DE2854692A1

DE2854692A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2854692A1
Application number: DE19782854692
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Etoh; Yasuhiko Nakagawa; Meroji Nakai; Ryoji Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-28
Also published as: AU512639B2; US4271795A; AU4212978A; CA1105337A; JPS5484129A

Description

PATE£N TA-MV(ALTE A. GRÜNECKER H. KINKELDEY W. STOCKMAIR

OR-IWiA^ ICAOTCH

K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

OFL-ING

G. BEZOLD

DA FStWtC- OPL-CHBUt

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

Verbrennungsmotor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit Doppelansauganlage, die eine Hauptansauganlage umfaßt, um eine erste Strömungsmittelladung in einen Zylinder einzuleiten, um hierin während aller Betriebsbedingungen des Motors eine Verwirbelung zu bilden, sowie eine Nebenansauganlage, um eine zweite Strömungsmittelladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung einzuleiten, daß die Wirbelbewegung der ersten Strömungsmittelladung, die von der Hauptansauganlage entstammt, während bestimmter Betrxebsbedingungen des Motors behindert und verringert wird, wobei der auf das Volumen bezogene Wirkungsgrad des Motors bei einem hinlänglich

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hohen Niveau gehalten wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung von Treibstoffeinspritzeinrichtungen bzw. Treibstoffeinspritzdüsen in einer Treibstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor der oben genannten Art.

Im Fall der Anbringung einer Treibstoffeinspritzung bei einem Motor mit Doppelansauganlage, wie sie oben erwähnt ist, ist es möglich, zwei Einspritzdüsen für jeden Zylinder anzuordnen, und zwar eine zur Abgabe von Treibstoff in einen Haupteinlaßöffnungskanal und die andere zur Abgabe von Treibstoff in einen Nebeneinlaßöffnungskanal. Die Anordnung erfordert der Zahl nach zweimal so viel Treibstoffeinspritzdüsen, als sie bei einer üblichen Ansauganlage für einen Motor mit einer einzigen Ansaugan— lage erforderlich sind. Ferner ist eine komplizierte Steuerung für die Einspritzdüse des Nebenansaugöffnungskanals erforderlich, wodurch die Kosten der Treibstoffeinspritzanlage erheblich gesteigert werden.

Die Erfindung umfaßt einen Zylinder, in dem. ein Kolben in entgegengesetzten Richtungen beweglich angebracht ist. Ein Zylinderkopf ist über einem Ende des Zylinders angeordnet. Ein Einlaßventil, das einen Ventilschaft und einen Ventilkopf bzw. Ventilteller umfaßt/ der eine Fläche aufweist, ist im Inneren des Zylinderkopfes angebracht, ein Ventilsitz zur Aufnahme der Fläche ist am Zylinderkopf am einen Ende einer Bohrung hierin angebracht, und eine ringförmige Wand oder ein Rohr ist im Inneren der Bohrung angebracht. Eine Hauptansauganlage, die dazu eingerichtet ist, Luft in den Zylinder einzuleiten, damit diese hierin während aller Betriebsbedingungen des Motors eine Verwirbelung bildet, steht mit der Außenseite der ringförmigen Wand in Verbindung, während eine Nebenansauganlage, die dazu eingerichtet ist, Luft in den Zylinder in einer der-

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artigen Richtung zu lenken, daß die Wirbelbewegung unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors behindert und verringert wird, mit der Innenseite der ringförmigen Wand in Verbindung steht. Die ringförmige Wand erstreckt sich zu einer Stelle in dichter Nahebei oder in Eingriff mit dem Kopf bzw. dem Teller des Einlaßventils, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung befindet, um eine Abdichtung zwischen Haupt- und Nebenansauganlage im Inneren des Zylinderkopfs zu bilden. Eine Treibstoffeinspritzdüse ist derart angeordnet, daß sie Treibstoff zum Kopf des Einlaßventiles derart abgibt, daß der Treibstoff auf dem Kopf so auftrifft, daß er radial nach außen zum Umfang des Kopfes hin abgeleitet wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit Doppelansauganlage vorzusehen, wobei mit einer einzigen Einspritzdüse eine geeignete Treibstoffmenge dem entsprechenden Zylinder zugeführt werden kann, ohne daß eine komplizierte Treibstoffeinspritzsteuerung erforderlich ist, verglichen mit einer Treibstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor mit einer einzigen Ansauganlage.

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist ein fremdgezündeter Kolben-Verbrennungsmotor mit Treibstoffeinspritzung und mit Doppelansauganlage vorgesehen, der in einem. Zylinderkopf einen Haupteinlaßöffnungskanal aufweist, um eine Luftladung in einen Zylinder zu lenken, um hierin eine Verwirbelung zu bilden, sowie einen Nebeneinlaßöffnungskanal, um eine Luftladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung zu lenken , daß die Wirbelbewegung der Luftladung, die dem Haupteinlaßöffnungskanal entstammt, behindert und verringert wird. Ein Einlaßventil, das einen Ventilstößel und einen Ventilkopf umfaßt, ist

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in entgegengesetzten Richtungen beweglich im Inneren des Zylinderkopfes angebracht, und eine ringförmige Wand oder ein Rohr ist fest in einer Bohrung im Zylinderkopf angeordnet. Der Haupteinlaßöffnungskanal steht mit der Außenseite dieses Rohres in Verbindung, und der Nebeneinlaßöffnungskanal steht mit der Innenseite des Rohres in Verbindung. Dieses Rohr erstreckt sich bis zu einer Stellung in dichter Nahebei oder in Eingriff mit dem Ventilkopf des Einlaßventils, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung befindet. Eine Treibstoffeinspritzdüse, die am Zylinderkopf angebracht ist, gibt Treibstoff in den Nebeneinlaßöffnungskanal zum mittleren Abschnitt des Kopfes synchron mit der Öffnung des Einlaßventiles derart ab, daß der Treibstoff, der von der Treib stoff düse entstammt, auf den Zylinderkopf auftrifft und sich dann radial nach außen zum Umfang des Ventilkopfes hin verteilt.

Ein Luftstromfühler ist stromaufwärts von einem Haupt- und Nebendrosselventil angeordnet, um die Gesamtmenge des Ansaugluftstromes festzustellen, der dem Motor zugeführt wird, so daß der Treibstoff in einer Menge abgegeben wird, die proportional zum gesamten Ansaugluftstrom ist.

In den beigefügten Zeichnungen ist

Fig. 1 eine schema tische Ansicht eines Längsschnitts eines Verbrennungsmotors mit Doppelansauganlage und einer Treibstoffeinspritzanlage gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen der Zylinder des Motors.

Es erfolgt nun die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Be -

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zugnahme auf Fig. 1 und 2; das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Zylinderkopf, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Zylinderblock, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Kolben, und das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Verbrennungsraum.

Jeder Verbrennungsraum 4 ist mit einem Haupteinlaßöffnungskanal 5 versehen, der im Inneren des Zylinderkopfs 1 angeordnet ist, sowie mit einem Nebeneinlaßöffnungskanal 6, der im Inneren des Zylinderkopfs 1 angeordnet ist. Mittels einer ringförmigen Trennwand oder eines Rohres 7 sind der Nebenöffnungskanal 6 und der Hauptöffnungskanal 5 voneinander getrennt, wobei der Nebenöffnungskanal an die Innenseite der ringförmigen Trennwand 7 anschließt, während der Hauptöffnungskanal 5 an die Außenseite der ringförmigen Trennwand 7 anschließt.

Durch den Haupteinlaßöffnungskanal 5 wird Luft in den Verbrennungsraum 4 während aller Betriebsbedingungen des Motors eingesaugt, während durch den Nebeneinlaßöffnungskanal 6 Luft in den Verbrennungsraum 4 während einer Betriebsbedingung bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten eingesaugt wird. Diese Öffnungskanäle 5 und 6 werden durch ein einziges Einlaßventil 8 geschlossen oder geöffnet, das einen Ventilschaft und einen Ventilkopf aufweist, der eine Fläche 10 aufweist.

Wenn sich das Einlaßventil 8 in der geschlossenen Stellung befindet, dann steht die Fläche 10 in Eingriff mit einem Ventilsitz 9, der am Umfang der öffnung des Hauptöffnungskanals 5 fest angebracht ist. Der Ventilkopf weist einen abgeschrägten Abschnitt 11 rund um den Ventilschaft auf, und wenn sich das Einlaßventil 8 in der geschlossenen Stellung befindet, dann erstreckt sich die ringförmige Trennwand 7 bis zu einer Stellung in dichter Nähe bei oder in

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Eingriff mit dem abgeschrägten Abschnitt 11, um eine abdichtung zwischen den Öffnungskanälen 5 und 6 zu erzielen. Eine Gummidichtung kann zum Sicherstellen der Abdichtung verwendet werden, falls gewünscht.

Es ist möglich, einen Ventilsitz am axialen Ende der ringförmigen Trennwand 7 zur Aufnahme des abgeschrägten Abschnitts 11 des Ventilkopfes des Einlaßventils 8 zu befestigen.

Eine Treibstoffeinspritzdüse 13 ist an jeden Nebenöffnungskanal 6 derart angebracht, daß sie einen Treibstoffnebel zur Mitte des abgeschrägten Abschnitts 11 des Ventilkopfes des Einlaßventils 8, von wo aus sich der Ventilstößel 12 erstreckt, abgibt oder lenkt.

Jede Treibstoff einspritzdüse 13 kann in Abhängigkeit von einem Druckstoßsignal aus einer Steuereinrichtung 15 erregt oder betätigt werden, die die Treibstoffmenge für jeden Einspritzvorgang in Abhängigkeit von einem Signal von einem Luftströmungsmesser 14 bestimmt, um Treibstoff in Übereinstimmung mit der Ansaugluft abzugeben.

Der Hauptöffnungskanal 5 ist so gekrümmt, daß er Luft tangential in den Zylinder lenkt, um im Inneren des Verbrennungsraumes 4 rund um die Zylinderachse einen Wirbel zu bilden. Der Nebenöffnungskanal 6 weist eine größere wirksame Querschnittsfläche auf und liefert in seiner Ausbildung gegenüber dem Einleiten von Luft einen niedrigeren Widerstand auf als der Hauptöffnungskanal 5. Im einzelnen ist der Nebenöffnungskanal derartig winklig angeordnet, daß er Luft in den Zylinder in einer derartigen Richtung lenkt, daß die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungs— raumes 4 behindert und verringert wird.

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Ein Haupteinlaßkrümmerkanal 16 steht mit dem Hauptöffnungskanal 5 in Verbindung, während ein Nebeneinlaßkrümmerkanal 17 mit dem Nebenöffnungskanal 6 in Verbindung steht. Luft, die durch den Hauptkrümmerkanal 16 gesaugt wird, wird durch ein Hauptdrosselventil 18 gesteuert, während Luft, die durch den Nebenkrümmerkanal 17 gesaugt wird, durch ein Nebendrosselventil 19 gesteuert wird.

Das Hauptdrosselventil 18 ist betrieblich mit einem Gaspedal (nicht gezeigt) derart gekoppelt, daß es durch das Gaspedal geöffnet oder geschlossen werden kann. Das Nebendrosselventil 19 ist betrieblich mit einer Membranvorrichtung 22 gekoppelt und durch diese betätigbar, die in Abhängigkeit von einem Unterdruck arbeitet, der von einer Düse 20 stromaufwärts vom Hauptdrosselventil 18 über eine Unterdruckleitung 21 entnommen ist. Die Membranvorrichtung 22 beginnt mit der öffnung des Nebendrosselventils 19, wenn der Düsenunterdruck über eine vorbestimmte Höhe zunimmt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit durch die Hauptseite bzw. Primärseite zunimmt.

Anstelle des Düsenunter-

drucks im Inneren der Düse 20 kann, wenn überhaupt, ein verstärkter Düsenunterdruck zur Steuerung der Abgasrückführung als Unterdruck zum Betätigen der Membranvorrichtung 22 verwendet werden.

Stromaufwärts vom Hauptdrosselventil 18 und vom Nebendrosselventil 19 ist der Luftströmungsfühler 14 so angebracht, daß er die gesamte Ansaugluft mißt, die dem Motor durch Haupt- und Nebenansaugleitung 16 und 17 zugeführt wird. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 23 einen AuspuffÖffnungskanal, das Bezugszeichen 24 ein Auspuff ventil, und das Bezugszeichen 25 eine Zünd— oder Zünd-

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funkenkerze.

Wenn der Motor bei niedriger und mittlerer Drehzahl mit niedrigen und mittleren Lasten arbeitet, dann macht das Hauptdrosselventil 18 auf, wobei Luft in den Verbrennungsraum 4 durch den Hauptöffnungskanal 5 zur Bildung eines Wirbels hierin zugeführt wird.

Bei diesen Betriebsbedingungen strömt die gesamte Ansaugluft durch den Hauptkrümmerkanal 16, dessen Hauptdrosselventil 18 geöffnet ist, und diese Menge wird vom Luftströmungsfühler 14 gemessen. In Abhängigkeit von dem für die Menge der Ansaugluft repräsentativen Ausgang des Luftströmungsfühlers 14 liefert die Steuereinrichtung ein Treihstoffeinspritzsignal zur Treibstoffeinspritzdüse 13. Die Treibstoff einspritzdüse 13 gibt Treibstoff zum abgeschrägten Abschnitt 11 des Ventilkopfes des Einlaßventils 8 hin ab.

Der TreibstoffeinspritzZeitpunkt sollte mit dem Öffnen des Einlaßventils 8 zusammenfallen. Treibstoff, der von der Treibstoffeinspritzdüse 13 herkormt, wird auf den abgeschrägten Abschnitt 11 des Einlaßventils 8 auftreffen und sich dann in Radialrichtung nach außen vom Ventilschaft 12 weg zum Umfang des Ventilkopfes hin verteilen. Der somit verteilte Treibstoff wird auf Luft treffen, die dem Hauptöffnungskanal 5 entstammt, und wird in den Verbrennungsraum 4 zusammen mit der Luft aus dem Hauptöffnungskanal 5 eintreten.

Da die Luft, die vom Hauptöffnungskanal 4 abgesaugt wird, im Inneren des Verbrennungsraumes 4 einen Wirbel bildet, werden Treibstoff und Luft gut im Inneren des Verbrennungsraumes 4 vermischt, und die Vergasung des Treibstoffs wird

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erleichtert. Dieser Wirbel ist kräftig genug, so daß er bis zum Ende des nachfolgenden Kompressionstaktes oder bis zum Anfangsstadium des nachfolgenden Expansionstaktes aufrechterhalten bleibt. Als Ergebnis wird die Verbrennung bei niedrigen und mittleren Lasten merklich stabilisiert. Dies wird es deshalb ermöglichen, den Motor bei magerem Luft-Treibstoffgemisch oder bei starker Abgasrückführung zu betreiben.

Wenn der Motor bei hohen Drehzahlen mit hohen Lasten arbeitet, dann zwingt die Membranvorrichtung 22 das Nebendrossel ventil 19, zu Öffnen, indem die Menge der Ansaugluft, die durch die Düse 20 strömt, gemessen wird, so daß Luft in den Verbrennungsraum 4 auch durch den Nebenöffnungskanal 6 eingelassen wird. Unter diesen Betriebsbedingungen mißt der Luftströmungsfühler 14 der Menge nach die gesamte Ansaugluft, die in den Haupteinlaßkrümmerkanal 16 und in den Nebenkrümmerkanal 17 eintritt, so daß die Treibstoffmenge für jeden Einspritzvorgang aus der Treibstoffeinspritzdüse 13 dementsprechend zunehmen wird.

Die derart erhöhte Treibstoffmenge wird in den Verbrennungs raum 4 zusammen mit der Luft eintreten, die von dem Haupt— und Nebeneinlaßöffnungskanal 5 und 6 abgesaugt wird. Da bei hohen Belastungen eine verhältnismäßig große Luftmenge in den Verbrennungsraum 4 durch den Nebenöffnungskanal 6 bei hoher Geschwindigkeit einströmt, kann der Treibstoff gut zerstäubt werden, wodurch die Verbrennung stabilisiert wird. Weil Luft auch durch den Nebenöffnungskanal 6 zugeführt wird,und weil die hiervon eingesaugte Luft die Wirbelbewegung im Verbrennungsraum 4 behindert und verringert _r um den auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen, kann der Motor in geeigneter Weise eine hohe Leistungsabgabe bei weit offener Drosselklappe liefern.

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Da gemäß der Erfindung Treibstoff von einer Treibstoffeinspritzdüse abgegeben wird, die gegen den abgeschrägten Abschnitt 11 des Ventilkopfes des Einlaßventils 8 ausgerichtet ist, um hierauf zur nachfolgenden, radial nach außen stattfindenden Verteilung aufzutreffen, kann der Treibstoff während aller Betriebsbedingungen gut zerstäubt und verteilt werden, die vom Motorbetrieb bei niedrigen Drehzahlen bis zum Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen reichen.

Da eine Treibstoffeinspritzdüse für jeden Zylinder vorgesehen ist, wurde Aufbau und Anordnung der Treibstoffeinspritzungssteuerung vereinfacht.

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Claims

PM"t£NTANWÄLTE A. GRÜNECKER

OPL-ING.

H. KINKELDEY Z 0 -J 4 Q 9 2 W. STOCKMAlR

OR-INQ ■ Arf (CM-TKM

K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

DIPL.-ING

G. BEZOLD

ΏΛ XKNXT. OPL-CHBA

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE Λ3

18. Dez. 1978 P 13 361

Nissan Motor Company, Limited

No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Patentansprüche

M.' Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein Zylinderblock mit einem Zylinder, der darin ausgebildet ist,

- ein Kolben, der im Zylinder in entgegengesetzten Richtungen beweglich angebracht ist,

- ein Zylinderkopf, der über einem Ende des Zylinders angeordnet ist,

- eine Hauptansauganlage (5), die dazu eingerichtet ist, während aller Betriebsbedingungen des Motors Luft in den Zylinder derart zu lenken, daß hierin ein Wirbel gebildet wird,

- eine Nebenansauganlage (6), die dazu eingerichtet ist. Luft in den Zylinder in einer derartigen Richtung zu
lenken, daß die Wirbelbewegung der Luft bei einem vor-

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TELEFON (OSS) Q2 2B82 TELEX O5-2Ö38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

ORiOINAL INSPECTED

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bestimmten Betriebszustand des Motors behindert und verringert wird,

- ein Einlaßventil (8) ist in entgegengesetzten Richtungen beweglich im Inneren des Zylinderkopfes angebracht und weist einen Schacht und einen Kopf auf, der eine Fläche aufweist,

- der Zylinderkopf weist eine Hauptöffnung auf, einen Ventilsitz rund um die Hauptöffnung, um ihren Außenumfang zu begrenzen und die Fläche aufzunehmen, eine Ringwandeinrichtung (7), die den Innenumfang der Hauptöffnung festlegt, sowie eine Nebenöffnung, die im Inneren der Ringwandeinrichtung angeordnet und von dieser begrenzt ist,

- im Zylinderkopf ist ein Haupteinlaßkanal (5) in Verbindung mit der Hauptöffnung sowie ein Nebeneinlaßkanal (6) in Verbindung mit der Nebeneinlaßöffnung vorgesehen, und

- eine Treibstoffeinspritzdüse (13), die dazu eingerichtet ist, Treibstoff zum Kopf des Einlaßventiles hin durch den Nebeneinlaßkanal derart einzuspritzen, daß Treibstoff, der der Treibstoffeinspritzdüse entstammt, derart gegen den Kopf des Einlaßventiles trifft, daß er in Radialrichtüng nach außen zum Umfang des Kopfes hin verteilt wird, wobei die Treibstoffmenge, die der Treibstoffeinspritzdüse für jeden Einspritzvorgang entstammt, in Abhängigkeit von der Gesamtluftmenge eingestellt ist, die durch die Hauptansauganlage und durch die Nebenansauganlage strömt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffeinspritzdüse den Treibstoff synchron zur öffnung des Einlaßventiles einspritzt.

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