DE2514416A1

DE2514416A1 - Brennstoff-versorgungsanlage fuer eine brennkraftmaschine mit schichtladung

Info

Publication number: DE2514416A1
Application number: DE19752514416
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Dr August
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-02
Filing date: 1975-04-02
Publication date: 1976-10-14

Description

ihre Nachricht vom 899 Lindau (Bodensee)

Rennerle 10 - Postfach 3160

1. April 19 Dr. h.c. Paul AUGUST, Capellades 1, Bareclona/Spanien

Brennstoff-Versorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit Schichtladung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit Schichtladung. Dabei soll die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches so durchgeführt werden, daß in den jeweiligen unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Gemisch so zusammengesetzt ist, daß niedrigste Emissionen im Abgas an Co, CH und Nox erreicht werden.

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Eine besondere Ausführung einer einfachen Brennkraftmaschine mit Schichtladung besteht darin, daß die Brennkammer etwas unterteilt ist, wobei der Einlaßteil seitlich angeordnet ist und der Auslaßteil sich oberhalb des Arbeitszylinders befindet .

Ein solcher Schichtlademotor ist in seinem Aufbau sehr einfach, da er im Gegensatz zu anderen Vorschlägen kein drittes Ventil für eine Neben-Brennkammer benötigt.

Er hat weiter den Vorteil, daß zwischen den beiden Brennkammer-TEilen kaum eine Einschnürung besteht, wodurch Leistungsverlust und Verbrauchserhöhung vermieden werden.

Bei einem solchen einfachen Motor mit Schichtladung ist die Trennung zwischen den beiden Kammern so gering, daß es notwendig ist, ein besonders gut aufbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, um wenig CO und insbesondere wenig CH im Abgas zu haben. Auch wegen geringer Bildung von Nox ist ein sehr gut aufbereitetes Gemisch erforderlich, da dadurch die Verbrennung gleichmäßiger mit geringerer Temperaturspitzen verläuft.

Nach einem älteren Vorschlag (amtl.Az.: P 24 34 862.7^-13) ist ein System beschrieben, bei welchem die Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches für den zweiten Teil der Öffnung des Einlaßventils erfolgt und im Bereich der Zündkerze sich ein fetteres Gemisch befindet als im übrigen Bereich.

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In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei hohen Drehzahlen Schwierigkeiten entstehen, und zwar deshalb, weil es nicht möglich wird, exakte Dosierungen in den geringen Bruchtälen der zur Verfügung stehenden Zeit vorzunehmen. 6.000 Upm des Motors entsprechen 100 Umdrehungen/sec. Für die Einspritzzeit stehen praktisch nur 6O zur Verfügung, dies entspricht 1/600 see. Diese Einspritzung genau dosiert müßte 50mal/sec. stattfinden. Man kann sich vorstellen, daß es schwierig wenn nich unmöglich ist, solche Einspritzvorgänge zu schaffen.

Es ist weiter notwendig, vor jedem Zylinder-Eingang eine Einspritzeinrichtung anzubringen. Dies bringt einen verhältnismäßig hohen Kostenaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es Möglichkeiten vorzusehen, eine exakte Dosierung in den geringen Bruchteilen der zur Verfügung stehenden Zeit vorzunehmen, die billig ist und betriebssicher arbeitet.

Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß den mittels eines Vergasers oder Einspritzung hergestellten Normalgemisches vor dem Eintritt in den Arbeitszylinder im ersten TEiI der Einlaßventilöffnung Zusatzluft zur Abmagerung zugeführt wird.

Erfindungsgemäß wird jetzt ein vollkommen neuer Weg beschritten. Es wird nicht die Anreicherung des Kraftstoff-

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Luft-Gemisches im zweiten Teil der Öffnung des Einlaßventils durchgeführt, sondern die Abmagerung eines Normalgemisches im ersten Teil der Einlaßventilöffnung durchgeführt. Für den zweiten Teil der Öffnung des Einlaßventiles liegt das zündfähige Normalgemisch vor, welhes im ersten Teil der öffnung erfindungsgemäß abgemagert wurde. Diese Abmagerung bzw. die Zuführung von Zusatzluft ist erheblich problemloser als die Anreicherung wie bisher im zweiten Teil der Öffnung des Einlaßventils.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Abmagerung des Gemisches mit der Öffnung des Einlaßventiles beginnt und nach 5o bis 7o% der Öffnungszeit beendet ist.

Durch diese Maßnahme wird eine einwandfreie Schichtladung gewährleistet, d.h. ein guter Übergang vom abgemagerten Gemisch zum zündfähigen Gemisch vorhanden ist.

Eine bevorzugte Vorrichtung für die Abmagerung besteht darin, daß die Zusatzluft über einen engen Ringschlitz mit

hoher' Schallgeschwindigkeit kurz vor der Ventilkammer zuc '·_Λ·

"-!geführt wird.

Durch die Verwendung von Schallgeschwindigkeit für die Zuführung der Zusatzluft wird eine bessere Aufbereitung erreicht.

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Im Kraftstoff-Luftgemisch ist eine sehr große Luftmenge mit einer sehr geringen Menge Kraftstoff gemischt.

Es ist einfacher, im nach der Erfindung beschriebenen Ablauf der Bildung einer Schichtladung die große Menge Luft zu dosieren. Die sehr geringe Menge Kraftstoff mit einer Einspritzzeit von I/600 Sekunde und das fünfzigmal pro Sekunde ist nur mit hilfstechnischem Aufwand, wenn überhaupt, zu dosieren.

Weiter kommt hinzu, daß die spezifisch leichtere Luft über die Saugwirkung des Motors in der zur Verfügung stehenden Zeit mit einfachen Mitteln in den Zylinder gelangt, während bei dem spezifisch schwereren Kraftstoff eine gesonderte Druckeinrichtung für die Einspritzung notwendig ist.

Wesentlich ist ferner, daß die Menge der Zusatzluft nur bei Leerlauf und den unteren Teil des Leistungsbereiches mit einer Drosselklappe oder ähnlichem gesteuert wird.

Auch durch diese Maßnahme ist eine genaue Anpassung der Zusatzluftmenge an den jeweiligen Motorentyp möglich, um immer eine praktisch giftgasfreie Verbrennung zu erreichen.

Eine v/eitere Möglichkeit besteht darin, daß die Zusatzluft aufgeheizt wird und daß die Zusatzluft ganz oder teilweise Auspuffgas ist.

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Durch die letztere Maßnahme werden die NOX besonders herabgesetzt.

Eine weitere zweckmässige Bemessungsgrundlage besteht darin, daß der Schlitz so gemessen ist, daß die Zusatzluft im unteren Bereich ca. die gleiche Menge und auch mehr zum Hauptgemisch beträgt und zum Vollastbereich hin laufend abnimmt,, da der Schlitz so bemessen ist, daß er im mittleren Teillastbereich den Messquerschnitt darätellt.

Eine weitere Verbilligung der Ausführung besteht noch darin, daß das Steuerorgan für die nur im ersten Teil der Einlaß-

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öffnung zugeführte Zusatzluft ein Drehschieber ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei gehen aus der Zeichnung und der Beschreibung weitere Erfindungsmerkmale hervor. Es zeigen:

_. E!ig. .--3T" den Schnitt eines Motors nach der Erfindung mit der dazugehörigen Gemischbildungseinrichtung.

Fig. feinen TEiI des Zylinderkopfes.

Bei der nach der Erfindung verwendeten einfachen Konstruktion einer unterteilten Brennkammer mit nur zwei Ventilen befindet sich über dem Arbeitszylinder 1 der Zylinderkopf 2 mit dem Einlaßventil 3 und dem Auslaßventil 4.

Der Brennraum ist in zwei Teile unterteilt, wovon ein TEiI-Brennraum 5 sich am Auslaßventil 4 oberhalb des Arbeitszylinders 1, befindet.

Der zweite Teil-Brennraum 6 ist seitlich verschoben und befindet sich unterhalb des Einlaßventils 3. In diesen Brennraum ragt die nicht gezeichnete Zündkerze.

Dem normalen Ansaug-Sammelrohr 8 ist ein Vergaser 7 vorgeschaltet. Dieses Ansaugrohr 8 versorgt üblicherweise mehrere Zylinder, sofern es sich um einen Mehrzylindermotor handelt.

Nahe des Eingangs der Einlaßventilkammer 13 ist eine Einrichtung 14 angebracht. Dieser Einrichtung vorgeschaltet

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ist ein Drehschieber 9 mit einem Luftansaugrohr Io und einer Drosselklappe 11. Die Drosselklappe 12 des Vergasers ist ebenfalls dargestellt

Die Zusatzluft wird im wesentlichen mit der Drosselklappe 11 nur im Leerlauf und unteren TEillastbereich in der Menge gesteuert bzw. begrenzt. Schon ab mittleren Teillastbereich bis Vollast ist die Drosselklappe 11 voll geöffnet und die Menge der Zusatzluft wird vom Querschnitt des Ringschlitzes 15 bestimmt. So ergibt sich, daß bereits im unteren Teillastbereich die Luftaustrittsgeschwindigkeit am Schlitz 15 sehr hoch ist und im mittleren Teillastbereich Schallgeschwindigkeit annimmt.

Der Schlitz 15 ist so bemessen, daß die Zusatzluft im unteren und mittleren Bereich etwa die gleiche Menge beträgt wie das Kraftstoffluftgemisch, welches vom Vergaser 7 kommt. Da der Schlitz ab mittleren Bereich keine größere Zusataluftmenge mehr durchläßt, vergrößert sich in Richtung Vollast die Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches laufend gegenüber der Menge der Zusatzluft. Das bedeutet, daß in Richtung Vollast der Lambda-Wert sich immer mehr 1 nähert oder auch diesen unterschreitet, je nach dem wie die Gemischzusammensetzung im Vergaser ist. Damit wird erreicht, daß bei Vollast der Motor die übliche Leistung von Ottomotoren hat.

Wegen der Bestimmungen der Abgasentgiftung ist es besonders im Teillastbereich notwendig, daß wenig Giftgasanteile ent-

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stehen.

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Bei normalen Otto-Motoren ist es bereits möglich/ im Bereich von Lambda 1 und etwas darüber zu fahren. Dies bringt sehr niedrige CO-Werte,-diese liegen bei ca. 0,1 % · und niedrige CH-Anteile im Abgas.

Da jedoch in diesem Bereich der Mischungszusammensetzung sehr hohe Brenntemperaturen entstehen, steigt der NO-Anteil im Abgas an. Aus diesem Grund ist es notwendig, zwei Zonen zu schaffen, die beide für sich Spxtzentemperaturen vermeiden und somit infolge Luftüberschusses des Gesamtgemisches eine nahezu vollkommene Verbrennung erreichen.

Nach der Erfindung wird dies durch zwei Maßnahmen erreicht, Diese sind:

1. Bildung unterschiedlicher Gemischzusammensetzung für den Teil, der nahe bzw. weiter ab von der Zündkerze liegt

2. Aufbereitung des Gesamtgemisches mit einem kondensat- und tropfenfreien Benzingehalt.

Im Vergaser wird ein normal brennbares Gemisch erzeugt, welches dem Motor zugeführt wird, über das Luftansaugrohr 8, den Drehschieber 9 und die Einrichtung 14 wird zusätzlich Luft so zugeführt, daß einerseits der erste Teil des über den Vergaser angesaugten Gemischs abgemagert wird

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und zweitens das Kraftstoff-Luftgemisch so aufbereitet wird, daß es kondensat- und tropfenfrei ist.

Dies geschieht folgendermaßen: Über den Vergaser 7 wird ein Kraftstoff-Lufiägemisch angesaugt, was im TEillastbereich in etwa Lambda 1 entspricht. Über das Luftansaugrohr Io wird über die Drosselklappe 11 gesteuerte Luft durch die Einrichtung 14 angesaugt. Dazwischen befindet sich der Drehschieber 9, der so gesteuert wird, daß er diese Luftzuführung etwa bei der Hälfte der Öffnung des Ansaugventils beendet. Dies bedeutet, daß der Motor in der ersten Hälfte des Ansaugtaktes eine Gesamtgemischzusammensetzung hat, die in etwa Lambda 2 entspricht. Nach Schließung des Durchgangs der Zusatzluft durch den Drehschieber 9 erhält der Motor im zweiten TEiI des Ansaugiaktes ein GEmisch von ca. Lambda 1. Dieser TEiI des Gemisches wird sich im Moment der Verbrennung bzw. am Ende des VerdichtungsVorgangs im wesentlichen im Brennraumteil 6, also nahe der Zündkerze, befinden, während sich das magere Gemisch im wesentlichen im Brennraumteil 5 befindet,

Da im Gegensatz zu den Vorkammer- und Schichtlademotoren hier keine enge Trennung zwischen dem Brennraum 6 - mit der Zündkerze - dem fetteren Gemisch gegenüber dem Hauptbrennraum 5 mit dem mageren GEmisch vorhanden ist, ist es notwendig, eine ausgezeichnete Kraftstoffaufbereitung im Gemisch vorzunehmen. Diese findet am Eingang der Ventilkammer 13 statt.

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Im Vergaser bildet sich ein Gemisch, welches einerseits mit größeren Tropfen versehen ist und andererseits an der Fand Benzinkcndensat entstehen läßt. Dieses Kondensat und die Tropfen wandern hauptsächlich an den Wänden des Ansaugrohres zum Motor und bilden in diesem fette Kraftstoffzonen, die nur unvollständig verbrennen können. Außerdem entsteht ungleichmäßige Zusammensetzung des GE-misches. Dieser Nachteil wird durch die Einrichtung 14 beseitigt. Die Zusatzluft strömt über einen engen Ringschlitz 15 mit hoher Geschwindigkeit im Wandbereich des Ansaugrohres 8 in die Ventilkammer 13. Dadurch werden Kraftstoffkondensat und Tropfen zu feinstem Kraftstoffnebel aufbereitet.

Eine ähnliche Einrichtung unterhalb des Vergasers brachte bei normalen Otto-Motoren einwandfreien Motorenbetrieb im Bereich von Lambda 1,1 - 1,2. Es wurde dadurch dort bereits bei betriebswarmem Motor Abgaswerte erreicht, die bei CO um 0,1 - CH um 5o - loo ppm lagen. Die NO-Werte waren im TEillastbereich nicht angestiegen, da der Luftüberschuß bei Lambda 1,2 für Abkühlung sorgte.

Bei Anwendung eines solchen Kraftstoffaufbereitungssystems genügt eine Erhöhung des Gesamt-Lambdawertes auf etwa 1,4, um CO- und CH-Werte von praktisch Null zu erreichen in Verbindung mit einer Senkung der NO-Anteile auf die Werte, die von den zukünftigen Abgasvorschriften verlangt werden.

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Die Abmagerung des Gemisches im ersten Teil des Ansaugtaktes über die hier beschriebene Luftzuführung bringt keine Probleme im Zusammenhang mit den notwendigen Geschwindigkeiten und ist außerdem sehr preiswert, da der billige Vergaserbetrieb möglich wird.

Notwendig ist jedoch die hier beschriebene Gemischaufbereitung, damit bei einem solch einfachen Motor mit Schichtladung, der nicht teurer wird als ein normaler Otto-Motor, der Verbrennungsvorgang im gewünschten Sinne abläuft, obwohl keine enge Einschnürung zwischen den beiden Brennkammern besteht.

Patentansprüche

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Claims

3 25H416 Patentansprüche

1. Brennstoff-Versorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit Schichtladung, dadurch gekennzeichnet , daß dem mittels eines Vergasers oder
Einspritzung hergestellten Normalgemisches vor dem Eintritt in den Arbeitszylinder im ersten TEiI der Einlaßventilöffnung Zusatzluft zur Abmagerung zugeführt wird.

2. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abmagerung mit der öffnung des Einlaßventiles beginnt und nach 5o bis 7o % der Öffnungszeit des Einlaßventils beendet ist.

3. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft über einen engen Ringschlitz mit hoher bis Schallgeschwindigkeit kurz vor der Ventilkammer zugeführt wird.

4. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Zusatzluft nur bei Leerlauf und im unteren Teil des Leistungsbereiches mit einer Drosselklappe (11) oder dgl. ge s teuert ist.

5. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-

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luft aufgeheizt ist.

6. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft ganz oder teilweise Auspuffgas ist.

7. Brennstoff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch geken nzeichnet, daß der Schlitz (15) derart bemessen ist, daß die Zusatzluft im unteren Bereich ca. die gleiche Menge und auch mehr zum Hauptgemisch beträgt und zum Vollastbereich hin laufend abnimmt, so daß der Schlitz (15) ab mittlerem Teillastbereich der Messquerschnitt ist.

8. BREEINSTOff-Versorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichne t, daß das Steuerorgan für die nur im ersten Teil der Einlaßventilöffnung (3) zugeführte Zusatzluft ein Drehschieber (9) ist.

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