaugten Zylinderladung bei Teillast verringerte Verdichtungsverhältnis durch Veränderung der Kolbenstellung über den gesamten Betriebsbereich des Motors in etwa konstant zu halten. Der Hilfskolben trägt dabei aber nicht zur Arbeitsleistung des Motors bei und es ergibt sich auch nicht der zuvor geschilderte Verbrennungsverlauf.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß die Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine im wesentlichen den gesamten Kraftstoff zuführende Kraftstoffeinspritzeinrichtung gebildet ist, die zweckraäßigerweise zur Einspritzung des Kraftstoffes unmittelbar nach dem Schließen des Auslaßventils ausgebildet ist. Damit steht eine ausreichend lange Zeit zur Aufbereitung des in den Nebenbrennraum eingespritzten Kraftstoffes zur Verfügung. Da der dem Zylinder zugeführte Kraftstoff im wesentlichen in den Bebenarbeitsraum eingebracht wird, kann dem Hauptarbeitsraum über das Einlaßventil im wesentlichen reine Luft zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise bei Vollast oder bei vollastnahen Betriebsbereichen, über dieses Einlaßventil ein

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in einem vorgeschalteten Gemischbildner gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisch zuzuführen.

Ein solcher, beispielsweise durch einen Vergaser oder eine Saugrohreinspritzeinrichtung gebildeter Gemischbildner könnte auch zur Einbringung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Nebenarbeitsraum herangezogen v/erden. Dazu müßte dann ein durch ein Hilfseinlaßventil oder durch einen Ringschieber gesteuerter, in den Hilfszylinder einmündender Gemischeinlaßkanal vorgesehen sein.

Für die Regelung in der Brennkraftmaschine kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Kolbenhub des Hilfskolbens veränderlich ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellungsweise gezeigt, das im folgenden näher beschrieben wird. In der Zeichnung, die einen schematischen Längsschnitt durch einen Zylinder einer mehrzylindrigen, gemischverdicbhtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine darstellt, ist mit ein Hauptzylinder bezeichnet, in de;a ein Hauptkolben 2 in bekannter V/eise auf- und abgleitet. Zwischen dem Hauptkolben 2 und einem Zylinderkopf 5 wird ein Hauptarbeitsraum 4 veränderlichen Volumens gebildet, in den wenigstens ein, durch ein Einlaßventil 6 gesteuerter Einlaßkanal und wenigstens ein durch ein Auslaßventil 8 gesteuerter Auslaßkanal 7 einmünden. Je nach den vorhandenen Platzmöglichkeiten können aber auch zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile vorgesehen sein, um so eine bessere Füllung des Hauptarbeitsraums zu erreichen.

Mit 9 ist ein in dem Zylinderkopf 3 ausgebildeter Hilfszylinder angedeutet, in dem ein Hilfskolben 10 gleitet, der einen gegebenenfalls über eine düsenförmige Einschnürung 12 mit dem Hauptarbeitsraum 4 verbundenen Nebenarbeitsraum 11 begrenzt. In den Nebenarbeitsraum 11 münden eine Einspritzdüse 13 zur Zuführung von Kraftstoff sowie eine hier nicht gezeigte Zündkerze zur Zündung des in dem Nebenarbeitsraum gebildeten Gemisches ein.

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Wie in der Zeichnung weiter angedeutet ist, ist der Hauptkolben 2 über ein Pleuel 14 mit einer Kröpfung 16a der Kurbelwelle 15 und der Hilfskolben 10 über ein Gestänge 17» 18 mit einer Kröpfung 16b der Kurbelwelle 15 verbunden. Dabei sind die Kröpfungen 16a und 16b so ausgebildet, daß der Hilfskolben 10 gegenüber dem Hauptkolben 2 gegenläufig und um einige wenige Grad Kurbelwinkel, beispielsweise etwa-30 KW, oder noch weniger, voreilend angetrieben wird.

In der Zeichnung ist der Motor in einer dem Ansaugtakt entsprechenden Stellung gezeichnet, bei der der Hauptkolben 2 sich nach unten und der Hilfskolben 10 sich nach oben bewegt, wobei das Einlaßventil 6 geöffnet ist. Die Einspritzdüse 13 kann dabei bereits die dem jeweiligen Betriebszustand des Motors entsprechende Kraftstoffmenge in den Kebenarbeitsraum 11 einspritzen. Durch den Einlaßkanal 5 wird im wesentlichen reine Luft in den Hauptarbeitsraum 4 eingebracht, jedenfalls so lange nicht Vollast oder ein vollastnaher Betriebspunkt vorliegt. Nach dem Schließen des Einlaßventils 6 erfolgt der Kompressionstakt und kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes des Hauptkolbens 2 die Zündung mittels der in dem Nebenarbeitsraum angeordneten, hier nicht dargestellten Zündkerze. Da jedoch der Hilfskolben 10 schon vor dem Hauptkolben 2 seine Totpunktlage erreicht hat, befindet sich dieser dann bereits wieder auf seinem Rückweg und vergrößert dabei das Volumen des Nebenarbeitsraums 11. Infolge der düsenförmigen Einschnürung 12 zwischen dem Nebenarbeitsraum 11 und dem Hauptarbeitsraum 4 sowie wegen des zuvor geschilderten Bewegungsablaufs der beiden gegenläufig aber im wesentlichen synchron bewegten Kolben ergibt sich nun, daß das in dem Nebenarbeitsraum zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch während des Kompressionstaktes und auch noch einige Zeit nach der Zündung in den Nebenarbeitsraum verbleibt, dort gut aufbereitet, gezündet und verbrannt wird. Der Nebenarbeitsraum 11 ist dabei so groß bemessen, daß auch bei Teillast in dem Nebenarbeitsraum 11 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer Luftzahl von Λ.- Λ entsteht, so daß dort eine sichere Zündung möglich ist. Nach der Zündung und Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer tritt dann eine Zündflamme durch

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die düsenförmige Verengung 12 in den Hauptarbeitsraum über zur
Restverbrennung der dort vorhandenen Ladung.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennkraftmaschine kann diese im wesentlichen ohne Drosselung der angesaugten Verbrennungsluft und damit mit relativ niedrigen Kraftstoffverbräuchen sowie geringen Schadstoffwerten im Abgas arbeiten.

Anstelle der Einspritzdüse 1j5 kann auch ein von einem Hilfseinlaßventil gesteuerter Hilfseinlaßkanal zur Zuführung eines in einem Vergaser oder einer Eiederdruckeinspritzvorrichtung aufbereiteten, relativ fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen sein. Um genügend-Platz für einen solchen zusätzlichen Gemischkanal zu schaffen, könnte der Hilfszylinder auch etwas schräg zur Vertikalen und/oder gegenüber der Hauptzylinderachse seitlich versetzt angeordnet sein.

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Claims (6)

1oGemischyerdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem in einem Hauptzylinder gleitenden, mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolben, der gegenüber einem Zylinderkopf einen Hauptarbeitsraum einschließt, in den wenigstens ein Einlaß- und ein Auslaßventil einmündet, und mit einem in einem in dem Zylinderkopf angeordneten Hilfszylinder gleitenden Hilfskolben, der einen mit dem Hauptarbeitsraum in Verbindung stehenden Hebenarbeitsraum einschließt, in den j

eine Zündkerze und eine Kraftstoffzuführeinrichtung ein- '

münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (1O) ■

mit der Kurbelwelle (15) verbunden ist und gegenüber dem !

Hauptkolben (2) gegenläufig und um einige Grad Kurbelwinkel voreilend angetrieben ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine im wesentlichen den gesamten Kraftstoff zuführende Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) gebildet ist.

909884/0179 ORIGINAL INSPECTED

Vorsitzender Vortland: Toni SctimUcker, Vorsitzender · Korst Backsmann · Prot. Dr. tecnn. Ernst FIsIa · Dr. Jur. Peter Frerk

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtung; (1J) zur Einspritzung des Kraftstoffes unmittelbar nach dem Schließen des Auslaßventils (8) ausgebildet ist.

4· Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführeinrichtung durch einen in den Hilfszylinder einmündenden und von einem Hilfseinlaßventil gesteuerten, ein relativ kraftstoffreiches Kraftstoff-Luft-Gemisch führenden Hillseinlaßkanal gebildet ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4t dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptarbeitsraum (4) über das Einlaßventil (6) bei Teillast im wesentlichen reine Luft zuführbar ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhub des Hilfskolbens (1O) veränderlich ist.

7· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt- (4) und der Nebenarbeitsraum (11) über eine düsenförmige Einschnürung miteinander verbunden sind.

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