DE2312948C3

DE2312948C3 - Brennkraftmaschine mit gesteuerter Zeitpunkt-Fremzündung

Info

Publication number: DE2312948C3
Application number: DE2312948A
Authority: DE
Inventors: Yukio Katsuta Hohsho; Yoshishige Oyama; Teruo Yamauti
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-03-17
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1975-05-07
Also published as: DE2312948A1; US3929115A; GB1396053A; DE2312948B2; JPS4893804A; FR2177323A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruchs.

Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren *5 Zündkerzen in jedem Zylinder sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der britischen Patentschrift 1 219 596 ist eine Zündanlage für Kolbenbrennkraftmaschinen beschrieben, die zur Verbesserung des Startverhaltens und des Maschinenleerlaufs Iwei Zündkerzen in jedem Zylinder enthält, die über einen einzigen Verteiler von zwei gesonderten Zündspulen gespeist werden. Die drehzahlabhängige Zündpunktverstellung wird vom Verteiler vorgenommen, wobei die Zündzettpunkte der beiden Kerzen jedes Zylinders jeweils gleich sind.

Die in der USA-Patentschrift 2 481 890 beschriebene Zündanlage für Kolbenbrennkraftmaschinen «oll durch entsprechende Anordnung von mir.de- «tens drei Zündkerzen Nachverbrennungen im Bereich der Zylinderwand vermeiden bzw. diese Nachverbrennungen in den Bereich der Zylinderachse verlagern. Durch diese Maßnahmen soll die Gemischverdichtung erhöht und das sogenannte Klopfen des Motors auch bei Kraftstoffen mit geringer Oktanzahl vermieden werden können.

Auf Grund der ständig schärfer werdenden gesetzlichen Abgasbestimmungen für Kraftfahrzeuge ist man bestrebt. Brennkraftmaschinen über ihren gesamten Betriebsbereich mit einem möglichst mageren Luftbrennstoffgemisch mit einem Luftbrennstoffverhältnis von mehr als 18 zu betreiben, weil auf diese Weise die Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und an Stickoxyden vermindert werden können. Eine vollständige und gleichmäßige Verbrennung derart abgemagerter Gemische in allen Betriebsbereichen, wird jedoch auf Grund einer ungenügenden bzw. ungleichmäßigen Zerstäubung und Gemischverteilung im Zylinder erschwert. Eine entscheidende Rolle für einen gleichmäßigen Ablauf deT einzelnen Verbrennungsvorgänge kommt der Leistungsfähigkeit der Zündkerzen zu, da der Verbrennungsablauf in erheblichem Maße von der Stärke des Zündfunkens mitbestimmt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit den Gattungsmerkmalen des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas die Verbrennung eines mageren Gemischs mit einem Luftbrennstoffverhältnis von 18 bis 23 ohne Leistungseinbuße Sichergestelltist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Verzögerung des Zündzeitpunkts der Hilfskerze gegenüber demjenigen der Hauptkerze kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine von 0 bis 25° des Kurbelwinkels betragen.

Um zur Beschleunigung eine erhöhte Leistung zu erhalten, wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Differenz zwischen den Zündzeitpunkten der Hauptkerze und der Hilfskerze aufgehoben, so daß in dieser Betriebsphase beide Kerzen gleichzeitig zünden.

Im folgenden wind ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Ffg. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Reinigung des Abgases,

F i g. 2 ein Schaltschema des Zündsystems, das bei der Anordnung gemäß Fig. 1 zur Anwendung kommt,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung der Zündkerzen und

F i g. 4 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Zündzeitpunktsteuerung gemäß der Erfindung erläutert.

Gemäß den Figuren und insbesondere der Fig. 1, die eine schematischc Darstellung einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt, bezeichnet das Ber.ugszeichen 1 einen Vergaser zur Zuführung von Brennstoff in fein verteilten Flüssigkeitströpfchen. Der Brennstoff wird mit Luft gemischt und durch eine Zerstäubungseinrichtung 2 zerstäubt bzw. vernebelt, weiche die Wärme des Abgases der Maschine ausnutzt. Der zerstäubte Brennstoff wird dann zusammen mit der Einlaßluft durch eine Einlaßleitung 3 und ein Einlaßventil 4 in eine Brennkammer 8 eingesaugt, um dort durch eine Hauptzündkerze 5 und eine Hilfszündkerze 5' gezündet zu werden. Der Vergaser 1 ist so eingestellt, daß er Brennstoff entsprechend der Menge der Saugluft zuführt, um so ein Luftbrennstoffgemisch mit einem l.uftbrennstoffverhiiltnis von 18 bis 23 zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck kann der Vergaser eine Brennstuffzumeßdüse haben, deren Durchmesser kleiner ist, als derjenige bei üblichen Vergasern. Das in der Brennkammer 8 erzeugte Verbrennungsprodukt wird über ein Auslaßventil 6 in eine Auslaßleitung 7 abgegeben. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Kolben. Die Auslaßleitung weist ein Drosselklappen ventil 11 auf, das zur Aufteilung des Abgases in zwei TdIe vorgesehen ist, von denen der eine Teil über eine Abzweigöffnung 13 und eine Heizleistung 14 in die Zerstäubungseinrichtung 2 zum Wärmeaustausch mit dem Ansauggemisch und dann über eine Auslaßöffnung 15 in die Auslaßleitung zurückgebracht wird, um von dort aus in die Atmosphäre zu gelangen.

Das Drosselklappenventil 11 ist über ein Gestänge 16 mit einem Wärmefühler 12 verbunden, der in dei Zerstäubungseinrichtung 2 vorgesehen ist und in Abhängigkeit von der Temperatur in der Zcrstäubungs einrichtung 2 verformt wird, so daß er zur Betätigung des Drosselklappenventils 11 über das Gestäng« 16 dient. Wenn der Wärmefühler feststellt, daß di< Temperatur der Zerstäubungseinrichtung 2 niedrif ist, wirkt er über das Gestänge 16 auf das Drossel klappenventil 11 ein, um dieses zu schließen, so da(

eine erhöhte Menge von Abgas über die Heizleitung nebeln des Brennstoffs in dem Gemisch. Um eine 14 der Zerstäubungseinrichtung 2 zugeführt wird. ausreichende Zerstäubung bzw. Vernebelung des Durch geeignete Auswahl der Betriebseigenschaften Brennstoffs zu erhalten, wird die Temperatur in der des Wärmefühlers 12 ist es möglich, eine perfekte Zerstäubungseinrichtung durch Betätigung des Dros- bzw. im wesentlichen perfekte Zerstäubung bzw. 5 selklappenventils 11 in Abhängigkeit von der Tem-Vernebelung des Brennstoffs zu erreichen. Aus die- peratui in der Zerstäubung£einrichiung 2 überwacht, sem Grunde kann das Luftbrennstoffverh-iltnis hicht wobei die Temperatur durch einen Wärmefühler 12 zwischen 1β und 23 gehalten werden. Ein weiterer festgestellt wird. Ein zweiter Wärmefühler 12' legt Wärmefühler 12' ist in der Zerstäubungseinrichlung die Arbeitsweise der Schalter bzw. Kontakte in den vorgesehen und über ein Gestänge 16' mit einer nicht »° Verteilern 22 und 22' fest, um so die Zündpunkteindargestellten Zündpunkteinstelleinrichtung in den stellung in Abhängigkeit von der Temperatur in der Verteilern 22 und 22' eines Zündzeitpunkteinstell- Zerstäubungseinrichtung vorzulegen oder zurückzumechanismus verbunden. Auf diese Weise fühlt der verlegen, wodurch die Steuerung zweier Zündkerzen Wärmefühler 12' die Temperatur in der Zerstäu- in jedem Maschinenzylinder um einen Kurbelwinkel bungseinrichtung und dient zur Einstellung von Kon- ·5 von 0° bis 25° voneinander abweichen. Auf diese takten 21 und 2Γ der Verteiler 22 und 22', um die Weise ist es möglich, einen stabilen Betriebszustand Zündung vorzuverlegen, wenn die Temperalur an- der Maschine mit einem mageren Brennstoffluftsteigt und zurückzuverlegen, wenn die Temperatur gemisch zu erhalten, das ein Luftbrennstoftverhältnis abnimmt. Aus den vorstehenden Erläuterungen ist von 18 bis 23 aufweist, wobei die Menge an Stickersichtlich, daß ein wärmeempfindlicher Zündpunkt- 2° oxyden (NO,) bemerkenswert vermindert ist.
vcrstellmcchanismus durch die obige Anordnung ge- Während der Beschleunigung muß eine Maschine schaffen ist. " _ej_nL· erhöhte Leistung erbringen. Zu diesem Zweck

In F i g. 2 ist ein Beispiel eines Zündstromkreises wird die Zündpunkteinstellung für die Hilfszünddargestellt, der einen solchen Zündpunktverstell- kerze während der Beschleunigung so vorgenommechanismus aufweist. Der Zündkreis umfaßt Zünd- *5 men, daß die Hilfszündkerze gleichzeitig mit der spulen 19 und 19', die parallel zu einer Batterie 17 Hauptzündkerze arbeitet, um eine erhöhte Motor- und einem Zündschalter 18 angeordnet sind. Wi<· bei leistung zu erhalten, wobei die Zunahme an schädeiner bekannten Anordnung ist jede der Zündspulen liehen Bestandteilen im Abgas auf einen minimalen 19 und 19'mit einem Kondensator 20 bzw. 20'und Wert beschränkt werden Die Zündsteuerung der einem Kontakt 21 bzw. 2Γ verbunden, die ihrerseits 3° Hilfszündkerze kann durch eine mechanische Einparallel zueinander liegen. Jede der Zündspulen 19 richtung verstellt werden, wobei der Unterdruck in und 19' weist eine Sekundärwindung auf, die an dem Saugrohr zur Einstellung der Winkellage der einem Ende an Masse liegt und über den Verteiler 22 die Unterbrecherkontakte tragenden Scheibe heran- bzw. 22' mit einer Hauptzündkerze 5 bzw. einer gezogen wird. Es kann aber auch eine elektrische Hilfszündkerze 5' verbunden ist. Die Kontakte 21 35 Einrichtung zur Anwendung kommen, die einen Zeit- und 21' werden in Abhängigkeit von der Maschinen- verzögerungskreis aufweist, der während der Bedrehung intermittierend durch Nockenmechanismen schleunigung außer Betrieb gesetzt wird,
bekannter Art geöffnet. Die Einstellung ist derart, F i g. 4 zeigt ein Beispiel einer Zündzeitsteuerung, daß die Betätigung des Kontakts 21' gegenüber dem In der Zeichnung ist durch die kräftige ausgezogene Schalter 2ί um 0° bis 25" des Kurbelwinkcls ver- 40 Linie die Zündpunkteinstellung der Hauptkerze und zögert ist. Die Verteiler 22 und 22' können zusatz- durch die gestrichelte Linie diejenige der Hilfszündlich zu dem wärmeempfindlichen Zündpunktverstell- kerze wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß bei einer mechanismus einen Zündpunktvcrstellmechanismus Maschinendrehzahl von 1000 UpM das Ausmaß der aufweisen, der tin Paar koaxiale Nocken, die Schalt- Frühzündung bei der Haupt- und der Hilfszündkerze stellen in Übereinstimmung mit besonderen Maschi- 45 gleich ist. Bei Maschinendrehzahlen über 1000 UpM nendrehzahlen bilden sowie ein Paar Rcgulierge- weichen die Zündpunkteinstellungen progressiv vonwichte umfaßt, die verschiedene Zündzeitpunktciü- einander ab. Bei einer Maschinendrehzahl von über stellcharaktcristiken aufweisen und jeweils mit einem 2000 UpM werden die Zündpunkteinstellungen bei dieser Nocken zusammenwirken. Weiterhin kann der der Zündkerzen konstant gehalten, und zwar mit Zündpunkteinstcllmechanismus bekannte elektrische 50 einem Unterschied in den Zündpunkteinstellungen Einrichtungen aufweisen. von ungefähr 5° Kurbelwinkel. In diesem Beispiel

Die Haupt- und Hilfszündkerzen 5 und 5' können beträgt das Mischungsverhältnis 19 bei der Leerlaufin dem Zylinder an geeigneten Stellen in Abhängig- drehzahl und ungefähr 21 bei einer über der Leerkeit von der Gestaltung der Brennkammer angeord- laufdrehzahl liegenden Drehzahl. Es sei festgestellt, net sein. Bei einer bevorzugten Anordnung ist die 55 daß das Ausmaß der Zündpunktvorverstellung und Hauptzündkerze S an einer Stelle vorgesehen, die der Unterschied zwischen den Zündpunkteinstellunbesonders für eine Initialverbrennung geeignet ist gen der Haupt- und der Hilfszündkerze in Abhängig- und die Hilfszündkerze 5' ist an einer Stelle ange- keit von den Eigenschaften der Maschine verändert ordnet, die für eine. Verbrennung in einem Lösch- worden sollte. Beispielsweise können die Zündpunktbereich geeignet ist. ⁶° einstellungen, wie dies durch die dünnen Linien in

Es ist festgestellt worden, daß ein befriedigendes Fig. 4 gezeigt ist, auch bei Maschinendrehzahlen Ergebnis durch Anordnung der Hauptziindkcrzc 5 über 2000 UpM vorverlegt werden und der Unterneben dem Einlaßventil 4 und der Hilfszündkerze 5' schied zwischen der Zündpunkteinstellung der neben dem Auslaßventil erreicht werden kann. Hauptkerze und der Hilfskerze kann innerhalb des

Während des Betriebs liefert der Vergaser 1 ein ⁶S Bereichs zwischen 5° und 25° Kurbelwinkel ver-Luftbrennstoffgcmisch, welches ein Luftbrennstoff- ändert werden. Es ist möglich, die Menge an Kohlenverhältnis von 18 bis 23 aufweist und die Zerstäu- Wasserstoffen zu vermindern, in dem man die Mabungseinrichtung 2 dient zum Zerstäuben bzw. Ver- schine so auslegt, daß der Ventilüberschneidungs-

winkel zwischen 0° und —5° beirägt. Bei üblichen Kolbenbrennkraftmaschinen ist eine Überschneidung zwischen der öffnung des Einlaßventils und der öffnung des Auslaßventils üblich. Jedoch wird bei einer derartigen Anordnung ein Teil des Abgases während der Ansaugphase in den Zylinder eingeführt, wodurch die Flammenfrontausbreitungsgeschwindigkeit vermindert und damit die Menge an Kohlenwasserstoffen erhöht wird. Wenn die Überlappung der Ventilsteuerungen, wie weiter oben beschrieben, bestimmt ist, kann das Abgas nicht in die Brennkammer eintreten, wodurch die Menge an Kohlenwasserstoffen bemerkenswert vermindert ist.

Wenn drei oder mehr Zündkerzen in einem einzigen Zylinder vorgesehen sind, kann eine verläßlichere Zündung erreicht werden, jedoch hat diese Anordnung Nachteile in bezug auf die Herstellungskosten und die Wartung der Maschine. Bei einer Anordnung, bei der zwei Zündkerzen in einem einzigen Zylinder vorgesehen sind, könnte es bei der Erzielung einer betriebssicheren Zündung unter Verwendung eines relativ mageren Luftbrennstoffverhältnisses

ίο zweckmäßig sein, die Zündkerzen gleichzeitig in Tätigkeit zu setzen. Es wurde festgestellt, daß bei dieser Betriebsweise eine erhöhte Menge an Stickoxyd und Kohlenwasserstoff erzeugt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit gesteuerter Zeitpunktfremdzündung mittels je Brennraum vorgesehener Hauptzündkerze und Hilfszöndkerze, deren Zündzeitpunkte gleichzeitig oder hintereinander erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt der Hilfszündkerze (50 bei Leerlauf mit dem der Haupt- »o zündkerze (S) zusammenfällt und mit steigender Motordrehzahl drehzahlabhängig zunehmend verzögert ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kompensation der Differeiiz der Zündzeitpunkte der Haupt- und der Kilfskerze (5 bzw. 5') während der Beschleunigung der Maschine.