DE3033679C2

DE3033679C2 - Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3033679C2
Application number: DE3033679A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamamatsu Shizuoka Yokoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1986-01-30
Also published as: DE3033679A1

Description

Im folgenden wird die Brennkraftmaschine anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine systematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine Längsschnittansicht durch die Brennkraftmaschine nach F i g. I,

F i g. 3 eine Querschnittsansicht eines Teils der Brennkraftmaschine nach F i g. 2,

F i g. 4 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Dnrstellung einer Brennkraftmaschine, und

F i g. 5 eine Darstellung eines Venturiabschnittes und der Drosselklappe.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier, in Serie angeordneten Zylindern. Die Brennkraftmaschine weist wie üblich jeweils einen Zylinder 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Kolben 4 auf, welche jeweils eine Brennkammer bilden. In jede der vier Brennkammern 5 öffnet sich eine Ansaugöffnung 6 und eine Ausströmöffnung 7, die jeweils im Zylinderkopf 3 ausgebildet sind. Die Ansaug- und Ausströmöffnungen 6 und 7 werden jeweils durch ein Ansaugventil 8 und ein nicht dargestelltes Abgasventil geöffnet oder geschlossen. Das Ansaugventil 8 wird durch einen Steuermechanismus gesteuert, der einen Necken 9 und einen Kipphebel 10 aufweist; das Abgasventil wird ebenfalls durch einen nicht dargestellten, entsprechenden Steuermechanismus gesteuert

Die Ansaugöffnung 6 ist mit einem Ansaugkrümmer 11 verbunden, während die Auströmöffnung 7 mit einem Auspuffrohr 12 verbunden ist Ein Ansaugkrümmer 11 ist an den Vergaser 13 angeschlossen.

Die Ansaugöffnung 6 und der Ansaugkrümmer 11 bilden einen Hauptansaugweg, der sich vom Vergaser 13 zur Brennkammer 5 erstreckt Die Ansaugöffnung 6 weist nach F i g. 3 etwa in Tangentialrichtung zur Wand der Brennkammer 5 des Zylinders 2, so daß das über die Ansaugöffnung 6 zugeführten Gasgemisch einen Wirbel um die Achse des Zylinders 2 innerhalb der Brennkammer 5 hervorruft. Der Wirbel wird derart erzeugt, daß er an einer Zündkerze 15 vorbeistreicht und sich dann in Richtung der Ausströmöffnung 7 bewegt Die Ansaugöffnung 6 ist nicht mit einer extremen, richtungsgebenden Charakteristik konzipiert, damit ihr volumetrischer Wirkungsgrad unter starker Belastung nicht abfällt.

Jeder Brennkammer 5 wird während des Ansaughubes Gas vom Nebenansaugweg 14 sowie ein Gasgemisch vom Hauptansaugweg zugeführt Der Nebenansaugweg 14 wird durch vier Abzweigungen 14a gebildet, d. h. einer der Zylinderzahl entsprechenden Zahl und durch einen eine Sammelleitung 146 bildenden Weg mit größerem Durchmesser, zu welchem alle Abzweigungen 14a führen; die wirksame Querschnittsfläche des Nebenansaugweges 14 ist ausreichend kleiner als die des Hauptansaugweges gestaltet. Das Ende jeder Abzweigung 14a, d. h. die Ausströmöffnung des Nebenansaugweges 14, ist Teil einer Ausströmöffnung 14c mit kleinem Durchmesser (F i g. 2), die sich gerade oberhalb des Ansaugventils 8 öffnet und gemäß F i g. 3 in Tangentialrichtung auf die Brennkammer 5 gerichtet ist.

Wenn Gas in die Brennkammer 5 über die Ausströmöffnung 14c hineingeführt bzw. angesaugt wird, wird ein Wirbel erzeugt, der sich in gleicher Richtung wie das Gasgemisch vom Hauptansaugweg dreht.

Die Einströmseite des Nebenansaugweges 14 öffnet sich bei dieser Ausführungsform über einen Luftfilter in die Atmosphäre. Die Sammelleitung 14b ist mit einer Steuereinrichtung 17 versehe», um die Gasmenge zu steuern, welche vom Nebenansaugweg zugeführt wird.

Die Steuereinrichtung 17 dient wenigstens zur Reduzierung der wirksamen Öffnungsfläche des Nebenansaugweges 14 während des Leerlaufzustandes.
Die Steuereinrichtung 17 kann als ein Ventil ausgebildet sein, welches mechanisch mit der in Fig. 1 nicht dargestellten Drosselklappe des Vergasers 13 verbunden ist oder als ein Ventil, das durch den Unterdruck im Hauptansaugweg betätigt wird.
Ein Auspuffsystem, welches von der Ausströmöffnung 7 über das Auspuffrohr 12 zu einem Schalldämpfer 18 führt, weist ein Ansaugrohr 19 für Sekundärluft auf, welches an den Schalldämpfer 18 angeschlossen ist und stromab der Ansaugöffnung 19a für Sekundärluft einen Oxydationskatalysator 20 aufweist Eine Einrichtung 21 zur Zuführung von Sekundärluft ist mit dem Ansaugrohr 19 verbunden und kann als Reed-VentiL welches durch den pulsierenden Druck des Abgases in gleicher Weise wie eine übliche Einrichtung betrieben wird, ausgeführt sein, oder als Pumpe zur Zuführung von Sekun-

därluft ausgebildet sein. Ein Rohr 22 zur Abgasrückführung zweigt von dem Auspuffsystem in der Mitte zwischen der Ansaugöffnung 19a und dem Katalysator 20 ab; das Ende des Rohres 22 ist an deii Anschluß des Ansaugkrümmers 11 stromab des Vergasers 13 angeschlossen. Ein Ventil 23 dient zur Einstellung des Verhältnisses der Abgasrückführung und ist an das Rohr 22 angeschlossen.

Das Ventil 23 kann beispielsweise unterdruckgesteuert sein. Mit 24 ist ein Abgasauslaß bezeichnet

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Belastungen erläutert.

(1) Betrieb bei geringer und mittlerer Belastung:

Dieser Bereich entspricht dem sogenannten normalen Betrieb, während welchem die öffnung der Drosselklappe 25 (F i g. 4) des Vergasers 13 relativ wenig geöffnet ist während das Ventil 23 weit genug geöffnet ist und auch die Steuereinrichtung 17 für den Nebenansaugweg weit genug geöffnet ist.

Unter diesen Bedingungen wird das Gasgemisch, welches im Vergaser 13 gebildet wird, und das von dem Rohr 22 hergeführte Abgas über den Hauptansaugweg in die Brennkammer 5 geführt, während vom Nebenansaugweg 14 herbeigeleitete Luft getrennt zur Brennkammer 5 geführt wird. Der Wirbel des Gasgemisches, das der Brennkammer 5 zugeführt wird, wird durch die Richtungswirkung der Ansaugöffnung 6 zur Unterstützung des Wirbels gefördert, wie auch durch die Wirkung

so der Luft die vom Nebenansaugweg 14 zugeführt wird; demzufolge wird die Verbrennung wegen der homogenisierten Zerstäubung des Gasgemisches und einer erhöhten Geschwindigkeit der Verbrennungsausbreitung beschleunigt.

Der in der Brennkammer 5 erzeugrte Ansaugunterdruck ist so groß, daß eine extrem große Druckdifferenz zwischen der Einströmseite und der Ausströmöffnung des Nebenansaugweges 14 hervorgerufen wird, d.h. zwischen der Ausströmöffnung Mc und dem Luftfilter 16, welches mit der Atmosphäre in Verbindung steht Damit strömt die Luft von der Ausströmöffnung 14c mit sehr hoher Geschwindigkeit (nahe dem Schallbereich), so daß der Wirbel wesentlich verstärkt wird. Daher kann eine starke Abgasrückführung ohne Beeinträchtigung der Motorleistung ausgeführt werden.

In diesem Belastungsbereich kann die Abgasrückführung auf 10% bis 25% mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 15 bis 16 nahe Hp«; thpnrptic-^or· \/»-uki—:-

wertes von Luft/Kraftstoff erhöht werden, ohne daß der Zündwinkel vorgestellt wird, wie es erforderlich wäre, um ein durch die Abgasrückführung hervorgerufenes Klopfen zu vermeiden. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist dabei das Verhältnis zwischen der Luftmenge, die von den beiden Ansaugwegen in die Brennkammer 5 geführt wird, und der Kraftstoffmenge, die vom Hauptansaugweg zugeführt wird.

Um eine Fehlzündung zu vermeiden, wird das Verhältnis G/F, d. h. das Verhältnis zwischen der gesamten Gasmenge (Luft und Abgas), welche der Brennkammer zugeführt wird, und der Kraftstoffmenge auf weniger als 21 eingestellt.

Die Zuführung der Gase von den beiden Ansaugwegen zu der Brennkammer 5 wird vorteilhaft zeitlich auf den Betrieb des Ansaugventiles 8 abgestimmt.

(2) Betrieb im Bereich starker Belastung:

In diesem Bereich bei weit geöffneter Drosselklappe des Vergasers 13 bewirken die effektiven Öffnungsquerschnitte der beiden Ansaugwege, daß die von dem Nebenansaugweg 14 zugeführte Luftmenge relativ klein gegenüber der Gasmenge ist, die vom Hauptansaugweg zugeführt wird. Daher ist die Wirbelerzeugung, die durch die Strömung von dem Nebenansaugweg 14 hervorgerufen wird, relativ klein.

Es stellt jedoch in diesem Fall kein Problem dar, daß eine starke Abgasrückführung nicht möglich ist, da der durch die Richtungswirkung der Ansaugöffnung 6 hervorgerufene Wirbel stark ist und die ΝΟ,-Reduktion nicht so wichtig ist, wie die Entwicklung einer ausreichenden Ausgangsleistung in diesem Betriebsbereich. In diesem Fall wird ebenfalls ein Gasgemisch mit dem Verhältnis Luft/Kraftstoff von 15 bis 16, welches nahe dem theoretischen Verhältnis liegt, zu der Brennkammer 5 geführt

(3) Unbelasteter Betrieb (Leerlauf):

In diesem Betriebsbereich ist die Drosselklappe im Vergaser 13 nahezu geschlossen und Kraftstoff wird durch eine nicht dargestellte Leerlauföffnung des Vergasers 13 angesaugt. Ein großer Unterdruck gelangt in die Brennkammer 5; entsprechend wird die öffnung der Steuereinrichtung 17 für den Nebenansaugweg 14 verkleinert, um die Luftmenge vom Nebenansaugweg 14 zu reduzieren. Dies ist notwendig, weil eine Fehlzündung wahrscheinlich wegen einer zugeführten überschüssigen Luftmenge gegenüber der Kraftstoffmenge auftritt, wenn der wirksame Öffnungsquerschnitt des Nebenansaugweges 14 groß bliebe. Auch in diesem Fall wird wegen der Erzeugung eines sehr starken Wirbels die Geschwindigkeit der Verbrennung verbessert und die notwendige Menge an Kraftstoff im Gasgemisch reduziert Der Kraftstoff wird mit etwa dem theoretischen Wert A/F in die Brennkammer 5 geleitet Damit wird die Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu dem Betrieb bei A/F von etwa 12 im Falle einer üblichen Einrichtung zur Reduzierung von NO₁ wesentlich verbessert

In den vorstehend beschriebenen Fällen werden HC und CO (insbesondere HC, das in größerem Ausmaß produziert wird), die in dem Abgas mit zunehmender Menge als Folge einer starken Abgasrückführung enthalten sind, zur Oxydation gebracht und unschädlich gemacht indem Sekundärluft und ein Oxydationskatalysator 20 verwendet werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 öffnet sich die Einströmöffnung des Nebenansaugweges 14 in einen Kanal zwischen der Drosselklappe 25 und dem Venturiabschnitt 26 des Vergasers 13. Dadurch wird die gesamte Luft die zu der Brennkammer 5 geführt wird, am Venturiabschnitt 26 gemessen; dies ist günstig für eine Sicherung eines bestimmten Wertes A/F (Luft/Kraftstoff-Verhältnis).

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist das Ende der Sammelleitung 14ύ des Nebenansaugweges 14 in zwei

ίο Einströmöffnungen i4d und 14e gegabelt, die jeweils als Eingangskanäle in einen Kanal des Vergasers 13 geöffnet sind. Die stromab liegende Einströmöffnung Hd befindet sich an einer solchen Position, daß sie durch die Drosselklappe 25 (durch eine ausgezeichnete Linie angedeutet) während des Leerlaufes geschlossen werden kann und stromaufwärts der Drosselklappe 25 zu liegen kommt wenn letztere geöffnet ist

Die stromauf liegende Einströmöffnung 14e ist zwischen der Drosselklappe 25 und dem Venturiabschnitt 26 angeordnet. Während des Leerlaufes wird der wirksame Öffnungsquerschnitt des Nebenansaugweges 14 kleiner als während eines Betriebs mit leichter und mittlerer Belastung eingestellt Die Einströmöffnung 14d und die Drosselklappe 25 bilden die Steuereinrichtung 17 für den Nebenansaugweg, wodurch der Mechanismus im Vergleich zu dem Fall eines Steuerventils vereinfacht wird, das separat angeordnet wird. Die zur Brennkammer 5 geführte Luft wird unverändert am Venturiabschnitt 26 gemessen, was zur Gewährleistung eines bestimmten Wertes A/F günstig ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Ende des Nebenansaugweges 14 gegabelt. Das Ende des Nebenansaugweges 14 kann in mehr als zwei Abzweigungen geteilt sein, wobei die eine Einströmöffnung an einer solchen Position angeordnet ist, daß sie durch die Drosselklappe 25 während des Leerlaufes geschlossen wird und die anderen Einströmöffnungen sich in den Abschnitt zwischen der Drosselklappe 25 und dem Venturiabschnitt 26 öffnen. Sowohl bei der Ausführungsform nach F i g. 4 als auch bei der Ausführungsform nach F i g. 5 strömt ein Gasgemisch durch den Nebenansaugweg 14 während des Betriebs mit geringer bis starker Belastung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Aus dem JP-Abstract 54-58 129 ist eine Viertakt-Patentansprüche: Brennkraftmaschine mit einem Hauptansaugweg und einem Nebenansaugweg mit gegenüber dem Hauptan-

1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Haupt- saugweg kleinerem wirksamen Öffnungsquerschnitt beansaugweg, der sich vom Vergaser zur Brennkam- 5 kannr, bei der die Ansaugöffnung zum Zwecke der Wirmer erstreckt und sich in die Brennkammer öffnet, belerzeugung spiralförmig ausgebildet ist Die Wirbelmit einer Leitung zur Rückführung von Abgas in den erzeugung resultiert aus der spiralförmigen Ansaugöf f-Hauptansaugweg, mit einem Nebenansaugweg, der nung, so daß die öffnung des Ncbenansaugweges in die gegenüber dem Hauptansaugweg einen kleineren spiralförmige Ansaugöffnung keine wesentliche Verwirksamen Öffnungsquerschnitt aufweist, mit einem 10 Stärkung der Wirbelerzeugung bewirkt
Ansaugventil zwischen dem Hauptansaugweg und In der DE-PS 9 39 780 ist eine Brennkraftmaschine der betreffenden Brennkammer, mit einer Steuer- beschrieben, bei der ein Nebenansaugweg zusätzlich einrichtung (17) zur Steuerung des über den Neben- zum Hauptansaugweg vorgesehen und im wesentlichen ansaugweg strömenden Gasvolumens durch Redu- axial in den Brennraum geführt ist Der über den Hauptzierung des wirksamen Öffnungsquerschnittes des 15· ansaugweg geführte Gasstrom wird nicht in Form eines Nebenansaugweges wenigstens zur Zeit des Leer- Wirbels in die Brennkammer eingeleitet

laufes, wobei der Hauptansaugweg derart ausge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vierrichtet ist, daß das Gasgemisch vom Hauptansaug- takt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weg unter Erzeugung eines Wirbels in der Brenn- derart zu verbessern, daß zur Erzielung einer großen kanuner (5) in diese strömt, wobei die Ausströmöff- 20 Abgasrückführmenge ein starker Wirbel im angezeignung des Nebenansaugweges oberhalb des Ansaug- ten Gasgemisch erzeugt wird und gleichzeitig das Gasventils in den Hauptansaugweg mündet, dadurch gemisch entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung einstellbar ist

(14ς/ des Nebenansaugweges (14) zur Verstärkung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

des vom Hauptansaugweg erzeugten Wirbels auf die 25 Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentan-

Seitenwand der Brennkammer (5) gerichtet ist, und spruchs 1 gelöst

die Ausströmöffnung-(14cJ des Nebenansaugweges Weitere Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine er-(14) in wenigstens zwei Abzweigungen (14a,} aufge- geben sich aus den Unteransprüchen,
teilt ist, daß die Einströmseite des Nebenansaugwe- Durch die Wirbelerzeugung in dem zur Brennkamges (14) mindestens zwei Einströmöffnungen (14c/, 30 mer geleiteten Gasgemisch wird eine große Abgasrück- 14) aufweisen, die sich in den Strömungskanal des führmenge und eine Reduzierung des NO,-Wertes auf Vergasers (13) derart öffnen, daß die eine Einström- einen zufriedenstellenden Wert erreicht, ohne daß eine öffnung (i4d) während des Leerlaufbetriebes durch Vorstellung des ZUndwinkels erforderlich ist Die vom die Drosselklappe (25) schließbar ist, während die Hauptansaugweg zugeführte Gasgemischströmung ruft anderen Einströmöffnungen stromauf der Drossel- 35 in der Brennkammer einen starken Wirbel hervor woklappe (25) angeordnet sind, so daß die Steuerein- durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrenrichtung (17) durch die Drosselklappe (25) und dieje- nung verbessert und die Leistung der Brennkraftrnanige Einströmöffnung (I4d) gebildet ist welche schine während der Abgasrückführung nicht reduziert durch die Drosselklappe (25) schließbar ist. wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch 40 Durch einen relativ einfachen Aufbau des Ansaugsygekennzeichnet, daß die anderen Einströmöffnun- stems der Brennkraftmaschine wird eine große Abgasgen stromab des Venturiabschnittes (26) des Verga- rückführmenge und eine Reduzierung von HC, CO und sers (13) angeordnet sind. NO_x bei gleichzeitiger Verringerung des Brennstoffver-

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, brauches erreicht. Die Wirbelerzeugung im Gasgemisch dadurch gekennzeichnet daß die Einströmseite des 45 ist abhängig von der Strömungsrichtung des Gasgemi-Nebenansaugweges (14) zwischen der Drosselklap- sches aus dem Hauptansaugweg. Der Nebenansaugweg pe (25) und dem Venturiabschnitt (26) des Vergasers weist eine geringere wirksame Querschnittsfläche als (13) angeordnet ist der Hauptansaugweg auf, wobei die Zuführung des

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, Gasgemisches in die Brennkammer eine Verstärkung dadurch gekennzeichnet daß die Einströmseite des 50 des Wirbels in dem vom Hauptansaugweg zugeführten Nebenansaugweges (14) über ein Luftfilter (16) mit Gasgemisch hervorruft Die Erzeugung eines derart der Atmosphäre in Verbindung steht. starken Wirbels ermöglicht eine sehr große Abgasrückführmenge, insbesondere kann die Abgasrückführmen-

ge bis zu 25% erhöht werden, und eine starke Unter-

55 drückung der ΝΟ,-Erzeugung gewährleistet werden. Diese Vorteile werden bei Verwendung eines handels-

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftma- üblichen Vergasers erreicht, wobei die Größe des Hub-

schine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. raumes weder nach unten noch nach oben beschränkt

Eine Viertaktbrennkraftmaschine entsprechend dem ist Insbesondere ist keine Einstellung bzw. Verstellung Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 60 des Zündwinkels während des Betriebs der Abgasrück-28 091 bekannt Bei dieser Viertakt-Brennkraftma- führung und keine Zuführung des fetteren Gasgemischine ist die Ausströmöffnung des Nebenansaugweges sches erforderlich, was zu einer erheblichen Kraftstoffnicht auf die Seitenwand der Brennkammer gerichtet, einsparung führt. Die Leistung der Brennkraftmaschine infolgedessen der vom Hauptansaugweg erzeugte Wir- wird auch während einer großen Abgasrückführmenge bei nicht durch die Strömung über den Nebenansaug- 65 nicht verschlechtert. Während des Leerlaufes, wenn keiweg verstärkt werden kann. Der Nebenansaugweg ne große Abgasrückführmenge erforderlich ist, wird die dient hierbei der Zuführung von Abgas zum Ansaugbe- Zuführung des Gasgemisches über den Nebenansaugreich. weg kontrolliert, um Fehlzündungen zu verhindern.