DE3131066A1

DE3131066A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3131066A1
Application number: DE19813131066
Authority: DE
Inventors: Kenichi Aoyagi; Yuzuru Namba; Hiroshi Hamamatsu Shizuoka Yokoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1980-08-13
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1982-05-27
Also published as: FR2549897A1; CA1191402A; GB2085964B; DE3131066C2; IT8123471A0; IT1137870B; US4553514A; GB2085964A; FR2488653A1; FR2488653B1; US4450803A

Description

Brennkraf tma schine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge muss nicht nur die Reinigung des Abgases, sondern auch der Kraftstoffverbrauch verbessert werden. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, wird die sogenannte Abgasrückführung (EGR) und eine magere Verbrennung häufig ausgeführt. Um Schwankungen während der Verbrennung zu verhindern, ebenso wie eine Fehlzündung, während sowohl die vorstehenden beiden Erfordernisse erfüllt werden, wird für eine starke Abgasrückführung und eine magere Verbrennung vorzugsweise die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht.

S/Ne

Um die Verbrennungsgeschwindigkeit anzuheben, wurden bereits verschiedene Ansaugsysterne vorgeschlagen, in welchen ein Nebenansaugweg getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist und dazu dient, Gas in die Brennkammer bzw. Verbrennungskammer einzuführen, wodurch ein Wirbel des angesaugten Gases in der Brennkammer hervorgerufen wird.

Ein derartiges Ansaugsystem, welches einen Nebenansaugweg ent- j hält, ist jedoch noch nicht in die Praxis umgesetzt worden und hängt im wesentlichen hinsichtlich der praktischen Anwendbarkeit von weiteren Forschungen ab. Bei dem bekannten Ansaugsystem besteht wegen einer nicht ausreichenden Wirbelerzeugung eine Grenze gegenüber einer mageren Verbrennung und eine wesentliche Verbesserung des Kraftstoffverbrauches kann nicht erwartet werden, wenn eine starke Abgasrückführung ausgeführt wird; vorangige Massnahmen werden hinsichtlich der Steuerung der Abgasemission Und insbesondere hinsichtlich der Reduktion in der NO -Emission vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche eine starke Abgasrückführung sowie eine magere Verbrennung zum Zwecke der Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und der Reduzierung der Emission von schädlichen Gasen infolge der Erzeugung eines starken Wirbels durch einen Nebenansaugweg ermöglicht, der getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft insbesondere eine Brennkraftmaschine, bei der der Gehalt an schädlichen Abgasen, insbesondere an Stickstoffoxiden (Ν0_χ) verbessert wird und somit die Fahrtkosten reduziert bzw. die Leistung verbessert wird.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, bei der das Ausströmende des Nebenansaugweges sich in einer solchen Richtung öffnet, dass die Öffnungsrichtung innerhalb eines Bereichs liegt, dass, in einer Ebene senkrecht zur Achse des Zylinders, die Linie, welche sich in der Öffnungsrichtung des Nebenansaugweges erstreckt, unter einem Winkel von +20° bis 110° gegenüber derjenigen Linie steht, welche den Mittelpunkt der Ansaugöffnung und die Achse des Zylinders verbindet, wodurch ein intensiverer Wirbel im angesaugten Gas erzeugt werden kann, um die Grenze der mageren Verbrennung zu verbessern.

Ferner schafft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, bei welcher der Abstand zwischen dem Ausströmende des Nebenansaugwegps und der Fläche eines Ansaugventils in dessen geschlossener Lage (ein Ventil, das dem Kreis eines Ventilsitzes des Ansaugventiles gegenüberliegt) nicht grosser als der Innendurchmesser des Hauptansaugweges ist, wodurch ein intensiverer Wirbel des Ansauggases erzeugt werden kann, um die Grenze bzw. Grenzlinie der mageren - Verbrennung anzuheben.

Die Erfindung schafft ferner eine Brennkraftmaschine, bei der das Ausströmende des Nebenansaugweges innerhalb eines Kreises (einer Kugel) liegt, deren Mittelpunkt dem Entzündungspunkt einer Zündkerze entspricht, wobei dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Zylinders ist und ferner das Ausströmende innerhalb eines Bereiches von -1 mm gegenüber der Ebene liegt, welche sowohl die Mittelinie einer Stange des AnSäugventiles und diejenige von Berührungspunkten zwischen einem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis des Ventilsitzes des Ansaugventiles und eine Linie enthält, die vom Zündpunkt der Zündkerze, welche näher zur Wand des Zylinders liegt, gezogen ist, wodurch ein intensiverer Wirbel des angesaugten Gases erzeugt wird, um die Grenze der mageren.Verbrennung zu verbessern, d. h. in eine günstigere Richtung zu verschieben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer

Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsforrn der Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht eines wesentlichen Teils der Brennkraftmaschine nach Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 schematische Ansichten zur Veranschaulichung der Öffnungsrichtung des Ausströmendes des Nebenansaugweges, von der Innenseite des Zylinderkopfes betrachtet,

Fig. 6 .eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Öffnungsrichtung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Öffnungsrichtung,

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Öffnungsrichtung des Ausströmendes eines Nebenansaugweges, von der Innenseite eines Zylinderkopfes betrachtet,

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Öffnungsrichtung nach Fig. 8,

Fig.10 eine weitere Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit dem Ausströmende des Nebenansaugweges, von der Innenseite des Zylinderkopfes aus betrachtet,

Fig.11 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 10,

Fig.12 eine Vorderseitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 10 zur Veranschaulichung eines Rohrelementes,

Fig.13 eine vergrösserte Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer weiteren Ausführungsform der Brennkraftmaschine,

Fig.14 und 15 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Brennkraftmaschine nach Fig. 13,

Fig.16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Brennkraftmaschine,

Fig.17 eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils der Ausführungsform nach Fig. 16,

Fig.18 eine vergrösserte Längsschnittansicht zur Verdeutlichung des Lageverhältnisses zwischen dem Nebenansaug-

weg und dem Entzündungspunkt der Zündkerze für die Ausführungsform nach Fig. 17,

Fig.19 eine Aufsicht zur Veranschaulichung des Lageverhältnisses zwischen dem Nebenansaugweg und dem Zylinder bei der Ausführungsform nach Fig. 18,

Fig.20 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb der Grenze für eine stabile Verbrennung bei der Brennkraftmaschine sowie dem Abstand 1, und

Fig.21 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb der Grenze einer stabilen Verbrennung und einem Abstand n.

Tm folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung beschrieben. Bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine ist mit 1 ein Zylinder und mit 2 ein Zylinderkopf bezeichnet. Mit 3 ist ein Kolben angegeben, der in den Zylinder 1 eingesetzt ist. Mit 4 ist eine Brennkammer bezeichnet, die durch die vorstehend erwähnten Bauteile, nämlich den Zylinder 1, den Zylinderkopf 2 und den Kolben 3 festgelegt ist, wobei sich in diese Brennkammer ein Hauptansaugweg 5 öffnet. Der Hauptansaugweg 5 ist als Kanal konstruiert, der von einer Ansaugöffnung 6 im Zylinderkopf 2 über einen Ansaugkrümmer 7 und einen Vergaser 8 vom Zwei-Zylindertyp, der die Funktion der Kraftstoffzuführung hat, zu einem Filter 9 führt.

Das Ausströmende der Ansaugöffnung 6, d. h= das offene Ende, welches sich in die Brennkammer 4 öffnet, ist mit einem Ansaugventil 10 versehen, mittels welchem die Ansaugöffnung 6 geöffnet oder geschlossen wird. Ausserdem ist eine öffnung 11 für Abgas in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet, die durch ein Abgasventil 12 geöffnet oder geschlossen wird. Die beiden Ventile 10 und 12 werden durch einen Öffnungssteuermechanismus gesteuert,, der durch Rückholfedern 13 und 14, Nocken 16

3131Uöb

und 17 sowie Kipphebel 18 und 19 gebildet ist, welche durch eine Nockenwelle 15 usw. angetrieben werden, und zwar derart, dass sie im geschlossenen Zustand auf zugehörigen Ventilsitzen 20 und 21 aufsitzen.

Mit 22 ist ein Nebenansaugweg bezeichnet, der eine kleinere wirksame Öffnungsfläche als der Hauptansaugweg 5 aufweist. Der Nebenansaugweg 22 weist ein Rohrelement 22A auf,welches mit Preßsitz im Zylinderkopf 2 vorgesehen ist, um dadurch den auslasseitigen Endabschnitt des Nebenansaugweges zu bilden; ein Kanalabschnitt 22B ist in dem Ansaugkrümmer 7 ausgebildet. Ein Kanalabschnitt 22C befindet sich in dem Körper 8a des Vergasers 8 und zwei einlasseitige Enden 22D und 22E zweigen von dem Kanalabschnitt 22C ab und öffnen sich jeweils in den primären Kanalbereich 8b des Vergasers 8. Die beiden Kanalenden (Einlasse) 22D und 22E sind in Strömungsrichtung des Kanalabschnitts 8b in Abstand zueinander vorgesehen. Der stromauf liegende Einlass 22D ist zwischen dem primären Venturiabschnitt 8c und einer primären Drosselklappe 8d des Vergasers 8 vorgesehen und öffnet sich in diesem Zwischenraum, während ein stromab liegender Einlass 22E an einer solchen Position vorgesehen ist, bzw. sich an einer solchen Stelle öffnet, dass er im geschlossenen Zustand durch die primäre Drosselklappe 8d geschlossen wird, d. h. in der Leerlaufstellung.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Rohrelement 22A, welches den Auslassbereich bildet (d. h. den Endabschnitt auf der Seite der Verbrennungskammer 4\ des Nebenansaugweges 22_/einen Einström-Düsenabschnitt 22a mit einem reduzierten Durchmesser enthält, welcher in den Zylinderkopf 1 so eingesetzt ist, dass er in die Ansaugöffnung 6 stromaufwärts des Ansaugventiles 10 hineinragt und sich in die Ansaugöffnung 6 öffnet. Der verbleibende Basisendabschnitt des Rohrelementes 22A bildet einen Bohrungsabschnitt 22b, der unter Preßsitz in eine Aufnahmeöffnung 2a eingesetzt ist, die sich im Zylinderkopf 2 befindet. Diese Paßöffnung 2a öffnet sich mit ihrem einen Ende in die Ansaugöffnung 6 und mit ihrem anderen Ende in die Anschlusseite

-Tides Ansaugkrümmers 7. Das Rohrelement 22A kann in die Paßöffnung 2a von der Anschlusseite des Ansaugkrümmers 7 her hineingedrückt sein. Der Einström-Düsenabschnitt 22a des Rohrelementes 22A mit dem beschriebenen Aufbau ist derart konzipiert, dass ein Wirbel des angesaugten Gases auf der Achse des Zylinders 1 in der Brennkammer 4 hervorgerufen wird, wenn Gas von der Düse her einströmt bzw« zugeführt wird. Die Richtung des Einströmdüsenabschnittes 22a ist derart gewählt, dass ein intensiver Wirbel des angesaugten Gases hervorgerufen wird, wie dies noch beschrieben wird.

Die Ausrichtung des vorstehend beschriebenen Einströmdüsenabschnittes (Einspritzdüsenabschnittes) 22a ist bei dieser ersten Ausführungsform so gewählt, d.h„ die Öffnungsrichtung des Auslassendes des Nebenansaugweges 22 ist so gewählt, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben ist. Die Achse des Zylinders 1 ist mit O bezeichnet, das Zentrum des Abschnitts der Ansaugöffnung 6, die in die Brennkammer 4 führt, mit I angegeben und die Linie, welche die beiden Zentren miteinander verbindet, ist mit L bezeichnet. In einer Ebene P (Fig. 2), die senkrecht zur Achse O des Zylinders 1 steht, ist der Einströmdüsenabschnitt 22a derart ausgerichtet, dass die projizierte Linie auf dieser Ebene derjenigen Linie, die sich durch das Zentrum I erstreckt, unter einem Winkel von +20 bis 110° gegenüber der Verbindungslinie L steht. Der Bereich dieser Ausrichtung, die auf diese Weise festgelegt wird, ist durch einen Winkel θ in Fig. 3 angegeben und durcheine Kreuzschraffur dargestellt. Andererseits zeigen Fig. 4 und 5 Anordnungen, die hinsichtlich der Lageverhältnisse der Ansaugöffnung 6 und der Abgasöffnung 11 sowie einer Zündkerze 23 gegenüber Fig. 3 geringfügig verändert sind. Die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a ist ähnlich der Darstellung nach Fig. 3.

Das Abgas wird vom Abgaskanal 22 über ein Ventil zur Abgasrückführung (Abgas-Rezirkulation) entweder in den Hauptansaugweg 5 oder den Nebenansaugweg 22 zurückgeführt. Der Aufbau des

Weges für die Abgasrückführung und das Ventil zur Abgasrückführung können in gleicher oder ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie dies bekannt ist; eine Erläuterung hierzu ist daher nicht erforderlich.

In einer Brennkraftmaschine mit dem vorstehend beschriebenen j Aufbau wird während des Ansaughubes bei geöffnetem Ansaugventil [ 10 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch vom Hauptansaugweg 5 in die Brennkammer 4 geleitet, während Gas (ζ. B. Luft oder ein Gemisch) vom Nebenansaugweg 22 über den Zwischenraum zwischen dem Ansaugventil 10 und dem Ventilsitz 20 in die Brennkammer 4 I hineingeführt (injiziert) (oder angesaugt) wird.

Durch die Zuführung des Gases vom Nebenansaugweg 22 wird das in die Brennkammer 4 angesaugte Gemisch in Form eines Wirbels um die Achse des Zylinders 1 zugeführt, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Da die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a in der vorstehend beschriebenen Weise gewählt ist, wird gemäss der Erfindung die Intensität des erzeugten Wirbels so gross, dass der Motor mit einem wesentlich grösseren Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich zu bekannten Brennkraftmaschinen auch dann arbeiten kann, wenn die Abgasrückführung mit der gleichen Geschwindigkeit durchgeführt wird. Diese Wirkung der Erfindung ist in Fig. 6 veranschaulicht. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Grenze für eine magere Verbrennung wirksamer angehoben werden kann, wenn die Richtung des Wirbels derart erreicht ist, dass der Wirbel in die Abgasöffnung strömt, nachdem er an der Zündkerze 23 vorbeigestrichen ist.

Vorzugsweise wird die Richtung des EinströdüsenabSchnitts 22a in der folgenden Weise gewählt, wobei auf Fig. 8 Bezug genommen wird: In der Ebene P, senkrecht zur Achse des Zylinders 1; der Wandabschnitt des Zylinder, welcher am nächsten zur Zündkerze 23 liegt, d. h. der Punkt auf dem Kreis der Zylinderwand, der am nächsten zur Zündkerze liegt, wird mit X bezeichnet;

die Linie, welche mit diesem nächstliegenden Punkt in Verbindung steht,sowie mit dem Einströmende des Einströmdüsenabschnittes 22a ist mit L¹ bezeichnet. Vorzugsweise wird die Richtung des Einströmdüsenabschnittes 22a in einem Bereich von +30° gegenüber der erwähnten Linie L" gewählt. Dieser Bereich der Ausrichtung wird durch einen Winkel Θ' bestimmt und ist in Fig. 8 durch Kreuzschraffur angegeben. Die sich ergebende Wirkung ist in Fig. 9 gezeigt, woraus ersichtlich ist, dass die Ausrichtung gemäss Fig. 8 bevorzugt wird, um die Grenze einer mageren Verbrennung zu verbessern.

Die Ausrichtung bzw. Richtung des Einströmdüsenabschnittes 22a steht ebenfalls vorzugsweise innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs gegenüber der Ebene P senkrecht zur Achse des Zylinders 1. Nunmehr wird auf Fig. 2 Bezug genommen;,die Richtung des Einströmdüsenabschnitts 22a befindet sich in einem Winkelbereich von 15° bis 30° gegenüber dem Kolben 3 inBezug auf die Ebene P. Dieser Bereich an Ausrichtung wird durch einen Winkel α in Fig. 2 definiert. Die sich ergebende Wirkung ist in Fig. 7 gezeigt.

Im folgenden werden Einzelheiten der Anordnung für die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a gemäss vorstehender Beschreibung näher erläutert. Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist das Rohrglied 22A derart aufgebaut, dass der Einströmdüsenabschnitt 22a des Rohrgliedes 22A gebogene Form gegenüber dem Bohrungsabschnitt 22b aufweist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Fall kann der Bohrungsabschnitt 22b des Rohrelementes 22A parallel zur Ebene P und senkrecht zur Achse des Zylinders 1 verlängert sein und unter einem rechten Winkel gegenüber der nicht dargestellten Kurbelwelle stehen, die sich unter einem rechten Winkel gegenüber der Zeichnungsebene von Fig. 2 erstreckt, wobei das vorteilhafte Ergebnis erreicht wird, dass der Arbeitsvorgang, die Paßöffnung 2a in den Zylinderkopf 2 einzubohren, erleichtert wird.

Weitere konkrete Anordnungen von Ausführungsbeispielen sind in

Fig. 10 bis 12 dargestellt. Das Rohrelement 22A ist insgesamt in eine geradlinige Form geformt, d. h. derart geformt, dass die beiden Abschnitte 22a und 22b koaxial zueinander liegen. Die Paßöffnung 2a ist in Flucht zu der Ausrichtung der Einströmdüse 22a ausgedreht. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel kann der Einströmdüsenabschnitt 22a in jeder gewünschten Richtung einfach dadurch ausgerichtet sein, dass das Rohrelement 22A in die Paßöffnung 2a hineingedrückt bzw. gepresst wird, ohne eine Abweichung in Umfangsrichtung des Rohrelementes 22A zur Achse desselben zu berücksichtigen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist.ersichtlich, dass gemäss vorliegender Erfindung die Grenze der schwachen Verbrennung verbessert werden kann, was zu einer wesentlichen Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ebenso wie im Hinblick auf die . Reinigung des Abgases beiträgt.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, die durch verschiedene Untersuchungen des Verhältnisses zwischen der Position des Ausströmendes des Nebenansaugweges und dem Wirbel des erzeugten Ansauggases gefunden wurde; das Ausströmende des Nebenansaugweges ist unmittelbar stromauf des Ansaugventils zum öffnen oder Schliessen des Hauptansaugweges geöffnet; der Abstand zwischen dem Ausströmende und der Fläche des Eintrittsventiles in der geschlossenen Lage ist nicht grosser als der innere Durchmesser des Hauptansaugweges gewählt, wie dies sich aus den Fig. 13 bis 15 ergibt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Einströmdüsenabschnitt 22a, welcher den Ausström-Endabschnitt des Nebenansaugweges 22 bildet, einen Düsenabschnitt am einen Ende desselben mit reduziertem Durchmesser auf, der sich unmittelbar stromauf des Ansaugventiles 10 öffnet. Der Abstand S (Fig.13) zwischen dem vorderen Ende dieses Einströmdüsenabschnitts 22a und der Bodenfläche 20a des Ansaugventilsitzes 20 auf der Seite der Kammer ist kleiner als der Innendurchmesser D der Ansaugöffnung 6 gewählt, vorzugsweise 10 mm oder kleiner. Der

Einströmdüsenaschnitt 22a ist im allgemeinen in Tangentialrichtung des Zylinders 1 ausgerichtet? so dass der Wirbel des angesaugten Gases auf der Achse des Zylinders 1 in der Brennkammer 4 erzeugt wird? dieWirbe!richtung ist derart konzipiert, dass das angesaugte Gas in die Abgasöffnung 11 strömt, nachdem es an der nicht dargestellten Zündkerze vorbeigelangt ist.

In der Brennkraftmaschine mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird bei während des Ansaughubes geöffnetem Ansaugventil 10 das Gasgemisch zur Brennkammer 4 von Hauptansaugweg geführt^ während das Gas in und von dem Nebenansaugweg 22 angesaugt und injiziert wird. Durch die Injektion bzw. Zuführung des Gases vom Nebenansaugweg 22 wird das in die Brennkammer angesaugte Luft/Kraftstoff-Gemisch um die Achse des Zylinders 1 gewirbelt, so dass die Brenngeschwindigkeit beschleunigt wird.

Da bei vorliegender Erfindung der Abstand S auf den vorstehend angegebenen Wert konzipiert ist, wird der erzeugte Wirbel des angesaugten Gases intensiviert, so dass die Grenze für die magere Verbrennung verbessert wird, d. h. dass eine stabile Verbrennung bei einem höheren Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Gegensatz zum Stand der Technik gewährleistet werden kann. Diese Wirkungen der Erfindung sind in den Fig. 14 und 15 dargestellt. Die Fig. 14 und 15 sind mit einer derartigen Zünd-Zeitsteuerung aufgezeichnet, dass die höchste Ausgangsleistung erzeugt werden kann.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass gemäss vorliegender Erfindung die Grenze für die magere Verbrennung verbessert iferden kann, was wesentlich zur Verbesserung der Menge an Kraftstoffverbrennung und zur Verbesserung der Abgasreinigung beiträgt.

Die Fig. 16 bis 21 zeigen eine !Weitere Aus führung s form der Erfindung. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Ausströmende des Nebenansaugweges innerhalb eines

Kreises liegt, dessen Mitte dem Zündpunkt der Zündkerze entspricht und der den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Zylinders hat, und innerhalb eines Bereichs von +1 mm von derjenigen Ebene, welche sowohl die Mittellinie der Stange des Ansaugventiles und der von Berührungstangenten zwischen dem den Ventil gegenüberliegenden Kreis des Ventilsitzes des Ansaugventiles und Linien enthält, die von dem Zündpunkt der Zündkerze aus gezogen ist, die näher an der Zylinderwand liegt.

In Fig. 16 ist mit 101 eine Viertakt-Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 102 ist eine Hauptleitung angegeben, die als Ansaugweg dient. Mit 103 ist ein Vergaser und mit 104 ein Abgaskanal angegeben, mit 105 ein Zylinder, in welchen die vorderen Enden des Hauptansaugweges 102 und des Abgaskanals 104 geöffnet sind. Mit 106 ist eine Zündkerze angegeben. In die Ansaugöffnung des Zylinders 105 öffnet sich ein Nebenansaugweg 107, der zusätzlich bzw. getrennt zum Hauptansaugweg 102 vorgesehen ist.

Das offene Ende 107a des Nebenansaugweges 107 befindet sich stromauf eines Ventils 108, wie Fig. 17 zeigt, und ist in tangentialer Richtung der Wand des Zylinders 105 ausgerichtet, wie Fig. 19 zeigt. Die Lage bzw. Anordnung des offenen Endes 107a des Nebenansaugweges 107 wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 18 und 19 erläutert. Die Öffnung 107a befindet sich innerhalb eines Kreises O₁, dessen Mittelpunkt dem Entzündungspunkt P (durch einen kleinen Kreis in Fig. 18 und 19 dargestellt) der Zündkerze 106 entspricht und einen zum Innendurchmesser D des Zylinders gleichen Durchmesser hat; der Abstand der Öffnung 107a liegt im Bereich von +1 mm gegenüber der Ebene S, welche die Mittellinie der Ventilstange 108a und diejenige der Tangenten-Berührungspunkte (a) zwischen dem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis O„ eines Ventilsitzes 109 und Linien (m) enthält, die vom Entzündungspunkt P der Zündkerze 106 verlaufen, die näher zur Zylinderwandung liegt.

Der Nebenansaugweg 107 ist gemeinsam für die vier Zylinder

vorgesehen und über ein Zuflussrohr 107b und eine Einrichtung 110 zur Steuerung der Luftströmung mit einem Luftfilter 111 verbunden. Mit dem Hauptansaugweg 102 ist das untere Ende einer Abgas-Rückführungsleitung 113 verbunden, die ihrerseits an ihrem vorderen Ende mit dem Auspuffrohr 104 in Verbindung steht, wobei in der Mitte des Weges 113 eine Steuereinrichtung 112 zur Steuerung der Abgas-Rückführungsgeschwindigkeit vorgesehen ist. Mit 114 ist ein Schalldämpfer und mit 115 ein Endrohr (Auspuff) bezeichnet.

Eine Leitung 116 ist mit dem Auspuffrohr 104 verbunden, so dass Sekundärluft zum Auspuffsystem zugeführt wird. Die Leitung 116 ist in ihrer Mitte mit einem Reed-Ventil 117 ausgerüstet, welches durch Verwendung von Pulsierungen im Abgasdruck geöffnet oder geschlossen wird, so dass Sekundärluft wirksam in das Auspuffrohr 104 geleitet werden kann. Die Zuführung von Sekundärluft kann andererseits durch eine Luftpumpe anstelle eines Reed-Ventils eingeleitet werden.

Eine Brennkraftmaschine mit dem vorstehenden erfindungsgemässen Aufbau arbeitet auf folgende Weise: Da die Nebenansaugwege 107 mit dem Luftfilter 111 über das Zuflussrohr bzw. den Zuflussweg und die Steuereinrichtung 110 verbunden sind, die gegenüber der Atmosphäre geöffnet werden kann, wird eine hohe Druckdifferenz während des Ansaughubes erzeugt. Als Ergebnis wird unter leichten Lastbedingungen, bei welchen die Eigenschaften des Luft/Kraftstoff-Gemisches besonders schlecht sind, um die Verbrennung herabzusetzen, die Luft mit hoher Geschwindigkeit vom Nebenansaugweg 107 mit der gleichen Wirkung zugeführt, wie sie erhalten wird, wenn der Kanal 107b mit einer Quelle hohen Drucks verbunden wäre.

Während eines normalen Betriebs beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs, welches vom Vergaser 103 über den Hauptansaugweg zum Zylinder 105 geführt i-jird? höchstens 1/3 gegenüber der Geschwindigkeit bei voller Leistung. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe des Vergasers 103 ist sehr klein. Infolge-

dessen wird der Druck, der im Hauptansaugweg 102 vorherrscht, erheblich auf etwa die Hälfte gegenüber dem Atmosphärendruck reduziert. Demzufolge ist die Strömungsgeschwindigkeit der vom entsprechenden Nebenansaugweg 107 zugeleiteten Luft etwa gleich dem Schallpegel. Die auf diese Weise mit hoher Geschwindigkeit hineingeleitete Strömung erzeugt einen intensiven Wirbel in dem Zylinder 105.

Während des Leerlaufbetriebes des Motors 101 ist demgegenüber die Strömungsgeschwindigkeit des Gemische infolge der Tatsache, dass der Motor 101 keine Leistung nach aussen abgibt, so niedrig, dass der Druck im Hauptansaugweg 102 wesentlich geringer als der Atmosphärendruck wird. Wenn daher die Luftströmungsgeschwindigkeit nicht auf einen optimalen Pegel mittels der Steuereinrichtung 110 für die Luftströmung eingestellt wird, kann kein geeignetes Gemisch zugeführt werden, so dass die verbrauchte Kraftstoffmenge erhöht wird. Die Menge an Kraftstoffverbrauch wird durch geeignete Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf den theoretischen Luft/Kraftstoff-Wert reduziert.

Das Abgas wird teilweise zum Hauptansaugweg 102 entsprechend der Steuerung der Steuereinheit 112 zurückgeführt (rezirkuliert), die sich im Weg bzw. Kanal 113 für die Abgasrückführung befindet. Das Verbrennungsgas, welches Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) enthält, wird vom Abgaskanal 104 nach aussen abgegeben, nachdem es von dem HC und CO auf Grund der Wirkung eines Oxidationskata'lysators gereinigt ist,der sich im Schalldämpfer 114 befindet. Die Luft, die zum-Zwecke der Oxidation des Abgases mehr oder weniger knapp wird, wird von der Leitung 116 zugeführt.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform die angesaugte Gasströmung in eine tangentiale Strömung des Zylinders 105 infolge der Wirkung des Nebenansaugweges 107 geändert wird, und da die Öffnung 107d des Nebenansaugweges 107 so angeordnet ist, dass der tangentialen Strömung die grösste Wirkung vermittelt wird, wird ein intensiver Wirbel im Zylinder 105 während des Ansaug-

hubes des Motors 101 hervorgerufen, wodurch der Zustand eines sehr starken Wirbels hervorgerufen wird. Obgleich dieser Wirbel während des Kompressionshubes geschwächt wird, gewährleisten derart extrem feine Turbulenzen, dass die Verbrennung bis zur Zündung aufrechterhalten wird. Dank dieser Turbulenzen wird die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemische erhöht, wodurch die Verbrennungszeit beträchtlich verkürzt wird, infolgedessen die stabile Verbrennung auch unter einer sehr starken Abgasrückführung beibehalten wird. Die Brennkraftmaschine kann auch sogar im mageren Bereich des Gemischs laufen.

Die Einflüsse der Turbulenzen bei der Verbrennung spielen eine sehr beachtliche Rolle. In den bestehenden Brennkraftmaschinen wird ein Abgas-Rückführungsverhältnis von höchstens etwa 10 % gestattet und es findet eine Fehlzündung statt, falls das Verhältnis der Abgas-Rückführung 10 % überschreitet, so dass keine stabile Verbrennung weiter beibehalten werden kann. Dies bedeutet, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit reduziert wird, so dass eine Fehlzündung eingeleitet wird oder dass eine stabile Verbrennung nicht aufrechterhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Abgas-Rückführung erheblich vergrössert wird.

Wenn dagegen der Wirbel so intensiviert wird, dass die Turbulenzen vergrössert werden, kann eine stabile Verbrennung auch für eine starke Abgas-Rückführung aufrechterhalten werden. Somit kann die Emission von NO beträchtlich reduziert werden im Vergleich zum Stand der Technik, der Motor kann mit einem solchen Luft/Kraftstoff-Verhältnis laufen, dass die höchste NO -Emission und bei der am geeignesten Verbrennungssteuerung (MBT = most proper burning timing) erhalten wird = Infolgedessen wird die Menge an Kraftstoffverbrauch des Motors wesentlich günstiger im Vergleich mit bekannten Brennkraftmaschinen .

Das Ergebnis ist graphisch in Fig. 20 und 21 bei Bedingungen dargestellt, bei welchen die Drehzahl der Brennkraftmaschine

höchstens im. Bereich des Betriebs auf der Strasse, die Zündsteuerung, d. h. die Zündverstellung entspricht der die höchste Leistung erzeugenden Einstellung und die Belastung befindet sich in dem Bereich für den Betrieb auf der Strasse.

Fig. 20 veranschaulicht das Verhältnis der Grenze für die stabile Verbrennung zwischen dem Abstand 1 (Ordinate) vom Zündpunkt P der Zündkerze zur Öffnung 107a des Nebenansaugweges 107 und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Abszisse). Gemäss Fig. 20 wird das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf einen mageren Zustand verschoben, wenn sich der Abstand 1 vom Wert D zum Wert 1/2 D verschiebt; das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird nahezu konstant bleiben, wenn eine Verschiebung zwischen 1/2 D und dem Abstand 1 auftritt, der gegenüber der Ebene S gemessen wird, welche die Mittellinie der Ventilstange 108a (Fig. 18) enthält. Gemäss der Erfindung, bei welcher die Öffnung 107a in der vorstehend erwähnten JLage vorgesehen ist, kann die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, welches einen mageren Zustand besitzt, so dass der Kraftstoffverbrauch wesentlich verbessert werden kann.

Wenn der Abstand 1 grosser als 1/2 D wird, wird demgegenüber der Effekt des Vorbei strömens bzw. Vorbei Streichens (des Gemischs) an der Zündkerze so verschlechtert, dass eine Verzögerung im Zündvorgang verstärkt wird, um die Verbrennungszeit zu verlängern, wodurch die Grenze für die magere Verbrennung verschlechtert wird. Dies wird durch die Diffusion der Strömung hervorgerufen.

Fig. 21 zeigt das Verhältnis der Grenze für stabile Verbrennung zwischen dem Abstand η (Ordinate), gemessen von der Ebene S, welche die Mittellinie der Ventilstange 108a (Fig. 18) enthält, und der öffnung 107a des Nebenansaugweges 107, wobei die Ebene S mit ¹¹O" angegeben ist; die Seite, auf welcher sich die Zündkerze 106 befindet, ist mit (+) bezeichnet, während diejenige Seite, auf welcher sich die Zündkerze

nicht befindet, mit (-) angegeben ist, und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Abszisse). . '

Es wird festgestellt, dass - je näher die Position der Öffnung 107a des Nebenansaugweges 107 innerhalb der Brennkammer liegt umso wirksamer der Nebenansaugweg zur Wirbelerzeugung ist. Auf der positiven Seite, an welcher sich die Öffnung nahe der Brennkammer befindet und sie etwa mehr als 1 mm von der Bezugsebene S (O) entfernt ist, trifft die Strömung bzw. der Strahl auf den Ventilsitz 109 auf, so dass er verbreitet bzw.. gestreut wird. Auf der negativen Seite dagegen, an welcher sich die Öffnung mehr als 1 mm von der Bezugsebene S entfernt befindet, wird der Strahl gestreut, bevor der Strahl bzw. die Strömung durch den Abstand zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz 109 hindurchgeht, wodurch der Wirbel geschwächt wird. Infolgedessen kann die Grenze für die stabile Verbrennung bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf die magere Seite nicht erreicht werden. Da der durch den Strahl zu erzeugende Wirbel dagegen stark ist, wobei die Lage der Öffnung 107a des Nebenansaugweges gemäss vorliegender Erfindung vorgesehen ist, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit so erhöht, dass die Brennkraftmaschine bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis laufen kann, welches als mager bezeichnet wird=

Es wurde experimentell bestätigt, dass der Wirbel im Zylinder 105 intensiviert wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids,welches vom Nebenansaugweg 107 zugeführt wird, vergrössert wirdο Da die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemischs während des Leerlaufzustandes der Brennkraftmaschine 101 gering ist, die Geschwindigkeit der Luftströmung auf einen vergleichbar niedrigen Pegel während des Leerlaufbetriebes infolge der Einrichtung 110 zur Steuerung der Luftströmung herabgesetzt, wird eine Fehlzündung vermieden.

Durch die Ausbildung der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine kann die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemischs erhöht werden, wodurch.die Verbrennungszeit verkürzt wird, infolge-

dessen die Grenze für eine magere Verbrennung derart begünstigt werden kann, dass eine Abgas-Rückführung mit hoher Geschwindigkeit erreicht wird; dadurch ist es möglich, den Schadstoffgehalt von N0„ zu reduzieren und die Menge an Kraftstoffverbrauch günstiger werden zu lassen.

Claims

Suzuki Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha 300, Kamimura Takatsuka, Hamana-gun, Shizuoka-Ken

Japan

Patentansprüche

1/ Brennkraftmaschine, mit einer Brennkammer, die durch einen Zylinder festgelegt ist, einem Zylinderkopf und einem in den Zylinder eingesetzten Kolben, mit einem Hauptansaugweg, dessen Ansaugöffnung im Zylinderkopf ausgebildet ist und durch ein Ansaugventil am offenen Endabschnitt der Ansaugöffnung geöffnet oder geschlossen wird, welcher in die Brennkammer führt, und mit einem Nebenansaugweg, der getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist und dessen Ausströmende sich unmittelbar stromaufwärts des Ansaugventiles öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsrichtung des Ausströmendes (22a) des Nebenansaugweges (22) innerhalb eines solchen Bereiches liegt, dass in einer Ebene, senkrecht zur Achse

S/Ne

— ο _

des Zylinders (1) diejenige Linie, die durch die Mitte der Ansaugöffnung (6) verläuft, unter einem Winkel von -20° bis 110° gegenüber derjenigen Linie steht, welche den Mittelpunkt der Ansaugöffnung (6) mit der Achse des Zylinders (1) verbindet.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelrichtung des vom Nebenansaugweges (22) in die Brennkammer (4) zugeführten Gases derart eingestellt ist, dass das Gas in die Abgasöffnung(11) strömt, nachdem es an einer Zündkerze vorbeigelangt ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsrichtung-des Ausströmendes (22a) des Nebenansaugweges (22) ferner innerhalb eines solchen Bereiches gewählt ist, dass sie unter einem Winkel -30°, in der Ebene (P) senkrecht zur Achse des Zylinders (1) gegenüber der Linie steht, welche den nächstliegenden Punkt an der Wand des Zylinders (1) gegenüber der Zündkerze und die Mitte der Nebenansaugöffnung (22a) verbindet.
4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 2 und 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsrichtung des Ausströmendes (22a) des Nebenansaugweges (22) ferner derart gewählt ist, dass sie einen Winkel von 15° bis 30° gegenüber dem Kolben (3) in Bezug auf die Ebene (P) einhält, die senkrecht zur Achse des Zylinders (1) steht.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmende (22a) des Nebenansaugweges (22) aus einem Rohrelement (22A) besteht, welches unter Presssitz im Zylinderkopf (2) vorgesehen ist und dessen vorderer

Endabschnitt in die Ansaugöffnung (6) vorragt.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennze ichnet , dass das Rohrelement (22A) in geradliniger Form insgesamt ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (22A) auf solche Weise geformt ist, dass dessen vorderer Endabschnitt in die Ansaugöffnung (6) ragt und über den Bereich einer Bohrung (2a) des Zylinderkopfes (1) gebogen ist.
8. Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer, die durch einen Zylinder festgelegt ist, mit einem Zylinderkopf und einem im Zylinder eingesetzten Kolben, mit einem Hauptansaugweg, dessen Einlassöffnung in dem Zylinderkopf ausgebildet ist und durch ein Ansaugventil am offenen Endabschnitt der Ansaugöffnung geöffnet oder geschlossen werden kann, welcher sich in die Brennkammer Öffnet, und mit einem Nebenansaugweg, der getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist und dessen Ausströmende sich unmittelbar stromauf des Ansaugventiles öffnet,

dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (1) zwischen dem Ausströmende (107a) des Nebenansaugweges (107) und der Fläche des Ansaugventiles in dessen geschlossener Lage nicht grosser als der Innendurchmesser des Hauptansaugweges (102) gewählt ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (1) nicht grosser als 10 mm ist.
10. Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer, die durch einen Zylinder festgelegt ist, mit einem Zylinderkopf und einem im Zylinder eingesetzten Kolben, mit einem Hauptansaug-

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weg, dessen Ansaugöffnung im Zylinderkopf ausgebildet ist und durch ein Ansaugventil am offenen Endabschnitt der Ansaugöffnung geöffnet oder geschlossen wird, wobei sich der Hauptansaugweg in die Brennkammer öffnet, und mit einem Nebenansaugweg, der getrennt zum Hauptansaugweg angeordnet ist und dessen Ausströmende sich unmittelbar stromauf zum Ansaugventil öffnet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmende (107a) des Nebenansaugweges (107) innerhalb eines Kreises (CL) liegt, dessen Mittelpunkt dem Entzündungspunkt (P) einer Zündkerze (106) entspricht und den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Zylinders (105) hat und ferner innerhalb eines Bereichs von -1 mm von der Ebene entfernt liegt, welche sowohl die Mittellinie der Ventilstange (108a) des Ansaugventils (108) sowie diejenige der Berührungstangenten zwischen einem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis (O-) des Ventilsitzes (109) des Ansaugventiles (108) sowie diejenigen Linien enthält, die vom Entzündungspunkt (P) der Zündkerze (106), welche näher an der Wand des Zylinders (105) liegt, gezogen sind.