DE2450969A1

DE2450969A1 - Viertakt-verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2450969A1
Application number: DE19742450969
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Matsumoto; Ryuichi Yamashita
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1975-12-11
Also published as: SE429365B; DE2450977C2; SE7413140L; SE7413143L; SE7413145L; SE410210B; SE429368B; DE2450953A1; SE7413144L; SE429364B; GB1491883A; DE2451068A1; DE2450969C2; DE2450977A1; DE2450994A1; GB1483408A; SE7413141L; DE2451064A1; SE429369B; SE7413139L

Description

Paten tanwa 11 Dipt. In?. H. J. Hübner 8960 Kempten/Allg.

Lindauer Str. 32 · Telefon 0β31/2«2»1

25. jo. t874

γ ⁰14 h

VIERTAEP-VERBRBNKUNGSMOTOR

-Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor, der für jeden Zylinder eine Ansaugleitung mit einem Ansaugventil und eine Auspuffleitung mit einem Auspuffventil aufweist und der für jeden Zylinder eine separate Einrichtung mit einer Drosselklappe zum Einbringen von Luft und Treibstoff in die Ansaugleitung und eine Zündeinrichtung zur Erzeugung eines ZUndfunkens an einer Zündkerze in jedem Zylinder aufweist.

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Der Ausstoss von Verunreinigungen infolge des Betriebes von Verbrennungsmotoren ist zu einer Sache von ernsten gesellschaftlichen Unruhen qo~ worden. Es werden zunehmend strenge Beschränkungen für diese Luftverunreinigungen erlassen, und es werden dringend Motoren gebraucht^ die die neuen Vorschriften erfüllen. Die beste Lösung wird so eine sein, bei welcher wesentliche Teile der bestehenden Technologie und der Werkzeuge verwendet \:crden können und· welche für Motoren der gegenwärtigen Konstruktion verwendet werden kann^ohne dass radiakle Aenderungen notwendig sind. Lösungen, die radikale Neukonstruktionen und extreme Veränderungen in MotorenkonaOptionen und Instruktionen mit sich bringen, sind wahrscheinlich wege-r, dos Widerstandes, gegen Veränderungen bei den Käufern und den Personen, dio das Herstellen und das Warten der neuen Mechanismen erlernen müssen, weniger wirksam, Demzufolgen können Verzögerungen und mangelnde Leistungsfähigkeiten erwartet werden, wenn wesentliche Abweichungen von bestehenden Technologien notwendig sind.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, für eine Lösung für das Problem des Ausstosses von Verunreinigungen zu sorgen,bei welcher ein wesentlicher Teil der bestehenden Technologie verwendet werden kann und welche bei Verwendung·.« in einigen oder sogar den meisten konventionellen Verbrennungsmotoren nur relativ kleine Veränderungen und Konstruktionen notwendig macht. Andere konventionelle Motoren können grössere Modifikationen benötigen, weiche aber klar verständlich und einfach in Gebrauch au noiiuen sind. Es kann daher erwartet werden_f dass diese nur einen minimalen Widerstand gegen deren Gebrauch hervorrufen.

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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Verbrennungsmotoren und Methoden zu deren Betrieb zu schaffen, bei denen der Ausstoss.von Verunreinigungen, speziell Kohlenmonoxyd (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (nachfolgend generell mit NOx bezeichnet) minimälisiert werden.

Fundamental für diese Erfindung ist die Tatsache, dass der Ausstoss der drei wesentlichen Verunreinigungen, nSmlich CO, HC und NOx minimälisiert werden kann, indem ein Verbrennungsmotor mit einem Luft/Treibstoffgemisch-Verhfiltnis betrieben wird, das magerer als das steochiometrische Verhältnis ist. Eine"stoechiometrsiche Mischung " ist eine Mischung, in welcher nach Abschluss der Verbrennung, soweit die begrenzende Substand (Treibstoff odea? Sauerstoff) gestattet, weder ein Ueberschuss an Sauerstoff noch ein Ueberschuss an Treibstoff verbleibt. Bei Verwendung von Benzin ist der numerische Wert des steochiometrischen Verhältnisses etwa 15» das heisst,der Vergaser mischt etwa 15 Gewichtseinheiten Luft für jede Gewichtseinheit Benzin,die in den Luftstrom gebracht wird. Mit dem hier gebrauchten Ausdruck "Treibstoff" sind Benzin und ähnliche flüssige Kohlenwasserstofftreibstoffe gemeint. Magere Mischungen haben einen relativ grösseren numerischen Wert ihres Luft/TreibstoffverhSltnisses und haben Überschüssigen Sauerstoff .. Magere Mischungen werden hier als Mischungen mit einem grösseren Luft/Treibstoffverhältnis als die steo-

! chiometrische:Mischung definiert. Der Ausdruck "Verhältnis " ist manchmal

abwechseln mit seinem numerischen Wert gebraucht. Im Gegensatz dazu

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haben reichere Mischungen ein relativ kloineros Luft/Treibstoffverhäitnia « Reiche Mischungen sind hier als Mischungen mit einem kleineren L_uft/Treibstoffverhältnis als die stoechiometrische Mischung definiert. In einer reichen Mischung ist.zu wenig Sauerstoff, um all ihren Treibstoff zu vorbrauchen. Reiche Mischungen haben überschüssigen Treibstoff und tendieren dazu, den Ausstoss von CO und unverbranntem HC zu verursachen.

Obwohl es wirtschaftlich und in Bezug auf die Umwelt wünschenswert ist, einen Motor mit mageren Mischungen zu betreiben, ist dies bisher nicht bei allen Betriebsbedingungen eines Motors praktizierbar. Gegenwärtig ist der Betrieb eines Motors mit mageren Mischungen bei konstanter Belastung bei relativ hohen Belastungszu3tänden, aber nicht .bei relativ niedrigen Belas.txingszuständen möglich. Bis jetzt ist es nicht möglich gewesen, einen M_otor mit mageren Mischungen bei beiden, niederen und hohen Belastungsauständen zu betreiben und speziell dann nicht^wenn die Belastung des Motors mehr oder weniger plötzlich ändert. Die Gelegenheit, den Ausstoss von Verunreinigungen durch den Betrieb eines Motors mit mageren Mischungen zu minimalisieren, konnte somit nicht voll ausgenützt werden.'

Es hat sich herausgestellt, dass hauptsächlich zwei Massnahmen notwendig sind. Im ersten Fall muss darauf geachtet werden, dass die Betriebsbedingungen eine Verwendung einer mageren Mischung zulassen. Dies kann durch Kontrolle des Rückstandes erreicht werden. Des -weiteren muss die Mischung ,zündbar sein, was durch Beachtung einer guten Zerstäubung erreicht wird. '

Nachstehend wird wiederholt auf Niederbelastungs-und Hochbelastungszustände Bezug genommen. Beim Betrieb von konventionellen Verbrennungsmotoren.

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bei Iliederbelastungszuständen ist die Drosselklappe nahezu geschlossen, und der Ansaugdruck ist normalerweise wesentlich niedriger als der Atraosphärendruck. Dies wird normalerweise ein "Hochvakuum" genannt und tritt bei Leerlauf und beim Fahren' im Leerlauf.sowie bei anderen Botriebsbe-• dingungen auf, wo nur ein relativ kleiner Xraftbedarf vom Motor gefordert wird. Im Gegensatz dazu ist bei einem hohen Belastungszustand die Drosselklappe relativ weit offen und tritt beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit auf ebenen Strassen und beim Aufwärtsfahren auf. Wenn die Drosselklappe unter hohen Belastungszuständen offen ist, nimmt der Ansaugdruck gegen den Atmosphärendruck hin zu. Dieser Zustand wird allgemein "Niedervakuum" genannt.

Während die Grenzlinie zwischen den Niederbelastungs-und Hochbelastungszuständen ein breites und kontinuierliches Band ist, enthält jeder konventionelle Vebrennungsmotor einen Betriebszustand, der durch einen ziemlich niederen Ansaugdruck (eine ziemlich geschlossene Drosselklappe ) gekannzeichnet ist, wo der Motor, wenn überhaupt,nur holperig läuft und fchl-

. zündet , wenn ihm ein mageres Gemisch zugeführt wird, während er mit der gleichea Mischung und mit einem hohen Ansaugdruck, (eine ausreichend geöffnete Drosselklappe ) zufriedenstellend läuft. Die erstgenannte Betriebsbedingung wird als Niederbelastungszustand und die letztgenannte Betriebsbedingung wird als Hochbelastungszustand definiert. Jede Mischung, ob, mager oder reich, tendiert zu schlechterer Zündbarkeit bei Niederbelastungszustände^ aber das Problem ist grosser^ wenn magere Mischungen verwendet "werden» Bei konventionellen Motoren wird das Problem des Niederbclastungsbetriebs häufig durch ©in© reichere Gemisoheinstellung am Vor-

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gaser korrigiert. Obwohl diese Einstellung den Lauf des Motors ausgleicht, verursacht dies einen ungestattet hohen Ausstoss von Verunreinigungen. Ausserdem verringert sich die Zündfähigkeit von jedem Gemisch, ob mager oder reich, bei mehr oder weniger plötzlichen Aenderungen der Belastungszustände des MOtOrS₇beziehungsweise bei mehr oder weniger plötzlichen Veränderungen der Drosselkläppenstellung, da dann eine Veränderung im Verhältnis des Luft/Treibstoffgemisches, auftritt, wodurch die Bildung eines Treibstofffilms an der Wandung der Ansaugleitung und/oder die Bildung von grossen Treibstofftröpfchen verursacht wird.

Das prinzipielle Problem beim Betrieb eines Verbrennungsmotores bei Niederbelastungszuständen mit mageren Mischungen ist das Phänomen der Fehlzündung. Der hier gebrauchte Ausdruck "Fehlzündung" bedeutet, dass ein im Zylinder komprimiertes Luft/Treibstoffgemisch nicht richtig oder gar nicht zündet. Als Folge davon ergibt sich eine wesentlich geringere Motorenkraft, unruhiger Motorlauf und ein hoher Ausstoss von Verunreinigungen , wenn die Fehlzündung auftritt. Bei dieser Erfindung sind Mittel vorgesehen, die den Betrieb eines Motors mit mageren Gemischen bei niederen Belastungszuständen ohne Fehlzündungen ermöglichen, wo dies -bisher nicht möglich war«

Die Tendenz eines Motors zur Fehlzündung bezieht sich direkt auf den numerischen Wert eines mathematischen Ausdruckes ₉ der nachfolgend " Rück-· standsbruch¹· genannt wird«, Der Rüokstandsbruch ist wie folgt definiert %

Rückstandsbruoh

Betrag der Gasrückstände,, die vom vorhergehenden Zyklus im Verbrennungsraum verbleiben

Betrag der Luft Betrag der Gasrück-(oder der Luft/ stände,-die von vor-Treibstoffmischung)/ hergehenden Zyklus die für den nächsten in der Verbrennungs-Zyklus in die Ver- kammer verbleiben brennungskammer gesaugt wird

Der Ausdruck "Betrag" bezieht sich auf.'.Gewicht oder Volumen, das bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gemessen wird. Wenn der numerische Wert des Rückstandsbruohes abnimmt, nimmt auch die Tendenz des Motors zum Fehlzünden ab. - · ·

Es ist offensichtlich, dass der numerische Wert des Ruckstandsbruches auf entweder einen oder beide der zwei folgenden Wege reduziert werden kann: (i) durch die Reduktion des Betrages der GasrUckstände, die im Verbrennungsraum verbleiben (der Zähler des Bruches) oder (2) durch Erhöhen des Betrages Luft (oder Luft/Treinstoffgemisch) die für den -nächsten Zyklus in den Verbrennungsraum gesaugt wird (ein Teil des Nenners im Bruch). Durch jedes der beiden Mittel wird der numerische Wert des Ruckstandsbruches reduziert. Das Erreichen von Betriebsbedingungen im Motor,' bei denen der numerische Wert des RUckstandsbruches ausreichend gering ist, ermöglicht es· einem Verbrennungsmotor, mit mageren Mischungen zu arbeiten, wo bisher magere Mischungen nicht anwendbar waren.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren ist eine Leitung vorgesehen, um einen plötzlichen Druckabfall zu minimalisieren, der beim Oeffnen des Ansaugventils

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in einer Ansaugleitung auftreten könnte, wenn keine Verbindung zwischen den Verschiedenen Ansaugleitung bestehen würde. Die Verwendung einer solchen Leitung ist beim normalen Lauf des Motors von Vorteil. Bei Niederbelastungszustanden, bei denen die Drosselklappe nahezu geschlossen ist, zum Beispiel im Leerlaufzustand, kann der niedere Druck beim Ansaugtakt in einem Zylinder den Druck an der Ansaugöffnung in einem anderen Zylinder, in dem Moment wo das Ansaugventil in diesem anderen Zylinder geÖ*ffnet wird, nachteilig beeinflussen, sodass mehr unverbrannte Gase in diesem Zylinder zurückbleiben. Dies bedeutet, dass bei Niederbelastungszustäiiden den Zylindern ein reicheres Gemisch zugeführt werden muss, um einen ruhigen Lauf des Motors zu erreichen. Eine reiche Mischung verursacht wiederum einen grösseren Ausstoss von Verunreinigungen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Motor zu schaffen, der auch bei einer nahezu geschlossenen Drosselklappe mit einem mageren Gemisch arbeitet.

Erfindungsgema¹ ss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Motor Mittel vorgesehen sind, die den Gasstrom zwischen den Ansaugleitungen begrenzen, wenn die Druckdifferenz zwischen den Drucken auf beiden Seiten der Drosselklappe zunimmt*

Auf diese Weise kann verhindert werden, dass bei N^ederbelastungszuständen, wo die Drosselklappe nahezu geschlossen ist, der Druck in einer ersten Ansaugleitung durch den Druck in einer zweiten herabgesetzt wird, wenn im korrespondierenden zweiten Zylinder ein Ansaugtakt stattfindet.

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In dem Moment,wo das AnsaugVentil gerade geöffnet wird,herrscht in der entsprechenden Ansaugleitung nahezu atmosphärischer Druck,während in der Ansaugleitung bei geöffnetem Ansaug- und Auspuffventil beim Ansaugtakt nicht viel niedriger als der Atmosphärendruck ist, sodass das Risiko, dass verbrannte Gase aus dem Zylinder in die Ansaugleitung strömen und die Menge' der im ' Zylinder verbleibenden Auspuffgase minimalisiert wird.

Bine einfache Konstruktion ergibt sich, wenn diese Mittel zur Begrenzung der Gasströmung zwischen den Ansaugleitungen durch schmale Düsen zwischen der Verbindungsleitung und den Ansaugleitungen gebildet werden.

Wenn diese Mittel durch ein Ventil gebildet werden, das in Abhängigkeit des Druckes in einer Ansaugleitung gesteuert wird, kann eine, effektive Trennung der Ansaugleitungen bei Niederbelastungsbedingungen erreicht werden, während bei normalen und bei Eochbelastungszuständen eine wünschenswerte Verbindung zwischen den Ansaugleitungen besteht«

Speziell gute Resultate werden erhalten» wenn im Leerlaufzustand ein mageres Gemisch mit einem Luft/Tre^bstoffverhältnis von etwa 15 bis 17 zugeführt wird_β Dabei ist erwünscht, dass der Treibstoff im Luft/ Treibstoffgemisch in der Ansaugleitung gut zerstäubt ist, sodass eine gute Zündung des mageren Gemisches unter allen Bedingungen gewährleistet ist. Eine gute Zerstäubung des Gemisches kann erreicht werden, wenn die

Wandung der Ansaugleitung in einen Bereich vor der Ansaugöffnung, der etwa dem Durchmesser des Ansaugv®ntils entspricht,, auf einer Temperatur zwischen 90 bis 155 G gehalten wird,, wodurch die Bildung eines • Trelbst®ffi3ffl0 am «te? Wsaarag der AssawgX®itung und die Bildung von gros«= sen iDreibetofftropfea v®Aiad©s?t «ad eiffl h©mögeaea Gemiseh erzeugt wird,,

das dann dem Zylinder zugeführt wird. Eine einfache und wirkungsvolle Methode zur Beibehaltung der gewünschten Temperatur besteht darin, dass der Motor mit Wasser und die. Ansaugleitung lediglich mit Luft gekühlt wird. '

Ein gut zerstäubtes Gemisch, das sich leicht zünden lässt, wird dann erreicht, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser d_Qjder Düse für die Luftzuführleitung des Vergaserniederbelastungskreises und dem Durchmesser D der Vergaserbohrung etwa 0,035 bis 0,065 beträgt. Eine gute Zerstäubung des Treibstoffes kann auoh erreicht werden, wenn der Treibstoff mit einem Einspritzhahn in die Ansaugleitung eingespritzt wird, wobei die Einspritzung von Treibstoff aus dem Einspritzhahn während des grössten Teils der Zeit, in der das Ansaugventil beim Ansaustakt geöffnet ist, unterlassen wird.

Eine wirkungsvolle Zündverzögerung über einen relativ grossen Winkel kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn die Verzögerung der Zündung durch den.Gebrauch von zwei separaten Unterbrechersätzes. im Zündverteiler erfolgt, die in einem Winkel gegeneinander versetzt siad_o

Ungeachtet der Tatsache, dass der Motor bei Niedörbelastungsauständon mit einer mageren Mischung arbeitet, kann ein schnelles Anlasgen des Motors dann sichergestellt werdea₈ wenn zum Anlassen die Luft und der Treibstoff über eine Treibstoffleitung und ein Ventil im Vergaser ange= saugt wird und das Luft/Treibstoffgemisch hinter der geschlossenes !Drosselklappe in di@ Anssugleiüi'ung eingeteaekt wis?ä_s

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Die Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden und zwar zeigt : -

Pig. 1 ein Diagramm, das den Ausstoss von bestimmten Verunreinigungen in Bezug auf verschiedene Luft/ TreibstoffVerhältnisse zeigt, mit denen ein Motor betrieben wird,,

Pig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Ausführungsform eines Motors, .

Fig. 3 ein teilweiser Querschnitt nach der Linie 3-3 der Pig. 2, Figuren 4, 5 und 6 schematische Querschnitte durch Tfile der Figur 2, Fig. 7 einen Querschnitt durch den Anlasskreis eines Vergasers, Fig. 8 einen vergrösserten Querschnitt des Vergasers nach Fig. 3, Figuren 9» 10 und 11; zwei schematische D_arstellungen, wie der Treibstoff

durch Vergaseröffnungen fliessen kann und Fig.12 einen Querschnitt durch eine Ansaugleitung.

Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt in einer verallgemeinerten und nicht dimension alen Form,den Ausstoss von Verunreinigungen.die auf der Ordinate aufgetragen sind_/in Bezug auf das Luft/ TreibstoffverhSltnis, das auf der Abszisse aufgetragen ist. Dieses Diagramm ist ganz allgemein für alle Verbrennungsmotoren gültig. Zusätzlich zu den Verunreinigungen CO, HO und NOx sind auch die einwandfreien Gase, K_ohlendioxyd (CO₂) und Sauerstoff (O₂ ) in den Auspuffgasen enthalten, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist.

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In Fig, 1 ist ebenfalls gezeigt, dass bei Verwendung von magereren Gemischen als das steochiometrische Gemisch ( ungefähr 15 für Benzin) in einem Motor, der Ausstoss der Verunreinigungen EC und CO im Vergleich zur Verwendung einer reichen Mischung rapide abnimmt. Dasselbe gilt auch für den Ausstoss von Stickstoffoxyden,wenn Gemische mit einem Verhältnis von mehr als 16 verwendet werden. Es ist daher ein wesentlicher Vorteil, einen Motor mit einem Luft / Treibstoffgemisch anzutreiben, dessen Luft/ Treibstoffverhältnis magerer als das steochiometrische Verhältnis ist und das vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 16 und 20 ist, um den Ausstoss der Verunreinigungen zu minimalisieren.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung gezeigt. Wie aus den Figuren ersichtlich , enthält ein Viertaktverbrennungsmotor 10 vier Verbrennungsräume 11a, 11b, 11c und 11d. Der Ausdruck "Zylinder ist manchmal gleichbedeutend mit dem Ausdruck "Verbrennungsraum¹¹ gebraucht ,Der Motor 10 ist mit einer Drosselklappe 30a,30b,30c und 30d und mit einem Vergaser 20a,20b,20c und 20d für je einen Verbrennungsraum versehen. Individuelle Ansaugleitungen 12a, 12b, 12c und 12d sind mit jeweils einer der Ansaugöffnungen 15a,15b,15c,und 15d des Verbrennungsraumes 11a, 11b, 11c und 11d verbunden. Die Ansaugleitungen 12a, 12b, 12c und 12d stellen

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eine Ausführungsform der "Einspritzmittel"' dar, die zur Zuführung des Gemisches in den Verbrennungsraum dienen.

Auspuffleitungen Ha,Hb,14c und Hd sind mit den Auspuff Öffnungen 16a, 16b, 16c und 16d der Verbrennungsräume 11a, 11b, 11c und 11d verbunden und nehmen die Auspuffgase auf. Die A_uspuffleitungen Ha, Hb, Ho und Hd und ein Auspuffsystem P,das die Auspuffgase von den einzelnen Leitungen sammelt, stellt eine -^usführungsform der "Auspuffmittel" dar, dia sura Abführen der verbrauchten Gase aus den Verbrennungsräumen 11a, 11b, 11c und 11d dienen.

AuspuffgasrückfUhrleitungen 13a, 13b, 13c und 13d sind mit den Ansaugleitungen 12a, 12b, 12c und 12d verbunden, -⁰Xe Leitungen 13a bis 13d sind ebenfalls mit einem Auspuffgasrückftihrventil V verbunden. Eine Vakuumleitung 12e (Figuren 2 undl ) verbindet die Oeffnung 12f in der Ansaugleitung 12d und die Oeffnung 12g im Steuerventil V. Die Ansaugleitungen 12a, 12b und 12d sind nicht mit der Oeffnung 12g verbunden. Die Auspuffgasrückf ührleitungen 13a, 13b, 13o und 15d werden dann gebraucht, wenn der ' ■ KOx -Gehalt durch die Rückführung eines Teils der Auspuffgase in cLas angesaugte Luft/Treib3toffgemisch gesteuert wird,

Figur 3 zeigt in einer detaillierten Form Teile der Figur 2 und speziell ■die Teile, die direkt mit dem Verbrennungsraum 11b in. Verbindung' stehen. Die anderen Zylinder 11a,-11 ο ,.11d und di© damit zusammenhängenden Teile

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. sind mit Figur 2 identisch, sodass diese nicht individuell beschrieben werden»

Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist die Ansaugöffnung 15b von einem Ansausventilsitz 18'umgeben, während die Auspuffventilöffnung lob von einem Auspuffventilsitz 18a umgeben ist. Ein Ansaugventil 21 und Auspuffventil 22 sind verschiebbar im Zylinderkopf gelagert und sind so ausgelegt, dass sie bei einer Bewegung gegen den Jeweiligen Ventilsitz,die jeweilige . Oeffnung verschliessen und bei einer Bewegung vom jeweiligen Ventilsita weg die jeweilige Oeffnung freigeben. Nocken 81a» und 82a sind an den dazugehörenden Nockenwellen 81 und 82 befestigt und dienen zum Oaffnen der Ventilöffnungen 15b und 16b, wobei die Ventile 21 und 22 federbelastet sind, damit die Ventilöffnungen 15b und 16b verschlossen bleiben, wenn die Nocken die jeweiligen Ventile 21 und 22 nicht offen halten* Die gleichen Ansaug- und Auspuffventile und -sitze , Nocken und Nockenwellen und Hüclcführfedern sind auch für die anderen Verbrennungsräume vorgesehen.

Der Zylinderkopf H des Verbrennungsraumes 11b ist zusammen mit einem Kühlmantel 0 gezeigt. Dieser Kühlmantel C schirmt nur die an die Auspuff-' öffnung 16b angrenzende Auspuffleitung 14b und den Verbrennungsraum 11b selbst ab. Ein Abschnitt 17, der sich vom . Ansaugventilsitz 18 nach oben in die Ansaugleitung 12b erstreckt,, wird vom Kühlmantel G nicht gekühlt. Statt dessen wird erlaubt, dass dieser Abschnitt 17 vom Verbrennungsraum 11b aufgeheizt wird, aus Gründen die nachfolgend noch beschrieben werden» Dieaox-• Abschnitt 17 kann sogar nach aussen isoliert oder heiss ummantelt werden, um die erhöhte Temperatur beizubehalten,,
Dieser Abschnitt 17 erstreckt sieh vorzugsweise mindestens über eine Strecke-

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von 60 bis 70mm vom Einlassventilsitz 15b nach oben in die Ansaugleitung 12b und wird als Teil der Ansaugleitung 12b betrachtet,obwohl der ganze Abschnitt 17 oder ein Teil davoi^ein integrierter Teil des Zylinderkopfes E bildet. Der Abschnitt 17 wird durch die Innenwandung 19'der Ansaugleitung 12b begrenzt, wobei die Wandung thermisch mit dem Zylinderkopf E zusammenhängt, das heisst, die Innenwandung 19 der Ansaugleitung 12b wird durchwärme aus dem Verbrennungsraum 11b erhitzt. Dies ermöglicht eine Erwärmung der Innenwandung 19 des Abschnittes 17, wobei es nicht wünschenswert ist, dass dieser Abschnitt durch Kühlmittel wie etwa einem Kühlmantel C gekühlt wird. Jedes Kühlmittel sollte ausreichend weit vom Abschnitt 17 entfernt gehalten werden, sodass die Innenwand 19 infolge der von Zylinder 11b zugeführten Wärme die notwendige Temperatur erreichen kann. Ein Teil G1 des Kühlmantels C ist in Figur 4 im Zylinderkopf H über der Ansaugöffnung 15b gezeigt. In flüssigkeitsgekühlten Motoren sollten sich die Kühlöffnungen auf diese Seite des Zylinderkopfes erstrecken, obwohl es nicht notwendig ist, dass diese Region gekühlt wird. Es ist eine ausreichend dicke Materialschicht zwischen dem Teil C1 des Kühlmantels C und der Innenwandung.19 vorhanden, dass sich die Innenwandung 19 genügend erwärmen kann, obwohl der Teil C1 des Kühlmantels C vorhanden ist. Der warme Abschnitt 17 ist ein Ausführungsbeispiel von Zerstäubungsmitteln, um den an der Innenwandung 19 der Ansaugleitung 12b anhaftenden Treibstoff zu zerstäuben. .

In Figur 2 ist ein Zündverteiler 23 schematisch dargestellt. Konventionelle Kondenser, Unterbrecherpunkte, Unterbrechernocken und Unterbrecherwell'e · werden verwendet, um einen Funken zu erzeugen, mit dem das Gemisch im Verbrennungsraum gezündet wird.

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Das ÄuspuffgasrUckflüarventil J enthält einen von einder Feder 201 belasteten. Kolben 200,-der mit einer Membrane 202 verbunden ist, die an der Wandung eines Gehäuses 203 befestigt ist. Das Gehäuse 203 enthält eine- gelüftete Kammer 204 und eine Vakuumkammer 205. Die Feder 201 hebt den Kolben 200 in die ins. Figuren 4 und 5 mit ausgezogenen Linien dargestellte Position« Bei Zunahme des Vakuums in der Vakuumkammer 204 wird der Kolben 2QQ nach unten bewegt,, Wenn, sich der Kolben 200 eine genügend gross© Strecke nach unten, bewegt hat (siehe Fig. 6}, reduziert oder unterbindet dieser den Durchstrom von Auspuffgasen von der Einlassöfftatag 206, voa wo das Gas sonst auf vier Auslassöffnungen. 20? zur· Rückführung in die AtsspuffgasriickfülirleituBgen 13a, 13b, 13c und 13<i verteilt würde . Daraus folgt, dass die ^enge der rttckgeführten Auspuffgases eine Funktion der Grifsse des Vakuums in der Ansaugleitung 12b bildet.

In jedem Verbrennungsraum 11a bis 11d ist ein Kolben 150 hin und her bewegbar angeordnet. Der Kolben 150 dreht eine Kurbelwelle über einen konventionellen Kurbelzapfen, Pleuel- und Kurbelteile (nicht gezeigt).

Jeder Vergaser 20a bis 2Od enthält einen Hochbelastungskreis 50, einen Niedeijbelastungskreis 60 und einen Anlasskreis 70. Die Kreise 50 und führen ein mageres Gemisch mit dem korrekten Verhältnis dem jeweiligen Verbrennungsraum zu. Der Anlasskreis 70 führt ebenfalls ein mageres Luft/Treibstoffgemisch dem jeweiligen Verbrennungsraum zu, aber das Mischverhältnis kann einen etwas kleineren numerischen Wert aufweisen als das Mischungsverhältnis bei den Kreisen 50 und 60, sodass wenn der Motor langsam warm wird,das kombinierte Gemisch vpm/A.nia_;s.skre:i.s und vom

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Hiederbelastungskreis 60 etwa einem steochiometrischen Verhältnis entspricht. Wenn zum Anlassen des Motors 10 nur ein Luft/Treibstoffgemisch vom Anlasskreis 70 verwendet wird, so ist dieses mager (etwa 14:1 ). Wenn das Gemisch mit Luft kombiniert wird, die über eine Drosselklappe strömt, wird das Gemisch reicher, sodass das daraus resultierende Gemisch geeignet ist. Die Drosselklappventile 30a bis 30d (von denen das Drosselklappenventil 30b als Beispiel gezeigt ist) enthalten einen Drosselklappenschaft 31» der drehbar in der Wandung der Ansaugleitung gelagert ist. Das Ventil enthält ebenfalls eine am Schaft 31 befestigte Scheibe 32, die als Drosselklappe wirkt, wenn sich der Schaft 31 dreht. Ein Drosselklappenarm 32a ist am Schaft 31 und an dem ' nicht gezeigten Vergaser befestigt. Durch Drehen des Armes 32a dreht sich der Schaft 31 mit und- verstellt die Position der Drosselscheibe 32 im Ansaugrohr, um den Querschnitt im Ansaugrohr zu variieren, der für den Durchfluss von Flüssigkeit offen ist.

Wie ,aus Fig. 8 ersichtlich, enthält der Vergaser 20b, der als repräsen-, tativ für die übrigen Vergaser am Motor der Fig. 2 gilt,ein Vergasergehäuse 300, das mit einer Wanne 301 versehen ist, welche Treibstoff enthält. Der Hochbelastungskreis 50 besteht aus einem Behälter 303» der ein Gehäuse 304 aufweist, in dem eine Membrane 305 angeordnet ist, die das Gehäuse 303 in eine gelüftete Kammer 306,die durch die Oeffnung 307 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und in eine Vakuumkammer 308,unterteilt. Ein Kolben 309 ist verschiebbar in einer Bohrung 310 gelagert und wird von .einer Feder 311 nach unten gedrückt.Vakuumöffnungen 312 befinden sich im Boden des Kolbens 3O9»der zur Vakuumkammer 308 hin geöffnet ist.Der Kolben

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309 ist ebenfalls zum EaIs des Vergasers 20c hin geöffnet. Von unteren. Ende'des Kolbens 309 steht eine axial gerichtete, konische Drosselnudel 314¹ vor. Diese Drosselnadel 314 passt in die Düse 314a, wobei die axiale Position der Drosselnadel die effektive Oeffnung der Düse 314a besti^t. Die Menge des durch, die Düse 314a gelangenden Treibstoffes ist daher eine funktion des Druckes im Vergaserhals und von der axialen Position der Droscelnadel 314 in der Drosseldüse 314a. Je höher die Position des Kolbens 309 in Fig.4 und 18 , desto weiter ist die Drosseldüse 314a geöffnet,. Eine Eochbelastungs- Ausflussleitung 315 erstreckt sich von der Einlassdüse im Vergaser zu einer Kammer 317, die mit der Vergaserwanne 30"/ in Verbindung steht. Ein perforiertes, offenes Röhrchen 318 (manchmal Emulsionsrohr genannt) erhält Treibstoff von der Vergaserwanne 3ü'/. Der Treibstoff bewegt sich infolge des in der Leitung 315 unter Druck stehenden Luftstroaes und infolge des niederen Druckes im Vergaserhals 313 durch die Drosseldüse 314a. Die Luft die aus der Leitung 315 strömt, mischt sich mit Treibstoff und wird als sehr reiches Gemisch(manchmai Luft/Treibstoffemulsion genannt) durch den Rest des Kreises transportiert. ■ Der vorstehend beschriebene Teil des Vergasers bildet die Mittel, um den Treibstoff in den Luftstrom zu bringen und enthält einen Hochbelastungskreis, der den Treibstoff bei Hochbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zuführt.

Der Niederbelastungskreis 60 enthält eine andere Lüftungsdüse 320 und Lüftungsleitung 321. Die Lüftungsleitung 321 mündet in eine Kammer 522 in der Vergaserwanne 301, welche ebenfalls Treibstoff von der Vergaserwanne erhält. Die Kammer 322 umschliesst ein perforiertes, mit offenen Enden versehenes Röhrchen 323 (manchmal auch Emulsionsrohr genannt),von dem Trcibstoi

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über eine Ausflussleitung 324 infolge des Luftstromes in. der Lüftungs — leitung 321 und infolge des niederen Druckes in. der Ausflttssleitung 324 im Bereich der Drosselklappe 30b ausfliesst. Wie beim Kochbelaatungskreis 50 mischt sich die Luft von der Lüftungsleitung 32t mit Treibstoff und wird als Gemisch (manchmal Luft/Treibstoffemulsion genannt) durch den Rest des Kreises transportiert. Der Niederbelastungskreis 60 liefert die kleinere Treibstoffmenge, die für den Betrieb bei liiederbelastungszuständen notwendig ist road trägt ebenfalls zur Treibstoffzuführung bei. Hochbelastungszuständen bei. -

Die Funktion des Hoch- und Niederbelastungskreises 50 und 60 ist dem Durchschnittsfachmann bekannt. Der Sochbelastungskreis 50 kann direkt in den Vergaserhals 313 münden, wo der schnellströmende Luftstrom den Treibstoff zerstäubt und optimal vermischt. Der Uiederbelastungskreis, bei dem ein Teil des Vermischens und Zerstäubens in der Ausflussleitung 324 erfolgt, mündet im- Bereich der Drosselklappe 30b, wo die bestmöglichen Zerstäubungs- und Mischbedingungen bei einem geringeren Luftstrom herrschen. In beiden Fällen wird das aus dem jeweiligen Kreis ausströmende Gemisch mit weiterer Luft vermischt, die an der Drosselklappe 30b vorbeiströmt, wodurch ein richtig proportioniertes mageres Gemisch entsteht, das dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Das Luft/Treibstoff verhältnis, des Gemisches, das dem Verbrennungsraum zugeführt wird, liegt vorzugsweise zwischen 14 und 20.
Es sind an der oberen Seite der Ansaugleitung - .

und angrenzend an die obere Kante der Drosselscheibe 32, wenn die Drosselklappe leicht'geöffnet ist, Einlassöffnungen 33a angeordnet. Es können

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»It* ι

und normalerweise sind auch mehr als eine Einlassöffnung 33a in einem axialen Abstand voneinander in der Ansaugleitung angeordnet und einige können sogar von der genannten Lage aus stromaufwärts angeordnet sein.

Der vorstehend beschriebene Vergaser ist im Handel als SU-Typ Vergaser mit einem Niedergesphwindigkeitskreis bekannt.

Einige sachdienliche Details des Anlaufkreises T⁵O sind in Fig. 7 gezeigt. Eine Kammer 330 im Vergasergehäuse erhält Luft von der Vergaserwanne 301 über die Leitung 331 . Ein perforiertes, mit offenen Enden versehenes Röhrchen 332 (manchmal auch ein Emulsionsrohr genannt , das die gleichen Eigenschaften wie die Emulsionsrohre der Kreise 50 und go aufweist^ erhält Treibstoff von der Vergaserwanne 301,der dann mit Luft aus der Leitung 33t· vermischt wird. Eine Luftleitung 333' erstreckt sich von einem Bereich der stromaufwärts vom Drosselventil liegt, bis zu einem Anlassventil 334· Eine Verlängerung 335 der Luftleitung 333 mündet an den Einlassöffnungen 336 in die Ansaugleitungen 12a bis 12d. Treibstoff wird zusammen mit einem Teil mitgerissener Luft (Luft/Treibstoffemulsion) über eine Treibstoffleitung 337, die beim Anlasserventilsitz 338 endet, aus der Vergaserwanne 301 gesaugt.

j Das Anlasserventil 334 enthält den Ventilsitz 338 und einen Kolben 339 Der Kolben 339 weist einen Kopf 340 auf, der von einer Feder 341 in Richtung des Ventilsitzes 338 gedruckt wird. ¥enn der ^olben 339 nicht nach oben gehoben wird, ist der Ventilsitz 338 durch den ^olbenkopf 340 verschlossen. Der Kolbenkopf 340 verschliesst ebenfalls die Luftöffnungen 333, wenn dor

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Kolben 339 den Ventilsitz 338 abschliesst.

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Beim Anlassen des M_otors wird die Drosselklappe normalerweise geschlossen gehalten. Ein konventioneller Anlasser dreht den ^otor, und ein Handgriff (nicht ,gezeigt) wird gezogen, um den Kolben 339 in die mit strichpunktierten Linien dargestellte Position in Figur 9 anzuheben. Der Kopf 334 wird da-

durch in die Aussparung 342 bewegt, wodurch ^uft durch die Leitung 333 strömen kann. Ueber die Leitung 337 wird Treibstoff angesaugt und mit der Luft in der Verlängerungsleitung 335 vermischt. Das Gemisch ist gut zerstäubt und strömt als gleichmässige Füllung durch die Einlassöffnung 336 stromabwärts von der Drosselklappe in die Ansaugleitung. Der Kolben 339 wird offen gehalten nachdem der Motor läuft und sich die Drosselklappe geöffnet hat und wird offengehalten^ bis der Motor warm genug ist, dass er mit dem Gemisch vom Niederbslastungskreis arbeitet. Während dieser Aufwärmperiode, die normalerweise etwa 20 Sekunden dauert, zieht der ^otor das Luft/Treibstoffgemisch, sowohl vom Anlass= als auch vom Niederbelastungskreis. Nachdem der Motor warm ist, eventuell etwa 20° Celsius oder höher, wird der Kolben 339 los gelassen und der Anlasskreis ausgeschaltet.

Bei Verwendung des Anlasskreises ist das dem Verbrennungsraum zugeführte Gemisch oftmals nicht so mager wie das Gemisch,, das bei Niederbelastungs- und Hochbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt wird, wenn der Motor warm und der Anlasskreis ausgeschaltet ist. Statt dessen weist das Gemisch, das beim Anlassen und beim Aufwärmen des Motors vom kombinierten •Äusstoss aus dem Anlass- und Niederbelastungskreis stammt, vorzugsweise ein Luft/Treibstoffverhältnis zwischen ungefähr 14 und 16 auf, da das Gemisclydas vom Anlasskreis stammtgwesentlich reicher ist, weil beim Anlassen des Motors ziemlich wenig Luft angesaugt wird, um das Gemisoh zu verdünnen.

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Dieser Bareioh erstreckt sich über beide Seiten des stoöchiometrischen Verhältnisses hinaus· Im Vergleich mit den Mischungsverhältnissen von 2 oder β bei bekannten Standardvergasem, ist dieses Gemisch sehr mager. Ausserdem liegt dieses Gemisch beim Warmlaufen des Motors im mageren Bereich und verbleibt nicht oder wird nicht Überreich wie das'.bei manuellen oder automatischen Chokes beim Aufwärmen des Motors der Fall ist.

Der -^nlasskreis produziert ein Gemisch, das nahezu ein stoechiometrischos Gemisoh bildet, das den Motor antreibt„ weil beim ,Gebrauch eines separaten Anlasskreises zur Erzeugung des Luft/Treibstoffgemisches ein gut zerstäubtes und einheitliches- Gemisch entsteht«, Dies ist speziell wichtig während des Anlassens und Aufwärmens des Motors, da dann die Wandung der Ansaugleitung■noch nicht auf.eine .Temperatur aufgewärmt ist, bei der der aus dem Gemisch entfernte Treibstoff in einem sich langsam bewegenden Luftstrom zerstäubt wird«,

Der Abschnitt 17 der Ansaugleitung, der aa den.Ansaugventilsitz angrenzt, bildet ein Zerstäubungsmittol für den Treibstoffe Die Innenwandung 19 in diesem Abschnitt weist eine erhöhte temperatur auf _v die etwa zwischen 90⁰C und 135°C gehalten werdea sollte_β Bei flüssigkeitsgekUhlten Motoren werden bei etwa 110 C optimale Ergebnisse erzielt, da ein Treibstoffilm bei dieser Temperatur verdampft«, Die Temperatur sollte aber wiederum nicht so hoch sein, sass das gesamte Gemisch erhitzt wird, da dies ein Nachteil

; oo

wäre. Wandtemperaturen zwischen ungefähr 90 C und 135 C scheinen diesen Nachteil zu verhindern. Jedes der beiden Zerstäubungsmittel (die wärme ,Wandung 19 und die Nut )kann vorteilhaft allein verwendet werden.

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Der Gebrauch von beiden Zerstäubungsmitteln zusammen ist noch vorteilhafter.

Der Ausdruck "Zerstäuben" bezeichnet lediglich den Uebergang des flüssigen Treibstoffes in das Luft/Treibstoffgemisch und bedeutet nicht unbedingt, dass der Treibstoff in ein Gas umgewandelt wird_o In der Tat befindet sich der überwiegende Teil des Treibstoffes in kleinen Tröpfchen "im Gemisch, die aber auf Grund des niederen Siedepunktes des Treibstoffes zum Teil auch von Treibstoffgas umgeben sind. Der Ausdruck "Zerstäuben" ist im weiten Sinne für die Entfernung der Flüssigkeit von einer Oberfläche und deren Einbringung in den Gemischstrom gebraucht.

Wenn ein Aluminiumzylinder mit einer Bohrung von etwa 70 bis 90 mm verwendet wird, ist eine axiale Länge des Abschnitts·17 von etwa 60 bis 70 mm sinnvoll. Die Materialdicke des Zylinderkopfes angrenzend an die Ansaugleitung sollte etwa 13 bis 15 mm betragen. Die ¥anddicke im Abschnitt 17 sollte nicht weniger als 6mm sein. Es wird auf die Tatsache hingewiesen, dass die Zylinderkopfdicke bei konventionellen Zylindern nur etwa 9mm und die Wanddicke der Absäugleitung nur etwa 4mm beträgt. Die grb'ssere Materialdicke, speziell in der Verbrennungsraumkuppel in dieser Erfindung, sorgt für eine gute Leitung der'Wärme in den Abschnitt 17 und schirmt diesen Abschnitt gegen einen eventuell verwendeten Kühlmantel ab.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform mit der erwärmten Wandung arbeitet ohne Isolierung oder Ummantelung im gewünschten Temperaturbereich. Dennoch ' kann dieser Abschnitt auch isoliert oder mit einem Heizmantel versehen und durch heisse Auspuffgase erwärmt werden, falls dies notwendig ist.

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HC-Verunreinigungen können durch die Verwendung eines thermischen Reaktors 40 reduziert werden,der die aus den AuspuffÖffnungen ausströmenden Auspuffgase aufnimmt und auf einer erhöhten Temperatur hält ,damit das HC durch den im Auspuffgas verbliebenen Sauerstoff oxydiert wird. Solch ein Reaktor 40 bildet einen Teil der Auspuffmittel. Ein brauchbarer thermischer Reaktor 40 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Der Reaktor 40 enthält ein äusseres Gehäuse 41 und ein zwischen diesem und der Auspuffleitung 4t liegendes inneres Gehäuse 42.Bin Zwischenraum 43 liegt zwischen den beiden Gehäusen 41 und 42. Dieser Zwischenraum 43 kann mit einem guten Isoliermaterial oder einfach mit Luft gefüllt werden,die ebenfalls als Isolierung dient· Dieser Zwischenraum 43 und was auch immer darin eingefüllt ist, dient als Isoliermittel um den Reaktor durch Zurück haltung seiner Wärme heiss zu halten.

Um die Bildung von NOx zu verhindern, werden die Auspuffgase durch eine Oeffnung 44 (siehe Fig. 3) aus dem Reaktor entzogen und durch einen Kühler 45, ein Auspuffgaskontrollventil 46 und letztendlich durch eine Leitung 44b zum AuspuffgasrvickfUhrventil V geleitet. Ein konventionelles Auspuffgaskontrollventil 46 enthält einen membranbetätigten Kolben 46b, dessen Bewegung durch ein Vakuum in der Leitung 12e über der Membrane 46a erzeugt wird. Bei richtigem Ansaugdruck ist das Ventil 46 geöffnet, wodurch ein Teil der Auspuffgase durch die Leitung 44b in das Ventil V und von da in die Ansaugleitung zurUckgeleitet wird.

Wenn der Motor nach den Figuren 2 und 3 unter Hochbelastungszustanden arbeitet, bei denen die Drosselklappe ziemlich weit geöffnet ist und in den Ansaugleitungen ein relativ kleines Vakuum (relativ hoher An-

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saugdruck) herrscht, entsteht eine Schwierigkeit beim Betrieb des Motors mit einer mageren Mischung.

Beim Anlassen des Motors bleibt das Auspuffgasrückführventil V geschlossen, wodurch die Auspuff gasrückführung vUhronQ α.-/ ,'.nlasszeit verhindert oder begrenzt wird_e Es ist vorteilhaft, während dieser Zeit die Auspuffgase nicht in das System zurückzuführen, da die Auspuffgase den numerischen Wert des Ruckstandsbruches erhöhen wurden, was den Lauf des Motores nachteilig beeinflussen könnte.

Das Auspuffgaskontrollventil 46 öffnet sich durch Reduktion des Vakuums in der Ansaugleitung (Zunahme des Ansaugdruckes), wobei die jeweilige Oef fnung des Ventils 46 entsprechend dem Grad des Vakuums;· in' der Ansaugleitung variiert. Auspuffgase werden durch die Austrittsöffnung 44, Leitung 44a, Auspuffgaskontrollventil 46 und Leitung 44b geleitet. Wenn kein ausreichendes Vakuum herrscht, schliesst sich das Ventil 46„

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Einrichtungen und Methoden können besser verstanden werden, wenn einige der Bedingungen betrachtet werden, die in einem Zylinder während der Vollendung des Ausstosstaktes und während des Beginns des Ansaugtaktes herrschen. Der Druck in der Auspuffleitung erreicht nahezu atmosphärischen Druck, da es sich um eine relativ grosse Leitung handelt. Der Druck in der Ansaugleitung oder im Ansaugverteiler nach dem Vergaser variiert und hängt hauptsächlich von der Drosselklappeneinstellung ab. Vor dem Vergaser herrscht oder ist nahezu Umgebungsdruck, das heisst Atmosphären-

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Der prinzipielle Vorteil bei Verwendung von einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum ist, dass der Druck in einer'Ansaugleitung nicht durch den Druck in einer anderen Ansaugleitung verringert wird. Bei einem Motor wo ein Ansaugverteiler und eine Drosselklappe mehrere Zylinder versorgen, kann der niedere Druck beim Ansaugtakt in einem Verbrennungsraum den Druck an der Ansaugöffnung von einem anderen Verbrennungsraum nachteilig beeinflussen.

Wenn nur eine Drosselklappe für einen Zylinder verwendet wird und die Drosselklappe für Hochbelastungszustände geöffnet ist, erreicht der Ansaugdruck an der Ansaugöffnung nahezu atmosphärischen Druck. Bei nahezu beendetem Auspufftakt und vor dem Erreichen des oberen Totpunktes, ist es gebräuchlich das Ansaugventil zu öffnen während das Auspuffventil immer noch offen ist. Dieser Bereich wird "Ueberlappung" genannt. Die Tendenz der sich im Zylinder befindlichen Gase während der Ueberlappungszeit durch das geöffnete Auspuffventil auszutreten ist um so grosser, je höher der Ansaugdruck ist. Wenn die Drosselklappe geschlossen ist, herrscht ein relativ geringer Ansaugdruck in der Ansaugleitung, wodurch sich eine beträchtliche Druckdifferenz ergibt, die den Ausstrom der Auspuffgase aus dem Zylinder verlangsamt und die sogar einen Rückstrom von Auspuffgasen in die Ansaugleitung verursachen kann. Demzufolge kann festgehalten werden, dass bei abnehmendem Ansaugdruck die Menge der im Verbrennungsraum verbleibenden Auspuffgase zunimmt.

Wenn für jeden Verbrennungsraum eine Drosselklappe vorhanden ist und die Ansaugleitungen nicht miteinander verbunden sind, herrscht in jeder Ansaugleitung ein Druck, der von den eigenen Bedingungen in jeder Ansaugleitung abhängt . Sind aber die Ansaugleitungen miteinander verbunden, wie

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etwa durch NOx-Rückfuhrleitungen, kann ein eventuell existierender niedriger. Druck an einer Ansaugb'ffnung auf die Ansaugöffnung eines anderen Verbrennungsraumes übertragen werden, wodurch der Ansaugdruck oder der Durchschnittdrück im Ansaugsystem herabgesetzt wird. Diese Erscheinung kann.während der VentilUberlappzeit eine Erhöhung der Druck*- differenz zwischen dem Ansaug- und dem Auspuffsystem hervorrufen und die Gasruckstände wie bereits vorstehend beschrieben, erhöhen.

Um diese nachteilige Erscheinung zu vermeiden, sind Mittel vorgesehen , um den Gasstrom zwischen den Ansaugleitungen in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den Drücken auf beiden Seiten der Drosselklappe begrenzen. Diese Mittel können ein Ventil V enthalten, das die Verbindung zwischen den Ansaugleitungen und der Auspuffgasrückführleitung unterbricht, wenn die Drosselklappe geschlossen ist, sodass der Druck in der Ansaugleitung absinkt. }

Die Menge der GasrUckstände in der Ausfuhrungsform nach den Figuren 2 und 3» ist zum Teil vom Oeffnungsgrad des AuspuffgasrückfÜhrventils V (das den Rückstandsbruch durch Zuführung von Auspuffgasen in die Ansaugleitung beeinflusst) abhängig. Das Ventil V kann entweder ein einfaches Ein - Ausventil oder ein Regulierventil sein, das ebenfalls eine Ein-Ausposition aufweist«,

Die in Fig. 4 gezeigten Mittel zur Begrenzung der Gasströmung enthält Düsen 209, deren Bohrung einerseits klein genug ist, um den Durchstrom . von Gasen in Abhängigkeit von kurzen Druckspitzen zu reduzieren und die andererseits gross genug ist, um eine stufenweise Anpassung an Druckveränderungen in den Ansaugleitungen zu gestatten.Zum Beispiel weist bei einem

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Motor mit einem Zylindervolumen von 500 cm jede Düse einen Bohrungs-

querschnitt von etwa 50 mm , was einemBohrungsdurchmesser von weniger als 8mm entspricht. Eventuell kann auch ein Rohr mit einem relativ kleinen Durchmesser verwendet werden, sodass das Rohr etwa denselben Widerstand wie die Leitung mit den Düsen bildet. Bei Verwendung von solchen Trennmitteln^wenn die Drosselklappe geschlossen und der Druck in der Ansaugleitung gering ist, wird der Druck in einer Ansaugleitung im Wesentlichen nicht durch den Druck in einer anderen Ansaugleitung beeinflusst, während bei HochbelastungszustSnden die Verbindung zwischen den Ansaugleitungen einen ausgleichenden Effekt auf die Druckdifferenzen in den Ansaugleitungen ausübt.

Die Verwendung einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum und die Trennung^ der Ansaugleitungen voneinander, optimalisiert die Bedingungen bei NiederbelastungszustSnden, sodass die Menge der Gasrückstände reduziert wird, da kein Verbrennungsraum den Druck in einer anderen Ansaugleitung reduziert. Wenn eine AuspuffgasrückfUhrung verwendet wird und der Druck in einer Ansaugleitung den Druck in einer anderen Ansaugleitung beeinflussen könnte, kann dies durch die Verwendung von Trennmitteln verhindert werden. Daraus folgt, dass die durch den Gebrauch einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erreichbaren Vorteile auch dann erreicht werden können, wenn eine AuspuffgasrUckfUhrung zur Verringerung des NOx-Ausstosses verwendet wird.

In der vorstehend genannten Ausführungsform sind die Ansaugleitungen durch Auspuffgasrückfuhrleitungen miteinander verbunden. Bei anderen Motoren , die einen Vergaser oder eine Einspritzvorrichtung und eine Drosselklappe

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für jeden Zylinder aufweisen, kann es vorteilhaft sein, die Ansaugleitungen ebenfalls mit einem Leitungssystem miteinander zu verbinden, auch wenn kein Auspuffgasrückführung verwendet wird. Dies wird gemacht , um Druckdifferenzen bei Normalbetrieb und bei Hochlastungsbetrieb auszugleichen . Es ist selbstverständlich, dass in solchen Motoren die gleichen Trenn- beziehungsweise Begrenzungsmittel verwendet werden können um die nachteiligen Effekte solch einer Verbindung zwischen den Ansaugleitungen bei Niederbelastungsbedingungen zu verhindern.

Die Verwendung dieser M_erkmale bei der Ausrüstung und beim Betrieb eines Motors ermöglicht die Verwendung eines mageren Gemisches sowohl bei Niederbelastungsals auch bei Hochbelastungszuständen. Dies setzt aber voraus, dass die magere Mischung selbscfc einheitlich und homogen und dass der Treibstoff optimal zerstäubt ist. Falls die Gemischbeschaffenheit und das Verhältnis von Takt zu Takt variiert, kann dies für den erfolgreichen Betrieb eines Motors mit einer mageren Mischung nachteilig sein, speziell bei Niederbelastungszuständen.

In Fig. 12 sind einige Merkmale illustriert, die bei der Zuführung eines homogenen und einheitlichen Gemisches zum Verbrennungsraum wichtig sind. Die Pfeile 400 stellen einen Strom einer Luft/Treibstoffemulsion dar, die durch die Austrittsöffnungen 33a in die Ansaugleitung 12 strömt.Dieser Emulsionsstrom besteht aus fein aufgeteilten Treibstofftröpfchen, Luft aus den LUftungsleitungen und verdampftam Treibstoffgas. -Dieser Emulsionsstrom mischt sich mit zusätzlicher Luft, die an der Drosselklappe vorbeiströmt und bildet so das magere Gemisch.

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Ein Teil des Treibstoffes wird sich als Film 401 an der Ansaugleitung 12 niederschlagen, in der Auffangnut gesammelt und wieder in den Gemischstrom zurUckgeleitet. Der Treibstoff ist in Tröpfchen verschiedener Grosse aufgeteilt. Wie durch die Pfeile 402 angedeutet, folgen die kleineren Partikel einem direkten Weg in die Ansaugöffnung . Der Pfeil 403 deutet an, dass sich ein Teil der Tröpfchen, speziell die grösseren, an der Wandung der Ansaugleitung niederschlägt, was speziell für den gekrümmten Teil der Ansaugleitung 12 zutrifft. Die in der Rohrkrümmung haftenden Tröpfchen werden dann in den erhitzten Regionen 17 verdampft.

Ein ausreichend homogenes Gemisch wird dann erreicht, wenn midestens etwa 70$ , vorzugsweise aber etwa 80$ des Treibstoffes in dem durch die Pfeile 400 dargestellten Strom enthalten ist. Der überwiegende Teil des nicht in den Gemischstrom eingetretenen Treibstoffes schlägt sich als Film 401 an der Wandung der Ansaugleitung nieder. Ein gutes Gemisch wird ebenfalls erreicht, wenn wenigstens etwa 70$ des Treibstoffes (der Treibstoff in Gasform ist ausgeschlossen) als Tröpfchen mit einem Durchmesser von nicht grosser als 0,02 mm, in dem durch die Pfeile 400 dargestellten Gemischstrom enthalten ist. Die vorstehend genannten Prozente beziehen sich auf das totale Gewicht des Treibstoffes. Ein so ausgebildeter Gemischstrom vermischt sich gut mit der zusätzlichen Luft und die kleineren Treibstoffpartikel bewegen sich zur Ansaugöffnung ohne dass sie sich als Film in der Wandung der Ansaugleitung niederschlagen oder miteinander grössere Tropfen bilden. Es ist die Aufgabe des Niederbelastungskreises

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einen geeigneten homogenen und einheitlichen Gemischstrom zu erzeugen. Obwohl "bei Niederbelastungszuständen auch andere Treibstoffzufuhnnittel verwendet werden können, sind bei der Verwendung von konventionellen Vergasern bestimmte Merkmale vom Konstrukteur zu beachten.

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In den Figuren 11 und 12 ist eine Leitung 405 gezeigt, in welcher ein Luftstrom 40§, an seiner Peripherie eine Treibstoff- und/oder Luft/Treibstoffschicht transportiert. Venn die Proportionen in Bezug auf die Durchflussmenge korrekt,ausgewählt wird, fliesst der Treibstoff in einer gleichmässigen, röhrenförmigen Schicht in einein·· kontinuierlichen Strom entlang der Leitungswandung. Der Treibstoff wird sich nicht von Zeit zu Zeit und;.in variierbaren Mengen von der Wandung lösen, sodass ein gleichmässiger Fluss entsteht.Dieser Zustand wird nun dem in Fig. 12 gezeigten Zustand gegenübergestellt, indem diese Merkmale nicht vorhanden sind. Wie aus der Figur ersichtlich, fliesst der Treibstoff nur in dem mit 408 bezeichneten Abschnitt . Der Treibstoff bewegt sich an der unteren Seite, der-Leitung , bewegt sich weniger regelmässig und löst sich in unregelmässigen Abständen und in verschiedenen Mengen von der Wandung der Leitung. Eine Person, die einen'solchen Vergaser .einstellt, kann die durch diese Zustände erzeugten Geräusche sogar hören.

Welche- Mittel auch immer verwendet werden (Treibstoffeinspritzdüsen erzeugen in jeder Ausführungsforrn der Erfindung einen gut zerstäubten Treibstoffstron), es ergibt sich immer ein gut zerstäubtes, homogenes und gleichförmig mageres Luft/Treibstoffgemisch, das in den erfindungsgemässen Verbrennungsmotoren verwendet werden kann, wenn der Treibstoff vom Niederbelastungskreis gut zerstäubt und einheitlich zugeführt wird und wenn der grösste Teil des an der

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Ansaugleitung haftenden Treibstoffes wieder in den. Gemi3chstrcm zurückgeführt wird«

Die gewünschte Strömung des Treibstoffes durch dan Niederbelastungskreiü kann im gezeigten Vergaser erzielt werden, vorausgesetzt da3s die nachfolgend genannten Parameter beachtet werden. In Fig. 10 ist die Dimension d_Q· der kleinste Durchmesser der Lüftungsdlise 320. Die Dimension d ist der grösste Durchmesser in der Ausflussleitung 324 zwischen dem Emulsions-«- rohr 323 und den Austrittsöffnungen 33a ( die Austrittsöffnungen 33a können den gleichen oder einen kleineren Durchmesser, normalerweise kleiner, aufweisen) . Die Dimension D ist der Durchmesser der Vergaserbohrung in die das Luft/Treibstoffgemisch ausströmt. Im Vergaser nach Pig.10 sind die Dimensionen analog, aber nicht im Detail dargestellt. Die analoge Dimension D ist der Durchmesser der Vergaserbohrung, in die das Gemisch aus dem Niederbelastungakreis 112 austritt. Die LüftungsdUse ist am oberen Ende der Leitung die in' diesen Hals ftShrt^'Die analoge Dimension d ist der grösato Durchmesser der Leitung zwischen dem Emulsionsrohr und der Austrittsöffnung •des Vergaserhalses im Kreis 122,

Der in Fig« \Z dargestellte Treibstoffstrom kann erwartet werden, wenn in jeder der beiden Vergaserausführung das VerMltniss von d₀ /d in einem Bereich von etwa 0,035 bis ungefähr 0,065 liegt. Wenn pro Verbrennungsraum eine Drosselklappe vorgesehen ist₉ sollte das Verhältnis a/u etwa im Bereich von 0,035 bis 0,100 liegen.» Die wirkliehen, Dimensionen können entsprechend den vom Motor gestellten Anforderungen ausgewählt werden» In einem typischen Vierzylindermotor, in dem vier Drosselklappen und vier Vergaser verwendet werden, um das Gemisch den Verbrennungsräumen suzufUhren, kann durch die nachfolgenden Dimensionen ein geeigaetez² Gömischausstoss erreicht werden. :

Durchmesser	d	1	,7 mm
Durchmesser	^do	1	,8 mm
Durchmesser	D	- 38	mm

Sollte der gleiche Vergasertyp für einen Motor verwendet werden, in dem er eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen zu versorgen hat, kann die nachstehend genannte Formel zur Dimensionierung eines geeigneten Niederbelastungskreises verwendet werden :

Dimension d* des . \/ /, . _.\2 . _

a y n(d-1,0) + 1,0

modifizierten Vergasers
In der obigen. Formel ist' η die Anzahl der Zylinder die vom Niederbelastungskreis versorgt werden und .· d ist der grösste Durchmesser der Leitung im Vergaser, der nur einen Verbrennungsraum versorgt, während d* die Dimension d im modifizierten Vergaser ist, die in Millimetern ausgedrückt wird«,

i
Im vorstehend genannten Beispiel würde die Dimension d* des modifizierten Vergasers (2d-1,θ) Millimeter betragen. Die anderen Dimensionen erhält man aus den vorstehend genannten Verhältnissen.

Bei Beachtung der vorstehend beschriebenen Verhältnisse und Kriterien ist es dem Durchschnittsfachmann möglich, einen Niederbelastungskreis zu schaffen, der zur erfindungsgemässen Verwendung für jeden Motor geeignet ist.

An Stelle eines Vergasers kam auch ®±n Einspritzhaha verwendet werden, der dea. Treibstoff nach der Drosselklapp© in die Ansaugleitung einspritzt.

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Bei Verwendung einer Drosselklappe und eines Treibstoffeinspritzhahns

f für jeden Zylinder, wird die Einspritzung von' Treibstoff aus dem Treibstoffhahn während der Zeitdauer, die sich zwischen 30 und 150 nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtaktes erstreckt, vorzugsweise unterlassen, sodass während der Zeit, in der das Ansaugventil relativ weit offen ist, kein Treibstoff eingespritzt wird.

Auf diese Weise wird der Treibstoff vor dem Oeffnen des Änsaugventils in der relativ warmen Ansaugleitung zerstäubt, sodass auch bei Verwendung eines mageren Gemisches eine gute Zündung und Verbrennung und ein minimaler Ausstoss von Verunreinigungen erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung wird normalerweise bei Viertaktverbrennungsmotoren benutzt und kann bei Motoren mit jeder beliebigen-Zylinderzahl , wie bei Secaszylinderreihenmotoren, V-8-Motoren und Vierzylindermotoren verwendet werden . Die erfindungsgemässen Merkmale können auch bei sogenannten geschichteten Ansaugsystemen mit Hilfsverbrennungskammern verwendet werden.

SÖ98SÖ/ÖS3S

Claims

PATENTAISPRÜECHE

1) Viertakt-Vierzylindermotor, der für jeden Zylinder eine Ansaugleitung mit einem Ansaugventil und eine Auspuffleitung mit einem Auspuffventil aufweist und der für jeden Zylinder eine separate Vorrichtung mit einer Drosselklappe zum Einbringen von Luft und Treibstoff in. die Ansaugleitungen, sowie eine Zündvorrichtung zur Erzeugung eines Zündfunkens an einer Zündkerze in jedem Zylinder aufweist und bei dem die Ansaugleitungen durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind,dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Strom der Gase zwischen den Ansaugleitungen bei Zunahme der Druckdifferenz der Drucke auf beiden Seiten der Drosselklappe begrenzen.

2) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung der Gasströmung als kleine Düsen in der Verbindungsleitung ausgebildet sind.

3) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung der Gasströmung als ein Ventil ausgebildet sind, dessen Betätigung durch den Druck in der Ansaugleitung erfolgt«

4) Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil bei abnehmendem Druck in der Ansaugleitung, den Durchstrom von Gasen zunehmend begrenzte,

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5) Verbrennungsmotor nach, den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil im Leerlaufzustand des Motors geschlossen ist.

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