DE3137467A1

DE3137467A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3137467A1
Application number: DE19813137467
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hamamatsu Shizuoka Aoyagi; Yuzuru Namba
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-21
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPS5762919A; DE3137467C2; US4483292A; FR2499152B1; FR2499152A1; CA1169314A; IT8124137A0; IT1138620B; GB2086485A; GB2086485B

Description

Suzuki Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, 300, Kamimura
Takatsuka, Hamana-gun, Shizuoka-ken/Japan

Brennkraftmaschine

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

Derzeit besteht ein großer Bedarf an Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, die ein reines bzw. gereinigtes Abgas ausstoßen, welches einen reduzierten Betrag an Stickstoffoxyden enthält, wobei aber gleichzeitig derartige Brennkraftmaschinen einen niedrigen Kraftstoffverbrauch haben sollen. Die Abgasrückführung bzw. Abgasrezirkulation und magere Verbrennung werden häufig bei solchen Brennkraftmaschinen eingesetzt. Es ist bekannt, daß die Erhöhung
der Verbrennungsgeschwindigkeit dazu tendiert, Schwankungen in der Verbrennung hervorzurufen sowie Fehlzündungen bei Brennkraftmaschinen, die eine Abgasrückführung enthalten und außerdem eine magere Verbrennung haben.

S/br

Zur Erhöhung der Vea-brennungsgeschwindigkeit wurden kürzlich einige Ansaugsystem^ vorgeschlagen, bei welchen ein Nebenansaugweg getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist. Der Nebenansaugweg führt ein Gas in die Brennkammer, wodurch ein Wirbel der Gase in der Brennkammer hervorgerufen wird.

Brennkraftmaschinen mit einem derartigen Nebenansaugweg sind jedoch derzeit noch nicht zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem Nebenansaugweg zu schaffen, welche im wesentlichen frei von den Problemen und Schwierigkeiten bekannter Brennkraftmaschinen ist.

Diese Aufgabe wird erf indungsijemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Diese Brennkraftmaschine erzeugt ein Abgas mit reduziertem Gehalt an Schadstoffen bzw. schädlichem Gas. Insbesondere sind die Stickstoff-Oxyde reduziert. Außerdem ist der Verbrauch an Kraftstoff verringert.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, bei der praktisch keine Fehlzündung während der Verzögerung bzw. Verlangsamung auftritt. Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, bei welcher der Gehalt an Kohlenwasserstoff reduziert ist. Weiterhin schafft die Erfindung eine Brennkraftmaschine,die Abgase erzeugt mit einem reduzierten Gehalt an Stickstoff-Oxyden.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine Feinregelung steuerbar ist. Weiterhin ist die Brennkraftmaschine während der Ver-

zögerung bzw. Verlangsamung mit niedriger Betriebsgeschwindigkeit praktisch frei von Fehlzündungen ebenso wie bei mittleren Drehzahlen, wenn der Motor mit einer Abgasrückführung ausgerüstet ist.

Die Brennkraftmaschine weist eine Brennkammer, eine Kraftstoff-Speiseeinheit, einen Hauptansaugweg und einen Nebenansaugweg auf. Die Brennkammer enthält ein Ansaugventil· und einen Kolben, der einen 7msaughub ausführen kann. Die Kraftstoff-Speiseeinheit enthält einen Zug- bzw. Fumpkanal mit einem Abschnitt zur Luft-Dosierung und stromabwärts dieses Abschnittes eine Drosselklappe. Der Hauptansaugweg verbindet die Kraftstoff-Speiseeinheit mit der Brennkammer. Der Nebenansaugweg ist getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen und weist einen stromabwärts liegenden Abschnitt und einen ersten und zweiten stromaufwärts iiegenden Abschnitt auf. Die Ausströmöffnung des stromabwärts liegenden Abschnittes erzeugt einen Wirbel der Gase in der Brennkammer. Der Einiaß des stromabwärts liegenden Abschnittes steht in Fiuidverbindung mit dem Auslaß des ersten stromaufwärts Iiegenden Abschnittes. Er befindet sich außerdem in Fiuidverbindung mit dem Auslaß des zweiten stromaufwärts Iiegenden Abschnittes. Der Einlaß des ersten stromaufwärts liegenden Abschnittes steht in Fiuidverbindung mit dem Pumpkanal an einem Punkt zwischen dem Abschnitt zur Luftdosierung und dessen Drosselklappe. Der Einlaß des zweiten stromaufwärts iiegenden Zweiges ist gegenüber der Atmosphäre geöffnet. Der zweite stromaufwärts iiegende Abschnitt weist ein durch Vakuum betätigtes Ventil auf, weiches auf das Vakuum im Hauptansaugweg an einem Punkt stromabwärts der Drosseiklappe anspricht. In der Brennkraftmaschine strömt das in den Nebenansaugweg eingeieitete Gas nur durch den Abschnitt zur Luftdosierung in der Kraftstoff-Speiseeinheit während Betriebsbedingungen mit Ausnahme einer Verzögerung. Auf diese Weise wird ein fein geregeltes Luft/Kraftstoffverhältnis erhalten. Während der Verzögerung wird andererseits das Gas direkt von der Atmosphäre angesaugt, so daß eine Fehlzündung zuverlässig verhindert wird.

:*.. J "^: ." ~^:7 -· » 3 137k67

Im folgenden wird die Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiteier Merkmale beschrieben.

Im folgenden wird auf die Figur Bezug genommen.

Eine Brennkraftmaschine weist gemäß der Figur einen Zylinder auf, der an einem Zylinderkopf 2 mit darin befindlichem Kolben 3 zur Ausführung einer Bewegung angeordnet ist. Der Zylinder 1, der Zylinderkopf 2 und der Kolben 3 legen eine Brennkammer fest, in die ein Hauptansaugweg geöffnet ist. Der Hauptansaugweg 5 weist einen Kanal (in Seriehschaltung) auf, der von einer Ansaugöffnung 6 im Zylinderkopf 2 über einen Ansaugkrümmer 7 und einen Vergaser 8 führt. Der Vergaser 8 bildet eine Kraftstoff-Speiseeinheit. Ein Luftfilter 9 ist auf dem Vergaser 8 befestigt. Die Ansaugöffnung 6 ist in einer Richtung ausgerichtet, so daß ein Wirbel der Gase in der Brennkammer 4 hervorgerufen wird. Dieser Wirbel der Gase dreht sich mittig um die Achse des Zylinders 1. Die Wirbelrichtung ist so vorgegeben, daß das Luft/Kraftstoffgemisch, welches von der Ansaugöffnung 6 zugeführt wird, in eine Ausströmöffnung 10 strömt, nachdem es an einer nicht dargestellten Zündkerze vorbeigeleitet wurde. Die Öffnungen 6 und 10 werden durch ein Ansaugventil 11 bzw. ein Ausströmventil 12 geöffnet oder geschlossen. Die Ventile 11 und 12 werden durch die Wirkung eines die öffnung steuernden Mechanismus geöffnet und geschlossen. Dieser Steuermechanismus weist Rückholfedern 13, 14, Nocken 16 und 17, die von einer Nockenwelle 15 angetrieben werden, und Kipphebel 18 und 19 auf. Die Ventile 11 und 12 sitzen im geschlossenen Zustand der Ventile auf den zugehörigen Ventilsitzen 20 und 21.

Der Nebenansaugweg 22 hat eine kleinere wirksame Öffnungsfläche (Querschnittsfläche) als der Hauptansaugweg 5. Der Auslaß des Nebenansaugweges 22 bildet ein Rohr 23. Das äußerste Ende des Auslasses des Rohres 23 hat gemäß der Zeichnung die Form einer Einströmdüse, wobei das Rohr 23 in den Zylinderkopf 2 eingebettet ist. Der Nebenansaugweg

kann in einen einzigen stromabwärts liegenden Abschnitt 24 und zwei stromaufwärts liegende Abschnitte 24a und 24b unterteilt sein. Der Einlaß des stromabwärts liegenden Abschnittes 24 fällt mit den Auslässen des ersten stromaufwärts liegenden Abschnittes 24a und des zweiten stromaufwärts liegenden Abschnittes 24b zusammen.

Der erste stromaufwärts liegende Abschnitt 24a bildet einen Teil des Kanals des Leitungsweges des Vergasers und kann als Kraftstoff-Speiseeinheit dienen. Der zweite, stromaufwärts liegende Abschnitt 24b bildet einen Teil des atmosphärischen Leitungsweges. Der erste stromaufwärts liegende Abschnitt 24a weist einen Weg bzw. Kanal 25 auf, der im Körper 8a des Vergasers 8 ausgebildet ist. Der Kanal 25 selbst ist in der Mitte in zwei Abzweigungen geteilt, die sich in den Vergaser 8 öffnen. Die erste dieser Abzweigungen ist als stromaufwärts liegender Abschnitt 25a bezeichnet, die zweite Abzweigung als stromabwärts liegender Abschnitt 25b. Beide Abzweigungen öffnen sich in den Saug- bzw. Pumpkanal 8b des Vergasers 8. Die Einlasse bzw. Einlaßöffnungen 25a,25b sind in Abstand zueinander und in Strömungsrichtung des Kanals 8b vorgesehen, so daß sich der stromaufwärts liegende Einlaß 25a ständig zwischen den Venturiabschnitt 8c und die Drosselklappe 8d hinein öffnet. Der stromabwärts liegende Einlaß 25b wird durch die Drosselklappe 8d geöffnet und geschlossen.

Der zweite, stromaufwärts liegende Abschnitt 24b selbst ist verzweigt und mit dem Filter 9 verbunden, d.h. er ist zur Atmosphäre geöffnet, da die Leitung 26 einen Bypass sowohl zum Venturiabschnitt 8c als auch zur Drosselklappe 8d des Vergasers 8 bildet. Die Atmosphären-EntLüftungsöffnungen des zweiten Abschnittes 24b ist mit 26' bezeichnet. Das durch Vakuum betätigbare Ventil 27 befindet sich in dem zweiten stromaufwärts liegenden Abschnitt 24b. Das Ventil 27 unterteilt den Abschnitt 24b in einen stromaufwärts liegenden Abschnitt 26a und einen stromabwärts liegenden Abschnitt 26b. Das durch Vakuum betätigte Ventil 27 enthält eine Vakuumkammer 27b, die durch eine Membran 27a festgelegt ist. Die

Die Vakuumkammer 27b befindet sich in Fluidverbindung mit einer Vakuum-Signalleitung 28, deren Einlaß in Fluidverbindung mit dem Hauptansaugweg 5 an einem Punkt stromabwärts der Drosselklappe 8d steht. Das Vakuumventil 27 ist normalerweise durch die Wirkung einer Rückholfeder 27c geschlossen. Das Vakuumventil 27 wird geöffnet, wenn die Membran 27a die Rückholfeder 27c zusammendrückt. Diese Wirkung tritt dann auf, wenn das Vakuum in der Vakuumkammer 27b zunimmt. Die Größe des Vakuums zum öffnen des Vakuumventils 27 ist gleich dem Wert eingestellt, der an Vakuum in dem Hauptansaugweg 5 während der Verzögerung erzeugt wird.

Wenn das durch Vakuum betätigte Ventil 27 geöffnet ist, wird über den Weg 26, d.h. den Weg 26a, Kraftstoff in Form eines Luft/Kraftstoffgemisches zugeführt. Eine Schwimmerkammer 8e des Vergasers 8 ist über einen Kanal 29 zur Kraftstoff-Speisung an den Kanal 26a angeschlossen.

Die Kraftstoff-Speiseleitung 29 und das Luftfilter 9 sind über einen Luftzuführungskanal 30 verbunden. Diese Anordnung ist mit drei Düsen 31,32 und 33 versehen. Die Düse 31 dosiert den Kraftstoff von der Schwimmerkammer 8e. Die Düse 32 dosiert die Luft vom Kanal 30 und die Düse 33 dosiert das Luft/Kraftstoffgemisch durch die Zusammenwirkung der beiden Düsen 31 und 32 derart, daß das auf einen vorbestimmten Wert eingestellte Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird.

Abgas wird von der Auspuffanlage über ein Abgasrückführungsventil in den Hauptansaugweg 5 geleitet. Da der Aufbau desjenigen Abschnittes dieser Anordnung ähnlich dem bekannter Anordnungen ist, erübrigt sich eine weitergehende Beschreibung.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine beschrieben.

In dem Betriebsbereich mit unterer und mittlerer Last hat die Drosselklappe 8d eine relativ kleine öffnung. Da unter

diesen Bedingungen das Vakuum im Ansaugkrümmer 7 ausreichend niedriger ist als während der Verzögerung, ist das vakuumbetätigte Ventil 27 geschlossen. Da das Druckdifferential zwischen dem Ausströmende 23 des Nebenarsaugweges 22 und den Einlaßöffnungen 25a, 25b der Vergaserleitung während des Ansaughubes ziemlich hoch wird, vird das Gas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit vom Nebenansaugweg 22 in die Brennkammer 4 geführt, so daß ein intensiver Wirbel des angesaugten Gases in der Brennkammer 4 erzeugt wird. Infolgedessen wird die Verbrennungsgeschwindigl·eit erhöht, so daß eine magere Verbrennung stabil auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn eine Abgasrückführung mit hoher Rückführungsgeschwindigkeit vorgesehen ist.

Da eine Einlaßöffnung 25b der Vergase-rleitung während des Leerlaufbetriebes durch die Drosselklappe 8d geschlossen ist, wird das Gas nur von der anderen Einlaßöffnung 25a in den Nebenansaugweg 22 angesaugt, so daß die Gaszuführungsgeschwindigkeit vom Nebenansaugweg 22 verringert wird. Da vom Vergaser 8 Kraftstoff nur durch die Leerlauföffnung 8f während des Leerlaufes zugeführt wird, wird eine niedrige Gaszuführungsgeschwindigkeit (Gasinjektionsrate) bevorzugt.

Da die Brennkraftmaschine mit hoher Geschwindigkeit bei geschlossener Drosselklappe 8d läuft, wird schließlich während der Verzögerung das Vakuum in dem Ansaugkrümmer 7 so groß, daß das vakuumbetätigte Ventil 27 geöffnet wird. Das Gas wird dann in den Nebenansaugweg 22 nicht nur über die Einlaßöffnung 25a, sondern auch von dem Einlaß 26' der zur Atmosphäre führenden Leitung zugeführt, so daß die Gaszuführungsrate vom Nebenansaugweg 22 in die Brennkammer 4 erhöht wird. Somit ist es möglich, ein Fehlzünden zu vermeiden, welches andererseits während der Verzögerung stattfinden würde. Darüber hinaus wird der Gehalt an Kohlenwasserstoff im Abgas reduziert. Um eine Fehlzündung während der Verzögerung zu verhindern, wird es bevorzugt, daß der Kraftstoff oder ein Luft/Kraftstoffgemisch zu der Leitung 26 geführt wird. Wenn

die Verbesserung, d.h. die Verringerung des Verbrauchs an Kraftstoff berücksichtigt wird, ist es ebenfalls möglich, die Kraftstoffspeisung zu der Atmosphärenleitung 26 abzuschneiden.

In Betriebsbereichen mit Ausnahme der Verzögerung wird somit ein geeignetes Luft/Kraftstoffgemisch realisiert, da die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die in die Brennkammer 4 gesaugt wird, insgesamt durch den Venturiabschnitt 8c dosiert wird.

Gegenüber den vorstehenden Erläuterungen sind verschiedene Abwandlungen möglich:

Zum einen kann sich der Auslaß des Nebenansaugweges direkt in die Brennkammer öffnen und im Nebenansaugweg kann separat ein Ventil zur öffnungssteuerung vorgesehen sein, welches während des Ansaughubes geöffnet ist.

Zum zweiten kann der Nebenansaugweg jede der Einströmöffnungen 25a und 25b der Vergaserleitung enthalten.

Zum dritten kann das Ansaugsystem bzw. die Brennkraftmaschine mit dem Ansaugsystem bei Brennkraftmaschinen mit mehreren oder mit einem einzigen Zylinder verwendet werden, die nicht mit einem Ansaugkrümmer ausgerüstet sind.

Zum vierten kann die Einlaßöffnung der Atmosphärenleitung, d.h. der Luft zuführenden Leitung, des Nebenansaugweges entweder mit der Innenseite des Ansaugkanals des Vergasers stromaufwärts des Venturiabschnitts oder mit einem HilfsLuft-Filter verbunden sein, das getrennt und unabhängig zu dem Vergaser-Luftfilter vorgesehen ist.

Zum fünften kann der Vergaser ein Vergaser vom Zwei-Zylinder-Typ sein; in diesem Fall kann der Leitungsweg des Vergasers des Nebenansaugweges in den primären Ansaugkanal des Vergasers mit zwei Zylindern geöffnet sein.

Zum sechsten kann die Kraftstoff-Speiseeinheit gegenüber dem beschriebenen Vergaser abgewandelt werden, beispielsweise kann eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinrichtung vorgesehen sein. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Weg bzw.

Kanal für die Kraftstoff-Speiseeinheit des Nebenansaugweges zwischen eine Luft-Strömungs-Meßeinrichtung bzw. Dosiereinrichtung und eine Drosselklappe stromabwärts derselben geöffnet sein, wobei das Luftströmungsdosier-System als Luft-Dosierungsabschnitt einer Kraftstoff-Speiseeinheit vom Einspritztyp wirkt.

Claims

Patentansprüche

V 1 .!Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer, die ein Ansaugventil und einen Arbeitskolben zur Ausführung eines Ansaughubes aufweist, mit einer Kraftstoff-Speiseeinheit mit einem Ansaug- bzw. Pumpkanal, in welchem ein Abschnitt zur Luft-Dosierung und stromab zu diesem Abschnitt eine Drosselklappe angeordnet sind, mit einem Hauptansaugweg, welcher die Kraftstoff-Speiseeinheit mit der Brennkammer verbindet, und mit einem Nebenansaugweg, der getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenansaugweg (22) einen stromabwärts liegenden Abschnitt (24) sowie einen ersten und zweiten stromaufwärts liegenden Abschnitt (24a, 24b) aufweist, daß die Ausströmöffnung (bei 23) des stromabwärts liegenden Abschnittes (24) eine Einrichtung bildet, die einen Wirbel der Gase in der Brennkammer (4) erzeugt, daß die Einströmöffnung des stromabwärts liegenden Abschnittes (24) in Fluidverbindung mit dem Auslaß des ersten stromaufwärts befindlichen Abschnittes (24a) sowie

S/br

in Fluidverbindung mit dem Auslaß des zweiten, stromaufwärts befindlichen Abschnittes (24b) steht, daß die Einströmöffnung des ersten, stromaufwärts befindlichen Abschnittes (24a) in Pluidverbindung mit einem Ansaugkanal· (8b) an einer Stelle zwischen dem Abschnitt (8c) zur Luftdosierung und der Drosse3.klappe (8d) steht, daß die Einströmöffnung des zweiten, stromaufwärts liegenden Abschnittes (24b) gegenüber der Atmosphäre geöffnet ist, und

daß der zweite, stromaufwärts liegende Abschnitt (24b) ein durch Vakuum betätigbares Ventil (27) aufweist, welches auf ein Vakuum in dem Hauptansaugweg (5) an einer Stelle stromabwärts der Drosselklappe (8d) anspricht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Speiseeinheit durch einen Vergaser

(8) gebildet ist, der mit einem Venturiabschnitt (8c) versehen ist, welcher als Luft-Dosierungsabschnitt dient.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (31,32,33) zur Kraftstoffzuführung zum zweiten, stromaufwärts liegenden Abschnitt der Nebenansauganordnung (22) vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffzuführung an einer Stelle stromaufwärts des durch Vakuum betätigten Ventils (27) erfolgt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Speiseeinheit (8) eine Schwimmerkammer (8e) zur Aufnahme von Kraftstoff aufweist, und daß die Einrichtung (31,32,33) zur Kraftstoffzuführung zum zweiten, stromaufwärts liegenden Abschnitt (24b) des Nebenansaugweges (22) eine Leitung aufweist, deren Einlaß in Fluidverbindung mit der Schwimmerkammer (8e) steht, während deren Auslaß im zweiten, istromaufwärts liegenden Abschnitt an einer Stelle stromaufwärts des durch Vakuum betätigten Ventils (27) vorgesehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einrichtung (31,32,33) zur Kraftstoffzuführung ein Luftfilter angeordnet ist, und daß der Einlaß des zweiten, stromaufwärts liegenden Abschnittes (24b) des Nebenansaugweges innerhalb des Luftfilters angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch·1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, stromaufwärts liegende Abschnitt (24a) in zwei Abzweigungen (25a,25b) geteilt ist, daß der Einlaß der ersten Abzweigung (25a) stromaufwärts der Drosselklappe (8d) liegt, und daß der Einlaß der zweiten Ab-zweigung (25b) durch die Drosselklappe (8d) geöffnet oder verschlossen wird.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenansaugweg (22) mit seinem Ausströmende (bei 23) in den Hauptansaugweg (5) unmittelbar stromaufwärts zum Ansaugventil (11) geöffnet ist.