DE2855781A1

DE2855781A1 - Brennkraftmaschine mit einer zuendfolgesteuereinrichtung

Info

Publication number: DE2855781A1
Application number: DE19782855781
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Matsumoto; Keiichi Sugiyama
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1977-12-26
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-06-28
Also published as: AU4277178A; SE7813124L; DE2855781C2; FR2412718A1; GB2011537A; ES476281A1; AU521828B2; BR7808506A; FR2412718B1; JPS5489110A; IT7831275A0; IT1101143B; US4237828A; GB2011537B; CA1097160A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

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Brennkraftmaschine mit einer Zündfolgesteuereinrichtung

Die Erfindung betrifft Steuereinrichtungen für 3?ahrzeugbrennkraftmaschinen und insbesondere eine derartige Steuereinrichtung, mit der die Eraftstoffausnutzung verbessert werden kann und eine stabile Verbrennung erzielt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Steuerung für Brennkraftmaschinen bei Fahrzeugen, die eine drehzahlabhängig arbeitende Zündzeitpunktverstelleinriehtung oder Zündfolgeeinstelleinrichtung haben.

Die meisten üblichen Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge weisen nach dem Zentrifagalprinzip arbeitende Zündfolgeneinstelleinrichtungen auf, so daß die Zündfolge bzw. die Zündzeitpunkteinstellung nach Maßgabe der Drehzahl der Brennkraftmaschine steuerbar ist- Bei einer derartigen Steuereinrichtung erfolgt die Zündung zu. ■ einem relativ konstant verzögerten Zeitraum im Leerlauf und su einem relativ konstant voreilenden

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Zeitpunkt im hohen Drehzahlbereich. Die Zeitfolgen bzw. die Zündzeitpunkte werden im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Brennkraftmaschine allmählich beschleunigt. Da die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Zündfolgeeinstelleinrichtung über den gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine ein identisches Verhalten hat, entspricht die tatsächliche und die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Steuereinrichtung erreichte Zündzeitpunkteinstellung im allgemeinen nicht einem gewünschten Zeitpunkt im Leerlaufbetrieb und Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine.

Um die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden, werden in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Zündfolgeeinstelleinrichtungen in Verbindung mit nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Steuereinrichtungen verwendet, so daß der Zündzeitpunkt im Teillastbetrieb voreilt. Selbst bei einer derartigen Anordnung Jedoch wird der tatsächliche Zündzeitpunkt im Leerlaufbetrieb im Vergleich zu dem gewünschten Zeitpunkt beträchtlich verzögert. Der gewünschte Zündzeitpunkt im Leerlaufbetrieb liegt etwa zwischen 25° und 30° vor dem oberen Totpunkt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Erischgemischmenge während des Leerlaufbetriebes im Vergleich zum restlichen Verbrennungsgas in der Brennkammer sehr klein ist, so daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme relativ niedrig wird. Die gleichbleibende Zündfolge im niedrigen Drehzahlbereich wird durch die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Steuereinrichtung üblicherweise ab 15° vor dem oberen Totpunkt vorgegeben, um eine KLopfzone im gesamten Belastungsbereich der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Bei einigen Anwendungsfällen wird der Zündzeitpunkt tatsächlich selbst auf 5° nach dem oberen Totpunkt verzögert, um einen möglichst geringen Anteil von unverbrannten Bestandteilen im Abgas zu haben. Dieser große Unterschied zwi-

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sehen dem gewünschten und dem tatsächlichen Zündzeitpunkt führte zu einer beträchtlichen Verminderung der Verbrennungsleistung im Leerlaufbetrieb, was zur Folge hat, daß der Kraftstoffverbrauch insbesondere dann unerwünscht zunimmt, wenn das Fahrzeug im Stadtbereich fährt, wobei die Brennkraftmaschine meist im unteren Drehzahlbereich arbeitet.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme im Leerlaufbetrieb oder bei Verzögerung derart steigern, kann, daß man eine vollständige und gleichmäßige Verbrennung erhält.

Desweiteren soll erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine derart ausgelegt werden, daß sie den gewünschten Zündzeitpunkt im Teillastbereicb, mit dem Zündzeitpunkt im Vollastbereich zusammenlegt oder wenigstens diesem weitgehend annähert, so daß die Zünd— folgeeinstelleinrichtung vereinfacht werden kann, ohne daß die Verbrennungsleistung möglicherweise verringert; wird.

Erfindungsgemäß ist eine Einlaßleitung vorgesehen, die einen Hauptkanal, der zur Brennkammer führt und einen Hilfskanal umfaßt, der einen relativ kleinen öffnungs— querschnitt hat und in den Hauptkanal derart mundet, daß seine Längsachse die Einlaßöffnung durchzieht, sowie in die Brennkammer gerichtet ist. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die das Ansauggemisch im Leerlaufbetrieb durch den Hilfskanal mit einer hohen Geschwindigkeit in die Brennkammer derart abgibt, daß eine intensive Verwirbelung und Turbulenz des Einlaßgemisches in der Brennkammer erzeugt werden, um eine stabile Verbrennung zu erhalten und eine größere Ausbreitungsgeschwin-

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digkeit der Verbrennungsflamme zu erzielen. Aufgrund der Zunahme der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme wird der gewünschte Zündzeitpunkt beträchtlich verzögert.

Bei der zuvor beschriebenen Auslegung, bei der ein Hilfskanal vorgesehen ist, kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme infolge einer übermäßig starken Verwirbelung und Turbulenz übermässig zunehmen, was zur Folge hat, daß der gewünschte Zündzeitpunkt extrem verzögert wird. Aus diesem Grunde ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Hauptkanal mit einem Steuerventil versehen, der die Strömung durch diesen Kanal drosselt, um hierdurch den Strom durch den Hilfskanal zu regeln. Das Steuerventil ist derart ausgelegt, daß es eine gleichbleibende kleine Öffnungsstellung ständig im Leerlaufbetrieb und niedrigen Brehzahlbereich einnehmen kann. !Durch diese Auslegung wird erzielt, daß jede abrupte Änderung der Verwirbelung und der Turbulenz im Leerlaufbetrieb und niedrigen Drehzahlbereich vermieden wird, so daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme und somit der gewünschte Zündzeitpunkt im wesentlichen unverändert bleiben·

Zweckmäßigerweise ist erfindungsgemäß eine Abgasrückführung vorgesehen, die üblicherweise die Aufgabe hat, den Anteil von Stickoxiden im Abgas zu verringern. Bei der Erfindung hingegen wird diese Abgasrückführung dazu verwendet, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme im Teillastbetriebsbereich zu verringern, wobei ein beträchtlicher Anteil des Abgases über den Hilfskanal derart geleitet wird, daß der Zündzeitpunkt in diesem Teillastbereich nahe dem tatsächlichen Zündzeitpunkt liegt, der durch die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Zündfolgeeinstelleinrichtung vorgegeben wird. Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Auslegung erübrigt

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sich somit die Verwendung zweier verschiedener Bauarten für Zündfolgeeinstelleinrichtungen, wobei eine Bauart für den Teillastbetriebsbereich und die andere für den Vollastbetriebsbereich, bestimmt ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Figur 1 eine Schnittansieht einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung in einer Teilschnittansicht,

Figur 2 eine Schnitt ansicht längs der Linie II-II in Figur 1,

Figur 3 eine Schnittansicht längs der Linie HI-III in Figur 1,

Figur 4- eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Figur 3»

Figur 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Zündzeitpunktverstellung bzw. der Zündfolgenänderung nach Maßgabe der Motordrehzahl,

Figur 6 eine Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Ausschnitt,

Figur 7 eine Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung im Ausschnitt,

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Figur 8 eine Seitenansicht der Betätigungseinrichtung für das Steuerventil bei der Ausfuhrungsform nach Figur 7 im Ausschnitt,

Figur 9 eine alternative Ausführungsform einer Zündeinrichtung, die für die Brennkraftmaschine nach Figur 1 bestimmt sein kann, und

Figur 10 ein Diagramm, das die Veränderung der Öffnung des Steuerventiles nach Maßgabe der Belastung der Brennkraftmaschine verdeutlicht.

Insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine gezeigt, die einen Motorblock 1 besitzt, der im wesentlichen einen Zylinder 2 und einen Zylinderkopf enthält, der an dem oberen Ende des Zylinders 2 fest angebracht ist. Ein Kolben 3 ist in den Zylinder 2 eingesetzt, der in Verbindung mit dem Zylinder 2 und dem Zylinderkopf 4 eine Brennkammer 5 bildet. Der Zylinderkopf 4 ist mit einem Auslaßkanal 7 versehen, der über ein Auslaßventil 6 mit der Brennkammer 5 verbunden ist· Der Auslaßkanal· 7 ist mit einer Auslaßleitung 11 verbunden. Auch ist ein Einlaßkanal 8 vorgesehen, der über ein Einlaßventil 9 mit der Brennkammer 5 in Verbindung steht» Die zuvor beschriebene Auslegung ist an sich üblich und das Auslaßventil 6 und das Einlaßventil 9 werden mit Hilfe an sich bekannter Einrichtungen betätigt.

Der Einlaßkanal 8 umfaßt einen Haupteinlaßkanal 8a, der den Zylinderkopf 4 durchzieht, ein Steuerventilgehäuse 15* das fest mit dem Zylinderkopf 4 verbunden ist, eine Einlaßhauptleitung bzw. einen Ansaugkrümmer 12 und einen Vergaser 16. Der Einlaßkanal 8 umfaßt ferner einen Hebenansaugkanal 8c, der in den Haupteinlaßkanal 8 an der Innenwandung desselben in der Nähe des Einlaßventiles 9 über einen Düsenabschnitt 8b mündet, der einen relativ kleinen Öffnungsquerschnitt hat und dessen Mündung auf

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die Brennkammer 5 weist.

Der Vergaser 16 ist ein Doppelvergaser bzw. ein Vergaser mit zwei Vergaserlufttrientern, der einen Hauptkanal 16a und einen Sekundärkanal bzw. Febenkanal 16b hat. In dem Hauptkanal 16a ist eine Vordrossel 17 und ein manuell regelbares Hauptdrosselorgan 18 vorgesehen. Im Hilfskanal 16b ist ein zweites Drosselorgan bzw. eine zweite Drosselklappe 19 vorgesehen, die nur im Hochlastbereich der Brennkraftmaschine öffnet. In dem Gehäuse 15 ist ein Drosselklappen-Steuerventil 14- untergebracht, dessen Drosselklappe um einen Schaft 14a an dem Gehäuse 15 beweglich angebracht ist.

Der Schaft 14a besitzt einen fest damit verbundenen Arm 14b, der seinerseits über eine Verbindung 21 mit einer in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitenden Einrichtung 22 verbunden ist. Die Einrichtung 22 ist über Stützen 23a und 23b an dem Gehäuse 15 angebracht, die mittels einer Schraube 24 in dem Gehäuse 15 verbunden sind. Die Einrichtung 22 umfaßt ein Gehäuse 25 und eine Membrane 26, die den Innenraum des Gehäuses 25 , in eine Saugdruckkammer 28 und eine unter Atmosphären»- druck stehende Kammer 31 unterteilt. In der Kammer 28 ist eine Feder 27 vorgesehen, die die Membrane in Sichtung auf die Kammer 31 vorbelastet. Die Saugdruckkammer 28 ist über eine Leitung 29 mit einem Abschnitt des Haupteinlaßkanals 8a verbunden, der zwischen der Drosselklappe 18 und dem Steuerventil 14 liegt. Die unter Atmosphärendruck stehende Kammer 31 öffnet sich über eine öffnung 32 zur Umgebung hin.

Wie' in Figur 2 gezeigt, umfaßt die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder 2 und die Arme 14b für die zugeordneten Zylinder sind mit Hilfe eines stabförmigen Elemen-

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tes 33 miteinander verbunden. Zur Steuerung bzw. Regelung der maximalen und minimalen öffnungsweiten der Steuerventile 14 ist eine Anscb.lageinricb.tung 34 vorgesehen, die nach den Figuren 3 und 4 eine klammerförmige Stütze 35 mit zwei aufrecht stehenden Abschnitten 35a und Anschlagschrauben bzw. Begrenzungs- oder Stellschrauben 36 umfaßt, die jeweils an den Abschnitten 35a angebracht sind. Jede Begrenzungsschraube 36 kann eine Feder 37 haben, die ein Lockern bzw. Losen der Schraube 36 verhindert.

Wiederum unter Bezugnahme auf Figur 1 ist eine Abgasrückführungsleitung 51 zwischen der Abgasleitung 11 und der Einlaßleitung bzw. Ansaugleitung 8 vorgesehen. Die Leitung 51 ist mit einem Abgasrückführungssteuerventil 52 versehen, das ein Ventilelement 52a umfaßt, das mit einem Ventilsitz 52b zusammenarbeitet. Das Ventilelement 52a ist derart ausgelegt, daß es durch eine in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Einrichtung 53 derart steuerbar ist, daß es geschlossen ist, wenn an der Einrichtung kein oder nur ein kleiner Saugdruck anliegt, und daß es öffnet, wenn der Saugdruck ansteigt. Die öffnungsweite wird in Abhängigkeit von einer Zunahme des Saugdruckes größer.

Die Einrichtung 53 ist stromabwärts der Drosselklappe mit der Einlaßleitung 8 derart verbunden, daß die Einrichtung 53 und das Ventil 52 unter einem Saugdruck regulierbar sind. Zur Speicherung des Ansaugdruckes ist ein Saugdruckspeicherbehälter 55 vorgesehen, der über ein Rückschlagventil 54 mit der Einlaßleitung 8 verbunden ist. Der Saugdruck in dem Behälter 55 wird über einen Durchgang und einen Verstärker 56 zu der Membraneinrichtung 53 übertragen. Der Verstärker 56 ist von an sich bekannter Bauart und ist derart ausge-

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legt, daß er durch, ein von dem Einlaßkanal 8 in der Nähe der Drosselklappe 18 über einen ersten Signalbzw. Steuerkanal 58 abgeleitetes Drucksignal und durch ein zweites Drucksignal steuerbar ist, das von einem Venturiabschnitt des Einlaßkanals 8 über einen zweiten Signaldurchgang bzw. einen zweiten Steuerdurch— gang 59 abgeleitet wird. Die Einrichtung 56 arbeitet so, daß der Durchgang 57 geschlossen ist, wenn die Drosselklappe 18 geschlossen ist, und Atmosphärendruck in dem Durchgang 58 herrscht, oder wenn die Drosselklappe 18 weit geöffnet ist und in dem Durchgang 58 ein sehr niedriger Saugdruck oder Atmosphärendruck vorhanden ist, um hierdurch, den Saugdruck zu unterbrechen, der an die Membraneinrichtung 53 angelegt ist, was zur Folge hat, daß das Ventil 52 geschlossen wird.

Wenn die Drosselklappe bzw. das Drosselorgan 18 eine teilweise offene Stellung einnimmt, ist der erste Steuerdurchgang 58 auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 18 derart angeordnet, daß der Ansaugdruck bzw. Ansaugunterdruck stromabwärts der Drosselklappe 18 an dem Verstärker 56 anliegt, um den Durchgang 57 freizugeben. Dann erhält der zweite Signaldurchgang 59 einen Venturi druck, der sich in Abhängigkeit und proportional zu dem Ansaugstrom ändert. Der Verstärker 56 bewirkt dann, daß an die Einrichtung 53 ein Saugdruck angelegt wird, der nach Maßgabe einer Ansaugstromzunahme größer wird, der mittels des Drucksignals in dem zweiten Durchgang 59 ermittelt wird. Auf diese Art und Weise nimmt die zurückgeführte Verbrennungsgasmenge nach Maßgabe des größerwerdenden Ansaugstromes zu.

Im Zylinderkopf 4 ist eine Zündkerze 4-1 für ;Jede Brennkammer 5 vorgesehen, die über einen Verteiler 4-2 mit einer Sekundärwicklung 4>3a einer Zündspule 4-3 verbunden ist. Die Zündspule 4-3 umfaßt auch eine Primärwicklung 43b, die über einen Hauptschalter 44- mit einer elek-

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trischen Stromquelle 45 verbunden ist. Die Primärwicklung 43b der Zündspule 4$ liegt über einen Unterbrecher 46 an Erde, der einen beweglichen Kontakt 46a und einen stationären Kontakt 46b hat. Wenn der Unterbrecher 46 offen ist, wird in der Sekundärwicklung 43a eine Hochspannung erzeugt und diese Spannung liegt über den Verteiler 42 an der Zündkerze 41 für den ^Jeweiligen Zylinder an.

Der Unterbrecher 46 ist von an sich üblicher Bauart und umfaßt ein Gehäuse 46c, das einen Kurvenschaltkörper 46d enthält, dessen Winkelstellung nach Maßgabe der Drehzahl der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer zentrifugal arbeitenden Zündvoreileinrichtung (nicht gezeigt) steuerbar ist, die auf einer Welle angebracht ist, die über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die beweglichen und stationären Kontakte 46a und 46b sind auf einer Platte 46e angebracht, die die Kontakte um den Kurvenschaltkörper 46d angeordnet hält.

In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Die Ansaugleitung 8 der Brennkraftmaschine umfaßt einen Hauptansaugkanal 8a, der den Zylinderkopf 4 durchzieht, eine Ansaughauptleitung bzw. einen Ansaugkrümmer 12, der an dem Zylinderkopf 4 angebracht ist, und ein Ventilgehäuse 15 für ein Steuerventil. Der Einlaßkanal 8 umfaßt ferner einen Hilfsansaugkanal 8c, der in der Umgebung des Ansaugventiles 9 über einen Drosselabschnitt 8b in die Innenwand des Haupteinlaßkanals 8a mündet, wobei der Drosselabschnitt 8b einen relativ kleinen Öffnungsquerschnitt hat und auf die Brennkammer 5 weist.

Der Hilfskanal 8c ist mit einer manuell regulierbaren Drosselklappe 18 und einem Steuerventil 14 versehen, das

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sich geringfügig zu öffnen beginnt, nachdem die Drosselklappe 18 geöffnet worden ist. In dem Haupteinlaßkanal 8a ist eine Drosselklappe 19 vorgesehen, die sich zu öffnen beginnt, wenn die Drosselklappe 18 ihre im wesentlichen vollständige Öffnungsstellung erreicht. Das Steuerventil 14 ist in einem Abschnitt angeordnet, der den Hilfskanal 8c mit dem Hauptkanal 8a verbindet und es ist derart ausgelegt, daß es über eine in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Einrichtung 32 steuerbar ist, die ähnlich wie die Einrichtung 22 bei der zuvor genannten Ausführungsform ausgelegt ist. Die vorgesehene Abgasrückführung bei dieser Ausführungsform ist identisch wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, so daß deren nähere Erläuterung entfallen kann.

Die Platte 46e in dem Verteiler 46, die die beweglichen und stationären Kontakte 46a und 46b trägt, ist bei der Zündsteuereinrichtung für diese Ausführungsform auf dem Gehäuse 46c beweglich und ist derart ausgelegt, daß sie sich nach Maßgabe einer in Abhängigkeit von einem Saugdruck arbeitenden Einrichtung 47 verdrehen kann. Die Einrichtung 47 umfaßt eine Saugdruckkammer, die über einen Kanal 48 mit der Einlaßleitung 8 in der Nähe der Drosselklappe 18 verbunden ist. Somit verdreht sich die Platte 46e in Bezug zu dem Kurv en schal tkörp er 46d, um eine Voreilung der Zündeinstellung bzw. Zündfolge zu erreichen, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich arbeitet.

Bei der Zündsteuereinrichtung nach Figur 9» die anstelle der Einrichtung bei der Ausführungsform nach Figur 1 verwendet werden kann, besitzt der Unterbrecher 46 einen Voreilschalter A und einen Verzögerungsschalter B und er ist mittels eines Drosselklappenschalters 50 steuerbar, der seine Schließstellung einnimmt, wenn die Dro-

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selklappe 18 weit geöffnet ist. Der Verzögerungsschalter B wird nur dann wirksam, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich arbeitet.

Die in den Figuren 7 und 8 gezeigte Brennkraftmaschine umfaßt einen Einlaßkanal 8, der ebenfalls einen Haupteinlaßkanal 8a und einen Hilfseinlaßkanal 8b umfaßt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kanäle 8a und 8b stromaufwärts von der Drosselklappe 18 in dem Hilfskanal 8b und dem Steuerventil 14· in dem Haupteinlaßkanal 8a verbunden und ferner ist eine Verbindung über eine flexible Leitung 61 mit einem Durchflußmesser 62 vorgesehen. Die Ventile 14 und 18 besitzen jeweils Schäfte 14a und 18a, mit denen Arme 143 und 18ό fest verbunden sind. Ein stabförmiges Verbindungselement 63, dessen eines Ende schwenkbar mit dem Arm verbunden ist, greift an seinem anderen Ende in einen Schlitz 14k in dem Arm 14j so ein, daß sich eine Totgangverbindung bildet. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser Ausf uhrungsform die maximale Öffnungsstellung des Steuerventiles 14 durch die Öffnungsstellung der Drosselklappe 18 bestimmt wird.

Bei dieser Ausführungsform wird Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzdüse 64 dem Einlaßkanal 8 zugeführt, die in jeder Zweigleitung der Haupteinlaßleitung 12 vorgesehen ist. Um eine zusätzliche Kraftstoffzufuhr bei der Brennkraftmaschine zum Anlassen bei niedriger Temperatur zu erreichen, ist ferner eine Hilfskraftstoff einspritzdüse 65 vorgesehen. Die Brennkraftmaschine kann desweiteren auch eine Abgasrückführung wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen umfassen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine näher erläutert. In Figur 1 sind die Bauteile in den Stellungen gezeigt, wenn die Brennkraftmaschine stillsteht. Da in dem Einlaßkanal 8 kein Saugdruck vorhanden

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ist, wird die Membrane 26 der in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitenden Einrichtung 22 in eine Grenzstellung gedrückt, in der das Steuerventil 14 offen ist.

Sobald die Brennkraftmaschine angelassen wird, wird ein Saugdruck stromabwärts der Drosselklappe 18 aufgebaut und liegt über die Leitung 29 in der in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitenden Einrichtung 22 an. Im Leerlaufbetrieb und im Verzögerungsbetrieb, bei denen die Drosselklappe ihre minimalste öffnungs— stellung einnimmt, verharrt das Steuerventil 14 ebenfalls in seiner minimalen Öffnungsstellung. Insbesondere wird ein merkbarer Ansaugdruck in dem Einlaßkanal 8 stromabwärts der Drosselklappe18 erzeugt, so daß die Membrane 26 entgegen der Wirkung der Feder 27 nach links gezogen wird, um hierdurch das Steuerventil 14 in seine minimale Öffnungsstellung zu bewegen, die durch den Arm 14b und die Begrenzungseinrichtung 34 bestimmt ist.

In dieser Stellung des Steuerventiles 14 kann nur ein Teil des Ansaugstromes um den Umriß des Ventiles 14 strömen und über den Haupteinlaßkanal 8a zu der Brennkammer 5 gelangen. Ein Hauptteil des Ansaugstromes wird jedoch durch das Ventil 14 abgeblockt, und so umgeleitet, daß er über den Hilfskanal 8c und den Diisenabschnitt 8b zu dem Hauptkanal 8a geht. Da der Düsenabschnitt 8b einen relativ kleinen öffnungsquerschnitt besitzt und auf die Brennkammer 5 gerichtet ist, wird das angesaugte Gemisch über den Düsenabschnitt 8b mit einer hohen Geschwindigkeit ausgegeben und zu der Brennkammer 5 während des Ansaughubes geleitet, bei dem das Einlaßventil 9 offen ist. Der Ansauggemischstrom durch den Hilfskanal erzeugt eine starke Verwirbelung in der Brennkammer 5· Desweiteren erzeugt der Strom in der Wir-

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belzone eine starke Turbulenz, wenn er auf die Vorsprünge und vorspringenden Teile in der Brennkammer 5» wie zum Beispiel die Kopf teile der Einlaß- und Auslaßventile 6 und 9 und die Elektroden der Zündkerze 4-1, auftrifft.

Die so erzeugte Verwirbelung und Turbulenz ist so lange vorhanden, bis der Kompressionshub abgeschlossen ist, der dem Verdichtungshub folgt. Infolge der Verwirbelung und der Turbulenz ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme größer und das Gemisch, wird innerhalb eines relativ kurzen Zeitraumes vollständig verbrannt. Somit läuft die Verbrennung stabil und effektiv ab und die gewünschte Zündfolgeeinstellung wird verzögert. Wie zuvor beschrieben, liegt die gewünschte Zündfolge bei üblichen Brennkraftmaschinen im Leerlaufbetrieb zwischen 25° und 35° vor dem oberen Totpunkt, was in Figur 5 mit der gebrochenen Linie d dargestellt ist. Tatsächlich jedoch liegt der Zündzeitpunkt über 15° vor dem oberen Totpunkt, was mit der Linie e dargestellt ist. Dies ist deshalb erforderlich, um ein Klopfen in der Klopfzone f zu vermeiden. Erfindungsgemäß jedoch wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsräume derart gesteigert, daß der gewünschte Zündzeitpunkt beispielsauf 20° vor dem oberen Totpunkt verzögert wird, wie dies in einer gebrochenen Linie g in Figur 5 dargestellt ist. Hierdurch wird es möglich, den beträchtlichen Unterschied zwischen den gewünschten und den tatsächlichen Zündzeitpunkten zu vermeiden, der bei üblichen Brennkraftmaschinen festgestellt wird.

Um die starke Verwirbelung und die Turbulenz in der Brennkammer 5 solange aufrechtzuerhalten, bis der Kbmpressionshub abgeschlossen ist, sind die vorspringenden Teile in der Brennkammer zweckmäßigerweise in Bezug zu

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ihrer Anzahl und ihrer Größe so klein wie möglich. Die Brennkammer 5 sollte zweckmäßigerweise eine halbkugelförmige Gestalt haben. Desweiteren sollte der Kolben 3 eine Oberseite haben, die weitgehend eben ist. Im allgemeinen wird die Verbrennungsgeschwindigkeit gesteigert und die Verbrennungsleistung nimmt zu. Diese Verbesserungen werden immer markanter, wenn, die Verwirbelung und die Turbulenz in der Brennkammer stärker werden. Wenn jedoch die Verwirbelung und die Turbulenz.übermäßig intensiviert werden, tritt ein vergrößerter Wämneverlust auf, der zu einem Nachteil führen kann, der den Vorteil eliminiert, der durch die Verbesserung der Verbrennungsleistung erzielt wird. Somit ist es im Hinblick auf eine wirksame Arbeitsweise der Brennkraftmaschine nicht sinnvoll, die Verwirbelung und die Turbulenz über ein bestimmtes Maß hinaus zu verstärken. Die Öffnungsstellung des Steuerventiles 14 kann hierzu derart einreguliert werden, daß der Ansaugstrom durch, den Hilfs— kanal eine geeignete Geschwindigkeit hat.

Wenn die Drosselklappe 18 im Teillastbereich geringfügig geöffnet wird, nimmt der Ansaugstrom derart zu, daß der Ansaugdruck stromabwärts der Drosselklappe 18 geringfügig abfällt. Der Ansaugdruck zu diesem Zeitpunkt ist nicht so groß, daß das Steuerventil 14- 3etzt noch nicht geöffnet wird. Somit wird der größere Anteil des Ansaugstromes im wesentlichen über den Hilfseinlaßkanal 8c geleitet, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit in dem Hilfseinlaßkanal zunimmt.

Wenn dann die Drosselklappe 18 geöffnet wird, liegt die öffnung des ersten Steuerkanals 58 zu dem Einlaßkanal 8 nunmehr stromabwärts der Drosselklappe 18, so daß der Ansaugdruck über den ersten Steuerkanal 8 an dem Verstärker 56 anliegt. Somit gibt der Verstärker 56 den Kanal 57 frei, der von dem Behälter 55 zu der in Abhängig-

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keit von dem Saugdruck arbeitenden Einrichtung 53 führt. Der Kanal 57 wird während eines bestimmten geeigneten Zeitraumes mit Hilfe des Steuerdruckes offen gehalten, der über den zweiten Steuerkanal 59 anliegt und dem Ansaugdruck des Ansaugstromes entspricht.

Die Einrichtung 53 arbeitet so, daß das Rückführungsventil 52 in einer bestimmten geeigneten Öffnungsstellung nach Maßgabe des Steuerdruckes offen gehalten wird, der von dem Verstärker 56 geliefert wird. Somit kann eine entsprechende Abgasmenge durch den Kanal 51 zu dem Einlaßkanal 8 gehen. Das in den Einlaßkanal 8 eingeleitete Verbrennungsgas wird zusammen mit dem Ansauggemisch in die Brennkammer 5 geleitet und dient dazu, eine Steigerung der Verbrennungstemperatur zu unterdrücken, wodurch die Erzeugung von Stickoxiden vermindert wird.

Bei den dargestellten Brennkraftmaschinen wird das Verbrennungsgas in den Einlaß kanal 8 zwischen dem Steuerventil 14 und der Drosselklappe 18 derart eingeleitet, daß bei irgendeinem Anstieg des gesamten Ansaugstromes eine entsprechende Zunahme des Stromes bewirkt wird, der durch den Hilfskanal 8c geht. Hierdurch wird die Stromungsgeschwindigkeit durch den Drosselabschnitt 8b gesteigert. Es ist darauf hinzuweisen, daß der gesamte Ansaugstrom angesaugtes Frischgemisch, das die Drosselklappe 18 passiert hat, und Verbrennungsgas umfaßt, das von der Auslaßleitung 7 zurückgeführt worden ist, und teilweise durch das Steuerventil 14 und durch den Haupteinlaßkanal 8a durchgegangen ist und zu der Brennkammer gelangt. Der Hauptteil des gesamten Ansauggemisch.es geht jedoch durch den Hilfskanal 8c zu dem Hauptkanal 8a und gelangt in die Nähe des Einlaßventiles 9· Das insgesamt eingeleitete und angesaugte Gemisch wird über den Düsenabschnitt 8b während des Ansaughubes mit einer hohen Geschwindigkeit ausgegeben, bei dem das Einlaßventil 9 offen ist. Das über den Düsenabschnitt 8b ausgegebene, insgesamt

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eingeleitete Gasgemisch geht durch die Einlaßöffnung durch und gelangt in die Brennkammer 5» wobei eine intensive Verwirbelung und !Turbulenz erzeugt werden.

Die Verwirbelung und Turbulenz ist im Vergleich zum Leerlaufbetrieb aufgrund der Tatsache verstärkt, daß der Anteil des angesaugten Frischgemisches großer ist. Selbstverständlich werden durch das Einleiten des Verbrennungsgases in den Einlaß kanal auf die zuvor beschriebene Art und Weise die Verwirbelung und Turbulenz weiter verstärkt. Wie im Leerlaufbetrieb tragen die Verwirbelung und die Turbulenz zu einer schnellen Verbrennung des eingeleiteten Gemisches bei, wodurch eine vergrößerte Verbrennungsleistung und eine stabile Arbeitsweise erreicht werden.

Wie zuvor beschrieben, kann im Hinblick auf die Verbrennungsleistung ein nachteiliger Effekt auftreten, wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit übermäßig schnell ist. Insbesondere liegt der Zündzeitpunkt im Teillastbereich später als der Zündzeitpunkt im Vollastbereich. In Figur 5 sind mit den Kurvenzügen a und b tatsächliche Zündzeitwerte wiedergegeben, die sich bei einer üblichen, nach dem Zentrifugalprinzip arbeitenden Zündvoreileinrichtung ergeben. Wenn der gewünschte Zündzeitpunkt, wie mit der Linie h in Figur 5 angedeutet, verzögert werden soll, muß entweder irgendeine Einrichtung vorgesehen sein, die den tatsächlichen Zündzeitpunkt derart verstellt, daß er in der Fähe des Zündzeitpunktes liegt, oder die den gewünschten Zündzeitpunkt derart steuert, daß er in der Nähe des tatsächlichen Zündzeitpunktes liegt, der durch die Linie a oder b dargestellt ist.

Da der Zündzeitpunkt bzw. die Zündfolge nach den Kurvenzügen a oder b derart bestimmt ist, daß man ein zufriedenstellendes Ergebnis im Vollastbetrieb erhält,

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ist meist eine zusätzliche Einrichtung erforderlich, die eine weitere Verstellung im Teillastbetrieb vornimmt. Hierzu besitzen übliche Brennkraftmaschinen eine in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Zünd— voreileinrichtung, mit der erreicht wird, daß der Zündzeitpunkt, wie mit der Linie c in Figur 5 angedeutet, im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine verstellt wird. Wie die Ausführungsformen nach der Zeichnung zeigen, wird eine derartige in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Zündvoreileinrichtung nicht mehr benotigt, da der Ansaugstrom durch den Hilfskanal 8c entsprechend dadurch gesteuert wird, daß die minimale Öffnungsstellung des Steuerventiles 14- auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Das zu dem Einlaßkanal 8 zurückgeführte Verbrennungsgas bewirkt eine Verminderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird der gewünschte Zündzeitpunkt beim Teillastbetrieb dem Zündzeitpunkt beim Vollastbetrieb dadurch angenähert, daß man die minimale Öffnungsstellung des Steuerventiles 14 auf etwa 5 bis 20°, zweckmäßigerweise 15°, einstellt und das Verbrennungsgas in den Einlaßkanal 8 in einer Menge zurückleitet, die sich auf etwa 5 % des gesamten Einlaßgemisches beläuft. Erfindungsgemäß kann somit die Zündfolgen- bzw. Zündzeitpunktsteuereinrichtung vereinfacht werden, da nur die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitenden Steuereinrichtungen zufriedenstellende Ergebnisse mit sich bringen.

Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist ein einziges Steuerventil in der Ansaughauptleitung vorgesehen, so daß dieses zur Regelung aller Zylinder dient. Bei dieser Auslegung ist die Strömungsgeschwindigkeit durch den Düsenabschnitt 8b kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit bei der Ausführungsform nach Figur 1, bei der ein

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Steuerventil 14 für jeden Zylinder vorgeseilen ist. Somit kann bei der Ausführungsform nach, Pigur 6 die minimale Öffnungsstellung des Steuerventiles 14 etwa Null sein, so daß nahezu das gesamte und an der Drosselklappe 18 vorbeigehende Gemisch über den Hilfseinlaßkanal 8c in die Brennkammer 5 gelangt. Bei dieser speziellen Ausbildungsform wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsflamme selbst dann nicht übermäßig schnell, wenn das Steuerventil 14 vollständig geschlossen ist. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird dadurch verzögert, daß Verbrennungsgase in den Einlaßkanal 8 zurückgeleitet werden. Somit liegt der gewünschte Zündzeitpunkt im Teillastbetrieb früher als der Zündzeitpunkt im Vollastbetrieb. Bei dieser Ausführungsform ist deshalb eine in Abhängigkeit von dem Saugdruck arbeitende Zündvoreileinrichtung 46 vorgesehen. Die Einrichtung 46 kann in ihrem Aufbau ähnlich wie übliche derartige Einrichtungen ausgelegt sein, jedoch, ist der von der Einrichtung 46 vorgegebene Zündzeitpunkt selbstverständlich im Vergleich zu dem Zündzeitpunkt verzögert, der bei äquivalenten Arbeitsbereichen bei üblichen Brennkraftmaschinen auftritt.

Um die Erzeugung von Stickoxiden auf ein befriedigendes Maß zu vermindern, kann es bei einigen Anwendungsfällen erforderlich sein, die Menge der zurückgeführten Verbrennungsgase auf etwa 10 % oder mehr der gesamten Ansauggemischmenge zu steigern. Hierbei wurden bei üblichen Brennkraftmaschinen Schwierigkeiten festgestellt, die darin zu sehen sind, daß eine stabile Verbrennung nicht mehr sichergestellt werden kann. Bei der Erfindung hingegen kann ein stabiler gleichmäßiger und weicher Betrieb der Brennkraftmaschine selbst dann sichergestellt werden, wenn keine beträchtliche Verbesserung der Verbrennungsleistung erzielt wird.

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-JZO-

Wenn die Drosselklappe 18 weiter geöffnet wird, um eine Motorleistung zu erreichen, die 15 bis 20 % der maximalen Motorleistung beträgt, schwächt sich der Ansaugdruck stromabwärts der Drosselklappe ab und das Steuerventil 14 wird schnell in seine in Figur 10 gezeigte öffnungsstellung gebracht. Sobald das Steuerventil 14 über seine vorbestimmte öffnungs stellung hinaus geöffnet worden ist, wird ein Teil des Ansauggemisches so umgeleitet, daß es durch den Hauptansaugkanal 8a zu der Brennkammer 5 gelangt. Hierbei wird jedoch die Ansaugluftmenge adäquat erhöht und eine stabile und wirksame Verbrennung kann sichergestellt werden, ohne daß man hierzu die mit hoher Geschwindigkeit strömende Strömung durch den Hilfskanal benötigt. Das Steuerventil 14 wird in seine vollständige Öffnungsstellung schließlich bei maximaler Motorleistung bewegt, um jegliche Verminderung der Abgabeleistung infolge einer Zunahme des Strömungswiderstandes im Einlaßkanal zu vermeiden.

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Claims

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Patentansprüche

A. GRÜNECKER

Of¹I--ING.

H. KtNKELDEY

DR-INCl

W. STOCKMAIR

OA-INa-AaE(CMIBOt

K. SCHUMANN

ORWnNAT-OlPL-WIlS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

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8 MÜNCHEN

MAXlMILIANSTRASea

22. Dez. 1978 P 13 436

YAMAHA. HATSIJDOKI EABUSHIKI KAISHA

ΪΓο. 25ΟΟ, Shicgai, Iwata-sii, Shizuoka-ken, Japan

My Brennkraftmaschine mit einer Zündzeitpunktverstellungseinrichtung, die eine in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine arbeitende Zündvoreileinrichtung umfaßt, gekennzeichnet durch einen Einlaßkanal (8), der einen Hauptkanal (8a), der über ein Einlaßventil (9) mit der Brennkammer (5) in Verbindung steht und einen Hilfskanal (8c) umfaßt, der in den Hauptkanal (8) in der Nähe der Einlaßöffnung über einen Düsenabschnitt (8b) mündet, der einen relativ kleinen Öffnungsquerschnitt hat und der in Richtung auf die Brennkammer (5) weist, durch eine manuell betätigbare Drosselklappe (18), die in dem Einlaßkanal (8) vorgesehen ist, durch ein Steuerventil (14), das in dem Hauptkanal (8a) vorgesehen ist und die durchgehende Strömung drosselt, und durch eine Steuereinrichtung (14a, 14b, 22), die das Steuer ventil (14) in einer minimalen Öffnungsstellung hält, wenn die Drosselklappe (18) ihre minimale Öffnungsstellung einnimmt.

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2. Brennkraftmaschine nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14a, 14b, 22) derart ausgelegt ist, daß sie das Steuerventil (14) in einer minimalen Öffnungsstellung im unteren Lastbereich hält, indem die Drosselklappe (8) geringfügig offen ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Öffnungsstellung des Steuerventiles (14) derart bestimmt ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch den Hilfskanal (8c) entsprechend steuerbar ist, und daß der gewünschte Zündzeitpunkt im Teillastbetrieb etwa mit dem tatsächlichen Zündzeitpunkt zusammenfällt, der von der Zündzeitpunktvoreileinrichtung (46) vorgegeben wird.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (18) in dem Hauptkanal (8a) vorgesehen ist, und daß ein stromaufwärtiges Ende des Hilfskanals (8c) mit dem Hauptkanal (8a) an einer.Stelle zwischen der Drosselklappe (18) und dem Steuerventil (14) verbunden ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (18) im Hilfskanal (8c) vorgesehen ist, und daß ein stromaufwärtiges Ende des Hilfskanals (8c) zur Umgebung offen ist (Figuren Λ bis 4).
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Terbrennungsgasrückführungsleitung (51)» die den Auslaßkanal (11) mit dem Einlaßkanal (8) derart verbindet, daß ein

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Teil des Abgases in den Einlaßkanal (8) zurückgeführt wird.
7· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunktsteuereinrichtung eine in Abhängigkeit von dem Ansaugdruck arbeitende Zündvoreileinrichtung umfaßt (Figur 6).
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1,2, 3 und 7» bei der mehrere Zylinder mit einer entsprechenden Zahl von Einlaßkanälen verbunden sind, die über eine gemeinsame Ansaughauptleitung O2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (18) und das Steuerventil (1*0 in der Hauptleitung (12) vorgesehen sind (Figuren und 7).
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

3 mit mehreren Zylindern, die über eine entsprechende Anzahl von Ansaugkanälen verbunden sind, die über eine gemeinsame Ansaughauptleitung (12) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (18) in der Hauptleitung (12) vorgesehen ist und daß das Steuerventil (14) jeweils in dem Einlaßkanal (8) vorgesehen ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1,2, 3, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Öffnungsstellung des Steuerventiles (14) um weniger als 20° von der Schließstellung wegliegt, und daß diese minimale Öffnungsstellung im unteren Lastbereich beibehalten wird, bei, ',.:-. dem die Motorleistung kleiner als ein Fünftel der maximalen Motorleistung ist.

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