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"Vierzylinder-Otto-Motor" Die Erfindung bezieht sich auf einen Vierzylinder-Otto-Motor
mit einem sich zwischen einem Vergaser und den Zylindern erstreckenden zweiarmigen
Saugrohr, wobei je ein Saugrohrarm zu zwei nebeneinanderliegenden Zylindern führt.
Reihenmotoren dieser Art besitzen aus baulichen Gründen eine Zündfolge, die nicht
der Anordnung der Zylinder entspricht, sondern beispielsweise bei fortlaufender
Bezifferung der Zylinder 1 - 3 - 4 - 2 oder 1 - 2 -4 -3beträgt. Vierzylinder-Viertakt-Boxermotoren
besitzen dagegen die Zündfolge 1 - 4 - 3 - 2. Die vorerwähnten Motoren besitzen
den Nachteil einer ungleichförmigen Saugfolge in den beiden Saugrohrarmen, was nachfolgend
am Beispiel des Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotors erläutert werden soll. Bei diesen
Motoren ist der Vergaser an ein sich in zwei Arme gabelndes Saugrohr angeschlossen,,
dessen einer Arm zu den Zylindern 1 und 2 und dessen anderer Arm zu den Zylindern
3 und 4 führt. Aus der angenommenen Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 ergibt sich, daß die
nebeneinanderliegenden Zylinder 2 und 1 unmittelbar hintereinander ansaugen, so
daß während dieser Zeit in dem zu den Zylindern 3 und 4 führenden Saugrohrarm so
lange keine Strömung entsteht, bis die Zylinder 3
und 4 unmittelbar
nacheinander ansaugen und dann das Gemisch im zu den Zylindern 1 und 2 führenden
Saugrohrarm zur Ruhe kommt.
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Der Ansaugfolgetakt der Zylinder ergibt sich, bezogen auf die Winkelstellung
der Kurbelwelle zu 180o - 540o -1800 - 540o, so daß bei der angenommenen Zündfolge
die Zylinder 2 und 3 nach der Pause (5400) jeweils zuerst -ansaugen. Dieser Ansaugfolgetakt
führt nun zwangläufig zu einer ungleichförmigen Gemischverteilung, die insbesondere
bei Vollast im unteren Drehzahlbereich und im Teillastbereich ein zu Teiches Gemisch
für die zuerst ansaugenden Zylinder und damit eine unangenehme Erhöhung des Anteils
der giftigen Abgasbestandteile bedingt: Dies erklärt sich daraus, daß der Vergaser
ein stets gleichbleibendes Kraftstoff-Luft-Gemisch liefert, dessen Kraftstoffanteil
im oberen Drehzahlbereich sowohl bei Vollast als auch bei Teillast infolge der hohen
Luftgeschwindigkeit bzw. des hohen Saugrohrunterdrucks gut zerstäubt ist. Bei Vollast
und niedrigen Drehzahlen erfolgt dagegen wegen der geringen Luftgeschwindigkeit
im Vergaser keine ausreichende Gemischaufbereitung mehr, zumal auch die bei Vollast
völlig geöffnete Drosselklappe keine Geschwindigkeitserhöhung des Gemischs bewirkt.
Außerdem kommt es infolge des geringen Saugrohrunterdrucks nicht zu einem ausreichenden
Verdampfen des Kraftstoffs, so daß sich im Gemisch mitgeführte Kraftstofftropfen
an der Saugrohrwandung niederschlagen. Der auf der Saugrohrinnenwand niedergeschlagene
Kraftstoffilm- bewegt sich in Richtung der Einlaßkanäle des Zylinderkopfes, dessen
hohe Temperatur jedoch zu einem Verdampfen des Kraftstoffs führt.
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Diese Verdampfung des Kraftstoffs führt nun während der Ansaugpausen
vor dem Arbeitsbeginn der beiden erstansaugenden
Zylinder 2 und
3 zu einer Anreicherung des in den betreffenden Saugrohrarmen ruhenden Gemischs.
Abgesehen von der mit einer Gemischanreicherung verbundenen Vermehrung der giftigen
Abgasbestandteile kann die Anreicherung unter Umständen so stark sein, daß die Zündgrenze
erreicht oder überschritten wird, während die Gemischverarmung für die zweitansaugenden
Zylinder so weit gehen kann, daß die untere Zündgrenze erreicht oder gar unterschritten
wird. Dieser Nachteil äußert sich in unruhigem Motorlauf und Verbrennungsaussetzern
bei noch kalter Maschine und darin, daß die Beschleunigerpumpenmenge beim Beschleunigen
nicht mehr auf das für jeden Zylinder optimale Gemisch eingestellt werden kann.
Eine generelle Gemischabmagerung verbietet sich jedoch, da ihr auch die zweitansaugenden
Zylinder unterworfen sein würden, so daß es für diese Zylinder leicht zu einer Unterschreitung
der Zündgrenze kommen kann.
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Die geschildritenNachteile treten auch an Vierzylinder-Viertakt-Boxermotoren
auf, bei denen die Saugrohrarme zu den Zylindern 1 und 2 sowie 3 und 4 führen. Aus
der üblichen-Zündfolge von 1 - 4 - 3 - 2 ergibt sich, daß die Zylinder 2 und 4 zuerst
ansaugen und daher ein zu reiches Gemisch erhalten, während für die Zylinder 1 und
3 das Gemisch zu arm ist.
| Es sind zwar bereits Ausgleichsleitungen zwischen den |
| Saugrohren an Mehrvergasermotoren bekannt (US--Patent- |
| schrift _ 033 211) ; doch dienen. diese bekannten
Aus- |
| gleichsie_t;xngen lediglich dem Zwecks eine @reg:@i@hs @, |
| gleichmä23ge Füllung der Zylinder zu -erzielen. Eine |
| gleichmäI ige Füllung de,- Zylinder ist vor all@M
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| Leerlau-' i-der im Teillastbereich@arbeite W,
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| sar mehr als eine.-: ZJlinder r.it Gemisch.
zu versorgen !iGC. |
und diese Zylinder in der Ansaugfolge unsymmetrisch arbeiten, d.h.
nach unterschiedlich langen ,Ansaugpausen nacheinander ansaugen. Infolge der unterschiedlich
langen Ansaugpausen wird im Teillastbereich der Saugrohrunterdruck durch das über
den Drosselklappenspalt nachströmende Gemisch unterschiedlich stark abgebaut, so
daß sich die Füllung des jeweils ansaugenden Zylinders verändert. Das bedeutet,
daß der nach längerer Ansaugpause ansaugende Zylinder eine größere Füllung als der
nach einer kurzen Ansaugpause ansaugende Zylinder erhält. Einzig und allein zur
Vermeidung dieses Nachteiles werden bei Mehrvergaseranlagen die im Leerlauf und
Teillastgebiet einen weitgehenden Druckausgleich in den Saugrohren herbeiführenden
Ausgleichsleitungen verwendet. Bei einer anderen bekannten Konstruktion einer Brennkraftmaschine
mit unabhängig arbeitenden Vergasern 2 126 649) sind die den Vergasern zugeordneter
beiden Ansaugrohre über einen Kanal mit einem darin angeordneten Drehschieber verbunden,
der bei hohem Luftdurchsatz durch die einzelnen Ansaugrohre, also bei Vollast und
hoher Drehzahl, selbsttätig geöffnet wird. In diesem Betriebszustand können alle
Zylinder Tiber beide Vergaser gemeinsam ihr Gemisch ansaugen, so daß ,sich für den
jeweils ansaugenden Zylinder ein größerer Vergaserquerschnitt ergibt. Durch eine
solche Maßnahme soll der Saugrohrrunterdruck herabgesetzt und damit die Füllung
der Zylinder und die Leistung des Motors verbessert werden. Der vorliegenden Erfindung
liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Zylindern unter Vermeidung der oben
erwähnten Nachteile unabhängig von den sich ergebenden Ansaugpausen ein im Mischungsverhältnis
"Kraftstoff/Luft"
stets gleichbleibendes Gemisch zuzuführen, um
dadurch den Verbrennungsvorgang inabn einzelnen Zylindern zu vergleichsmäßigen und
dadurch hauptsächlich eine Verringerung der giftigen Bestandteile in den Abgasen
zu erzielen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Saugrohrbereiche
mit zeitweilig zu reichem Gemisch über eine Ausgleichsleitung mit den Saugrohrbereichen
eines zeitweilig zu armen Gemisches verbunden werden, d.h. die Saugrohrteile mit
ruhendem Gemisch werden über eine Ausgleichsleitung mit dem Saugrohrteil verbunden
in dem angesaugt wird, so daß ein stehendes Gemisch vermieden wird. Die Erfindung
besteht im einzelnen darin, daß die beiden Arme dos reit dem Vergaser verbundenen
Saugrohrs über mindestens eine Ausgleichsleitung miteinander verbunden sind, deren
Mündungen im Zylinderkopf oder in dessen unmi-itelbarer Nähe liegen. Vorzugsweise
liegen dabei die Mündungen der Ausgleichsleitung jeweils im Bereich eines erstansaugenden
und eines zweitansaugenden Zylinders. Die Ansaugleitung kann außerhalb des Motors
liegen, wobei sie oberhalb des Zylinderkopfes in die Saugrohrarme einmündet, so
daß der Querschnitt der Saugrohrarme gleichmäßig beaufschlagt wird; sie kann jedoch
auch durch die Wandung der Saugrohrarme bis in den Bereich eines erstansaugenden
Zylinders einerseits und eines zweitansaugenden Zylinders andererseits geführt sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verlaufen eine oder zwei Ausgleichsleitungen
durch den Zylinderkopf, wobei ihre Mündungen den einzelnen Zylindern in der vorerwähnten
Weise zugeordnet sind.
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Die Anordnung der erfindungsgemäßen Ausgleichsleitungen führt dazu,
daß das in dem einen Saugrohrarm durch Verdampfeng
des Kraftstoffilms
angereicherte Gemisch jeweils in den anderen Saugrohrarm abgesaugt und dabei in
mehr oder minder starkem Maße dem jeweils zweitansaugenden Zylinder zugeführt und
dessen Gemisch so angereichert wird, daß die Gefahr eines Unterschreitens der Zündgrenze
behoben ist. Insoweit entsteht abgesehen von dem Gemischstrom durch den dem jeweils
ansaugenden Zylinder zugeordneten Saügrohrarm ein zweiter Teilstrom, der durch einen
je nach Lage der Mündung der Ausgleichsleitung mehr oder minder großen Teil des
anderen Saugrohrarms und die Ausgleichsleitung gebildet wird. Der dadurch bedingte
Gemischausgleich'führt zu einer sehr gleichmäßigen Gemischverteilung, die im einzelnen
durch die Kalibrierung des Ausgleichsrohrs und die Lage seiner Mündungen bestimmt
wird und zu ruhigem Lauf des Motors führt und aufgrund der guten Gemischverteilung
die Möglichkeit bietet, das Gemisch abzumagern und dadurch die giftigen Abgasanteile
zu vermindern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig.
1 und 2 den Zylinderkopf eines Viertakt-Reihenmotors mit außenliegender
Ausgleichsleitung, Fig. 3 den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zylinder--kopf,
jedoch mit innenliegender Ausgleichsleitung, Fig. 4 und 5 einen Zylinderkopf
mit getrennten Ansaugkanälen und innenliegenden Ausgleichsleitungen. Die Zylinder
1, 2 und 3, 4 erhalten das vom Vergaser kommende Gemisch über einen Saugrohrstutzen
5, der sich in zwei Saugrohrarme 6, 7 gabelt. Die Saugrohrarme 6, 7 sind
am
Zylinderkopf 8 angeflanscht und führen über Ansaugkanäle 61 und 71 zu jeweils zwei
Zylindern 1, 2 und 3, 4. Die@angenommene Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 bedingt, daß beispielsweise
bei dem nacheinander erfolgenden Ansaugen der Zylinder 2, 1 das im Saugrohrarm 7
und im Ansaugkanal 71 befindliche Gemisch ruht und durch von der Saugrohr- bzw.
Kanalwandung abdampfenden Xräftstoff angereichert wird. Um ein Einleiten dieses
ange-` reicherten Gemischs in den erstansaugenden Zylinder 3 zu verhindern, sind
die Saugrohrarme 6 und 7 über eine Ausgleichsleitung 9 miteinander verbunden, deren
Mündungen 11 und 12 außerhalb des Zylinderkopfes 8 liegen. Durch den beim Saughub
beispielsweise im erstansaugen® den Zylinder 2 verursachten Unterdruck wird nun
nicht nur das vom Saugrohrstutzen 5 in den Saugrohrarm 6 und den Ansaugkanal 61
gelangende Vergasergemisch, sondern auch das im Saugrohrarm 7 bzwe im Ansaugkanal
71 befindliche Gemisch über die Ausgleichsleitung 9 angesaugt. Der Zylinder 2 erhält
kein angereichertes Gemisch, da das im Saugrohrarm 6, 61 durch Verdampfen angereicherte
Gemisch über die Ausgleichsleitung 9 bereits zum Zylinder 4 abgesaugt worden ist.
Demnach erhält, der Zylinder 2 ein'im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mageres
Gemisch. Über die Ausgleichst eitung 9 gelangt beim Ansaugen des Zylinders 2 zunächst
mageres Gemisch in den Säugrohrarm 6 bzw. 61, da vordem Aasaugen von Zylinder 2
im Saugrohrarm 7 die Ansaugströmung nach Zylinder 3 und 4 vorhanden war und bei
Beginn der Ansaugpause im Saugrohrarm 7 noch keine Anreicherung des Gemisches durch
verdampfenden Kraftstoff
von der Saugrohrwandung erfolgt ist. Erst
im Verlauf der Ansaugpause im Saugrohrarm 7 wird das Gemisch angereichert; diese
Anreicherung kommt aber in erster Linie dem sonst zu mageren Zylinder 1 zugute9
wobei gleichzeitig das Gemisch für den danach ansaugenden Zylinder 3 abgemagert
wird.
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Auf diese Weise ist je nach Lage der Mündung 12 ein mehr oder minder
großer Teil des Saugrohrarms 7 und des Ansaugkanals 71 an den Gemischstrom während
der Ansaugphase der Zylinder 2, 1 angeschlossen. Dasselbe. gilt umgekehrt, wenn
durch den erstansaugenden Zylinder 3 das im Saugrohrarm 6 bzw. im Ansaugkanal 61
befindliche Gemisch über die Ausgleichsleitung 9 angesaugt und in der. vom Vergaser
über den Saugrohrstutzen 5, den Saugrohrarm 7 und den Ansaugkanal 71 dein Zylinder
3 und anschließend dem Zylinder 4 zugeführten Gemischstrom eingeleitet wird. Da
jedoch nach Zylinder 1 sofort Zylinder 3 ansaugt, ist die im Ansaugkanal 71 und
im Saugrohrarm 7 verdampfte Kraftstoffmenge noch gering, so daß-das dem Zylinder
3 zugeführte Gemisch keinesfalls zu reich ist.
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Bei dem usfUhrungsbei spiel nach figo 2 ist die Ausgleichsleitung
9 durch die. Wandung der Sau-grohrarme 6 und 7 so hindurchgeführt, daß die Saugrohrzü'eidungen
11, 12 unmittelbar im Bereich des erstansaugenden Zy-
linders 3 und des zweitansaugenden
Zylinders 1 lieben und die Gemischanreicherung im Saugrohrarrri 7 bzw. ƒ
im Ansaugkanal 71 vornehmlich dem zweitansaugenden Zylinder 1 zugutekommta Somit
wird dem Zylinder 1 mit sonst zu magerem Gemisch das reichere Gemisch aus dem Ansaugkanal.71
und dem Zylinder ,3 mit sonst zu reichem Gemisch
ein mageres Gemisch
aus dem Ansaugkanal 61 zugeführt. Auf ähnliche Weise können. selbstverständlich
auch die übrigen beiden Zylinder 2 und 4 miteinander ver= bunden sein.
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Mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind ähnlich. wie nach Ausführungsbeispiel
1 im wesentlichen die beiden Ansaugkanäle 61 und 71 miteinander verbunden, wobei
die Ausgleichsleitung 13 durch den Zylinderkopf S hindurchgeführt ist. Der besondere
Vorteil dieser Lage der Ausgleichsleitung 13 liegt darin, daß. die Ausgleichswirkung
durch den. kürzeren Weg zwischen den Ansaugkanälen 61 und 71 verstärkt wird und
in*diesem Kanal eine sehr gute Gemischaufbereitung stattfindet.
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Um jedoch auch bei innenliegender Ansaugleitung einen gezielten Gemischausgleich.
zwischen einem erstansaugenden Zylinder mit zu reichem Gemisch und einem zweitansaugenden
Zylinder mit zu armem Gemisch zu ermöglichen, kann bei Zylinderköpfen mit getrennten
Ansaugkanälen 62, 63 und 72, 73 der Ansaugkanal 72 bzw. der Einlaß des Zylinders
3 über eine innenliegende Ausgleichsleitung 14 direkt mit dem Ansaugkanal 62 bzw.
dem Einlaß des Zylinders 1 verbunden sein (Fig. 4). Die Mündungen 15, 16 liegen
unmittelbar an den Einlaßventilen, so daß es auf diese Weise möglich ist, das dem
Zylinder 1 zugeführte Gemisch ebenso reich zu machen, wie das dem Zylinder 2 zugeführte
Gemisch und das dem Zylinder 3'zugeführte Gemisch so abzumagern,,wie das dem Zylinder
4 zugeführte Gemisch. Sollte dabei die Abmagerung des den Zylindern 3 und 4 zugeführten
Gemischs zu stark sein, könnte es beispielsweise durch Änderung der Exzentrizität
des Vorzerstäubers im Vergaser so angereichert werden, daß sämtlichen
Zylindern
ein gleichmäßiges Gemisch zugeführt wird.
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Derselbe Effekt wie mit dem innenliegenden Ausgleichsrohr gemäß Fig.
4 läßt sich auch mit einem außenliegenden Ausgleichsrohr erreichen, wenn dieses
durch die Wandung der Saugrohrarme hindurchgeführt ist und seine beiden Mündungen
in den Kanälen 62, 72 liegen.
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Eine Veränderung am Vergaser erübrigt sich dagegen, wenn sich. auch
zwischen den Zylindern 2 und 4 eine Ausgleichsleitung 17,-18, 19 erstreckt, so daß
jeweils ein Zylinder 2, 3 mit zu reichem Gemisch mit einem Zylinder 1, 4 mit zu
armem Gemisch verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich ein völliger Gemischausgleich
erreichen, der nicht nur zu einem sehr ruhigen Motorlauf im unteren Drehzahlbereich
führt, sondern auch die Möglichkei@schafft; das Gemisch so weit abzumagern, daß
der Anteil der giftigen Ebgasbestandteile außerordentlich gering wird.