DE3141663A1

DE3141663A1 - Gemischverdichtende, fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3141663A1
Application number: DE19813141663
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl.-Ing. 8000 München Heck; Franz 8047 Karlsfeld Zinnecker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1981-10-21
Filing date: 1981-10-21
Publication date: 1983-05-05

Description

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Gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Bauart.

Bekanntlich wird bei Brennkraftmaschinen der vorbeschriebenen Art zur Erzielung eines einwandfreien Betriebes im Leerlauf und unteren Teillastbereich die Zündkerze relativ nahe dem Einlaßventil angeordnet. Damit kann einströmendes Frischgas den Bereich um die Zündkerzenelektroden von Abgasresten freispülen, womit die Einleitung des Verbrennungsvorganges verbessert ist. Da jedoch nur ein Anteil der über den Ventilspalt in den Brennraum einströmenden Frischladung die Zündkerze erreicht, ist zur Erzielung eines einwandfreien Betriebes im Leerlauf und unteren Teillastbereich eine Frischladung mit relativ hohem Kraftstoffanteil - das heißt einem relativ fetten Gemisch - notwendig, wodurch sich ein verhältnismäßig hoher Kraftstoffverbrauch ergibt.

Zur Senkung des Kraftstoffverbrauches ist es aus der DE-OS 25 51 901 bekannt, eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit relativ magerem Gemisch zu betreiben, jedoch dieses magere Gemisch in dem der Zündkerze zuströmenden Anteil durch ein fettes Gemisch anzureichern. Hierfür wird das fette Gemisch über einen

Zuführkanal kurz vor dem Einlaßventil in den Einlaßkanal ausgebracht. Dieser Zufuhrkanal steht mit einem weiter stromauf in der Wand des Einlaßkanales ausgebildeten Auffangringkanal in Verbindung. Im Auffangringkanal sammelt sich an der Wand des Einlaßkanales niedergeschlagener Kraftstoff, wobei eine stromauf vorgeschaltete Gemischbildungsanlage so eingestellt ist, daß immer ein Teil des ausgebrachten Kraftstoffes sich an der Wand des Einlaßkanales niederschlägt. Eine wesentliche Senkung des Kraftstoffverbrauches erscheint hierbei gering, da eine genaue Dosierung des wandanlagernden Kraftstoffes über den unteren Teillastbereich schwer in Griff zu bekommen ist.

Zur Senkung des Kraftstoffverbrauches durch ein heterogenes Gemisch im Brennraum einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mit relativ fettem Gemisch im Bereich der Zündkerze ist es aus der DE-OS 15 26 299 bekannt, das magere und das fette Gemisch jeweils gesondert in den Brennraum einzubringen. Hierbei ist das magere Gemisch aus dem. Einlaßkanal über das Einlaßventil eingeführt. Das fette Gemisch ist über den hohlen Ventilschaft des Einlaßventiles sowie einer am Einlaßventilteller kanalseitig angeordneten Düse zugeführt und als Strahl auf die öffnung einer die Zündkerze aufnehmenden Nebenbrennkammer gerichtet. Bei dieser Vorrichtung ist das Einlaßventil mit unveränderlichem Hub betrieben, wodurch das Verhältnis des Ausströmquerschnittes der Düse zum Querschnitt des Einlaßventilspaltes über der Drehzahl konstant bleibt. Dies führt insbesondere in Leerlauf- und unteren Teillastbetrieb durch die geringen Teilmengen an fettem und magerem Gemisch zu einer schwierigen Abstimmung beider Gemischströme. Außerdem ist diese bekannte Vorrichtung besonders bauaufwendig.

Ferner wurde in der Anmeldung P 31 14 622 zur Senkung des Kraftstoffverbrauches im Leerlauf- und unteren Teillast-

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betrieb einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit hubverstellbarem Einlaßventil vorgeschlagen, den Hub des Einlaßventiles bei Leerlaufund Teillastbetrieb entsprechend zu reduzieren. Hierbei ist der Ventilspalt bis auf einen der Zündkerze zugewandten Bereich durch die Mantelfläche einer zum Einlaßventil koaxial im Zylinderkopfboden angeordneten Ausdrehung abgedeckt. Damit wird das ausschließlich über den Einlaßkanal zugeführte, stark abgemagerte Gemisch zu einem auf die Zündkerze gerichteten Strahl mit einem für die einwandfreie Entflammung ausreichenden Kraftstoffanteil gebündelt. Ein hubverstellbarer Ventiltrieb ist jedoch eine aufwendige Einrichtung für eine erst bei erheblicher Hubreduzierung des Einlaßventiles erreichbaren Gemisch-Strahlbildung.

Als weitere Maßnahme zur Senkung des Kraftstoffverbrauches ist die kräftige Durchwirbelung der Frischladung im Brennraum bekannt. Aus der DE-OS 28 50 703 ist es hierfür bekannt, den über den Einlaßkanal zuströmenden Frischladungsanteil durch den über einen vor dem Einlaßventil in den Einlaßkanal einmünenden Hilfskanal zugeführten Frischladungsanteil im Brennraum zu verwirbeln. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht jedoch durch die von der Einmündung des Hilfskanals weit entfernte Steuereinrichtung des Einlaßkanals die Gefahr der Auffüllung der Sauganlage mit Frischladung, wodurch eine einwandfreie Steuerung der Gemischzusammensetzung nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art durch geringen zusätzlichen Bauaufwand die in den Brennraum einströmende Frischladung so zu steuern, daß durch erhöhte Verwirbelung einer relativ mageren Frischladung vor allem im unteren Teillastbereich eine höhere Leistung bei geringerem Kraftstoffbedarf erreicht ist.

Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Mitteln gelöst.

Mit der Erfindung ist während des anfänglichen öffnungshubes des Einlaßventiles über den vorbestimmten, freien Querschnitt wenigstens einer ladungsführenden Verbindung ein Anteil der Frischladung aus dem Einläßkanal in den Brennraum als ein im wesentlichen quer zur Zylinderachse gerichteter Strahl eingebracht. Die erfindungsgemäße Abdeckung des Einlaßventilspaltes ist vor allem dem anfänglichen, flachen Bereich der Ventilerhebungskurve zugeordnet. Mit dem Übergang in den steilen Bereich der Venteilerhebungskurve ist die erfindungsgemäße Abdeckung des Einlaßventilspaltes beendet. Die hauptsächliche Menge an Frischladung strömt nunmehr durch den über den gesamten Umfang freien Einlaßventilspalt zu. Da. hierbei die Frischladung vorwiegend in Richtung Zylinderachse in den Brennraum einströmt, ergibt sich mit der überwiegend quer zur Zylinderachse aus dem Frischladungsstrahl bewirkten Ladungsbewegung eine erhöhte Turbulenz in dem relativ mageren Gemisch. Die Ladungsbewegung kann auch durch eine größere Anzahl ladungsführender Verbindungen gesteigert werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine ladungsführende Verbindung in Richtung Zündkerze angeordnet. Erreicht ist damit das Freispülen der Zündkerze von Abgasresten, wobei in Verbindung mit der durch, die Erfindung bewirkten erhöhten Turbulenz insbesondere im unteren Teillastbetrieb die Verbrennung verbessert und bei geringerem Kraftstoffbedarf der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert ist.

Mit der Erfindung ist durch geringen zusätzlichen Bauaufwand die Frischladung für einen Brennraum in mindestens zwei zueinander unterschiedlich gerichtete Teilströme aufgeteilt, wobei die Aufteilung über den gesamten Dreh-

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Zahlbereich der Brennkraftmaschine selbsttätig erreicht ist.

Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben. Hierbei ist die Ausgestaltung nach Merkmalen des Anspruches 3 wegen des geringen konstruktiven Aufwandes für eine Serienfertigung besonders bevorzugt.

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbexspxele beschrieben.

Die Zeichnung zeigt in den

Figuren 1 bis 1c ein erstes Ausführungsbeispiel einer den Ventilspalt des Einlaßventiles hubabhängig abdeckenden Vorrichtung in Aufbau und Funktionsweise sowie

in Figur 2 bis 2ύ ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine lediglich abschnittsweise dargestellte gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine ist mit einem im Hub unveränderlichen Einlaßventil 1 an der Mündung eines Einlaßkanales 2 in einen Brennraum 3 ausgerüstet. Das Einlaßventil 1 wirkt mit einem Ventilsitzring 4 zusammen, der in einer Brennraumwand 5 angeordnet ist. In der Brennraumwand 5 ist ferner dem Ventilsitzring 4 benachbart eine Bohrung 6 zur Aufnahme einer Zündkerze 7 angeordnet. Die Bohrung 6 ist zum ebenen Ab- .

schnitt 5'der Brennraumwand 5 bzw. zur Hubrichtung gemäß Pfeil b des Einlaßventiles 1 geneigt angeordnet. Die Zündkerze 7 ist von der Mündung der Bohrung 6 im Abschnitt 5" der Brennraumwand 5 zurückgesetzt angeordnet, wodurch in der Bohrung 6 ein dem Ventilsitzring 4 benachbarter freier Bereich 8 erzielt ist.

Dem Einlaßventil 1 ist eine seinen Ventilspalt hubabhängig

abdeckende Vorrichtung 9 zugeordnet. Die Vorrichtung 9 umfaßt stromab einer Dichtfläche 10 im Ventilsitzring 4 eine zylindrische Wand 11. Diese Wand 11 ist von einer gegenüber dem Maximalhub des Einlaßventiles 1 geringen Höhe und weist zum Einlaßventilteller 12 ein kleines Radialspiel auf. In die Wand 11 mündet ein im freien Bereich 8 der die Zündkerze 7 aufnehmenden Bohrung 6 beginnender Kanal 13. Der Kanal 13 ist während der hubabhängigen Abdeckung des Ventilspaltes 14 des Einlaßventiles 1 durch die Vorrichtung 9 die ladungsführende Verbindung 15 zwischen dem Einlaßkanal 2 und dem Brennraum 3.

Beim weiteren Ausführungsbexspiel nach Fig. 2 ist mit 16 ein Einlaßventil bezeichnet, dessen Ventilteller 17 etwa bündig mit einer Brennraumwand 18 abschließt. Eine den Ventilspalt 19 des Einlaßventiles 16 hubabhängig abdekkende Vorrichtung 20 umfaßt einen auf dem Ventilteller 17 schaftseitig angeordneten Fortsatz 21. Der Fortsatz 21 ist von einer gegenüber dem Maximalhub des Einlaßventiles 16 geringen Höhe. Der Fortsatz 21 ist mit geringem Umfangsspiel im Ventilsi£zf~22 bzw. im Einlaßkanal· 23 angeordnet. Weiter ist im Fortsatz ein radial gerichteter Kanal 24 ausgebildet, der bei hubabhängiger Abdeckung des Ventilspaltes 19 durch die Vorrichtung 20 die ladungsführende Verbindung 25 zwischen dem Einlaßkanal 23 und dem Brennraum 27 bildet. Der Kanal 24 ist in Richtung der Zündkerze 26 angeordnet, wobei das Einlaßventil 16 gegen Verdrehen gesichert ist.

Während des anfänglichen Öffnungshubes entsprechend dem flachen Bereich der Ventilerhebungskurve des Einlaßventiles 1 bzw. 16 ist der Ventilspalt 14 bzw. 19 durch die Vorrichtung 9 bzw. 20 bis auf den freien Querschnitt der ladungsführenden Verbindung 15 bzw. 25 abgedeckt. Es strömt jeweils Frischladung in Richtung der Zündkerze 7 bzw. 26, wobei diese von Abgasresten freigespült wird und

eine erste Ladungsbewegung im Brennraum 3 bzw. 27 erzeugt ist.

Bei weitem Öffnungshub entsprechend dem steilen Bereich der Ventilerhebungskurve des Einlaßventiles 1 bzw. 16 wird der Ventilspalt 14 bzw. 19 rasch freigegeben, so daß der überwiegende Anteil der Frischladung durch den über den gesamten Umfang nunmehr freienVentilspalt in den Brennr'aum 3 bzw. 27 einströmt. " jD.ie in zueinander unterschiedlichen Richtungen in den Brennraum 3 bzw. 27 einströmenden Teilströme führen in der Frischladung zu einer erhöhten Turbulenz, welche in Verbindung mit dem Freispülen der Zündkerzenregion von Abgasresten.insbesondere im unteren Teillastbereich die Verbrennung verbessert^ so daß dadurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt ist.

Jede Vorrichtung 9 bzw. 20 bewirkt beim Schließen des Einlaßventiles 1 bzw. 16 einen früheren Einlaßschluß, wodurch ein Rückströmen an Frischladung in den Einlaßkanal 2 bzw. 23 verhindert ist. Damit ist insbesondere bei kleinen Drehzahlen ein günstiger Drehmomentverlauf bei einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine erzielt.

Zur Steigerung der Turbulenz kann jede der Vorrichtungen 9, 20 mehrere ladungsführende Verbindungen bzw. Kanäle aufweisen, wobei die Kanäle auch gekrümmt ausgebildet sein können.

Claims

3U1663 Patentansprüche;;;^..^ ?■■ . ·

1. Gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem mit konstantem Hub betätigten Einlaßventil an der Mündung eines Einlaßkanales in einen Brennraum^ gekennzeichnet

- durch eine den Ventilspalt (14, 19) des Einlaßventiles (1, 16) über einen Teil seines Hubes abdeckende Vorrichtung (9, 20) und

- durch wenigstens eine ladungsführende Verbindung (15? 25) in dieser Vorrichtung zwischen Einlaßkanal (2, 23) und Brennraum (3» 27).

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (15» 25) in Richtung zu einer Zündkerze (7, 26) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2,

- wobei in einer Brennraumwand einem Einlaßventilsitz benachbart eine Bohrung für eine von der Bohrungsmündung zurückgesetzt angeordnete Zündkerze angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Vorrichtung (9) stromab der Dichtfläche (10) des Einlaßventilsitzes (4) eine zylindrische Wand ·

(11) von einer gegenüber dem maximalen Hub geringen Höhe sowie kleinem Radialspiel zum Einlaßventilteller (12) aufweist, und

- die Verbindung (15) ein zwischen der Wand (11)

1 und dem von der Zündkerze (7) freien Endabschnitt (8) der Bohrung (6) angeordneter Kanal (13) ist.

4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, mit 5 einem Einlaßventil, dessen Ventilteller etwa bündig mit einer Brennraumwand abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) einen auf dem Ventilteller (17) schaftseitig angeordneten Fortsatz (21) von einer gegenüber dem maximalen Hub 10 geringen Höhe sowie kleinem ümfangsspiel zum Einlaßkanal (23) umfaßt, wobei die Verbindung (20) ein im Fortsatz (21) ausgebildeter Kanal (24) ist.