DE2536317A1 - Gemischverdichtende, fremdgezuendete viertakt-brennkraftmaschine mit ladungsschichtung - Google Patents

Gemischverdichtende, fremdgezuendete viertakt-brennkraftmaschine mit ladungsschichtung

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DE2536317A1 DE19752536317 DE2536317A DE2536317A1 DE 2536317 A1 DE2536317 A1 DE 2536317A1 DE 19752536317 DE19752536317 DE 19752536317 DE 2536317 A DE2536317 A DE 2536317A DE 2536317 A1 DE2536317 A1 DE 2536317A1
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Description

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Gemischverdi chtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschi chtung
Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch wenigstens ein Einlaßventil als brennstoffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch durch eine Einspritzdüse unmittelbar einem Nebenbrennraum zugeführt wird.
Es sind gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschinen der genannten Art bekannt (DT-OS 1 926 474), bei denen dem Hauptbrennraum durch ein Einlaßventil ein Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, das sich je nach Belastung der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen 0 % und etwa 140 % des stöchiometrischen Verhältnisses bewegt. Dem Nebenbrennraum wird dagegen durch eine Einspritzdüse unmittelbar vorzugsweise in allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine ein im wesentlichen gleiches Brennstoff-Luftgemisch zugeführt. Hierbei hat sich jedoch als besonders nachteilig erwiesen, daß bei der Erzielung eines guten Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine die Abgas-Emission nicht auf ein umweltfreundliches und den zu erwartenden gesetzlichen Bestimmungen genügendes Maß reduziert werden können, so daß die Verwendung eines zusätzlichen Katalysators oder Reaktors unerläßlich ist.
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Vo.'SiEer-jir des ■'■ .!«i-itsrats Dr irg h c Ferdinand Porsche Verstand Dr Ernst Fuhrmann Hein: Branitzki LarS Schmidt
Sitz der Gesellschaft S>uttgar· Peqwsercf Λπ-tsgencht Stuttgart.HRB Mr 5211 Telefon 0711/8203-1 Telex 07-2'871 Porscheauto Stuttgart-Postfach 400640
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung zu schaffen, bei der allein durch eine zweckmäßige Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Hauptbrennraum und den Nebenbrennraum unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine die Abgas-Emission optimiert wi rd.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das dem Nebenbrennraum zugeflihrte brennstoffrei ehe Brennstoff-Luft-Gemisch über dem gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine annähernd gleich ist und das brennstoffarme Brennstoff Luft-Gemisch dem Hauptbrennraum im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine quantitativ geregelt und im oberen Lastbereich qualitativ geregelt zugeführt wird. Hierdurch wird die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine sowie eine Verringerung der CO-Emi'ssion (durch Verbrennung bei Luftmangel entstandenes Kohlenmonoxyd) und der HC-Emission (unverbrannte oder teilweise oxydierte Kohlenwasserstoffe) erzielt, wobei die Gesamt-Luftzahl \ {\ = Verhältnis des tatsächlichen Brennstoff-Luft-Gemisches zum stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Gemisch) Verbrauchs? und abgasoptimal in einem Bereich zwischen 1,1 bis 1,3 ist. Zum Vollastbereich hin wird zur Erzielung maximaler Leistung die Leistungsoptimierte Luftzahl K erzielt, die unter 1 liegt. Die Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum kann durch eine mechanische Einspritzpumpe und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches durch eine luftmessende, antriebslose Einspritzanlage mit kontinuierlichem Brennstoffzufluß erfolgen.
Bei der Verwendung einer luftmessenden, antriebslosen Einspritzanlage, die einen mit einem Brennstoffmengenteiler zusammenwirkenden Luftmengenmesser aufweist und der Brennstoffmengenteiler unter anderem durch einen von einer Kurvenscheibe beeinflußbaren Steuerdruck geregelt wird, kann die Brennstoff-Luftgemisch-Zuführung in besonders einfacher und funktions-
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sicherer Weise derart ausgeführt werden, daß die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum durch den Luftmengenmesser und den Brennstoffmengenteiler erfolgt und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches durch eine vom Fahrpedal betätigte Kurvenscheibe bewirkt wird, die unabhängig von dem Luftmengenmesser durch Beeinflussung des Steuerdruckes der Einspritzanlage den Brennstoffmengenteiler regelt, wobei die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum in einem Lastbereich von geschlossenem bis voll geöffnetem Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine erfolgt und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan über die vom Fahrpedal betätigte Kurvenscheibe durch weiteres Niedertreten des Fahrpedals erfolgt. Als besonders zweckmässig hat sich dabei erwiesen, daß die Kurvenscheibe zusammen mit einer eine KuIissenführung aufweisenden Kulissenscheibe drehfest auf der Welle des Fahrpedals angeordnet ist, wobei die Kulissenscheibe zur Regelung der Leistungsregelorganöffnung mit der Welle des Leistungsregelorgans durch einen in der Kulissenführung der Kulissenscheibe geführte und auf der Welle des Leistungsregelorgans drehfest angeordneten Kulissenschieber verbunden ist und die Kurvenscheibe mit einem den Steuerdruck der Einspritzanlage beeinflussenden Regelventil zusammenwirkt. Die Kurvenscheibe ist entsprechend des Aufbaues der luftmessenden, antriebslosen Einspritzanlage derart ausgebildet, daß in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine für die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches das Regelventil geringer geöffnet ist als in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine für die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches, wodurch in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine mit der quantitativen Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches die Kraftstoffmenge bei im wesentlichen gleicher Luftmenge erhöht wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum durch eine mechanische Einspritzpumpe und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Hauptbrennraum durch einen Vergaser erfolgt. Dem Vergaser ist dabei eine Steuerein-
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richtung zugeordnet, die die quantitative Regelung des Brennstoff-Luftgemisches im Hauptb.rennraum in einem Lastbereich vom geschlossenen bis voll geöffneten Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luftgemisches im Hauptbrennraum bei voll geöffnetem Leistungsregel organ über eine mit dem Fahrpedal zusammenwirkende Betätigungseinrichtung durch weiteres Niedertreten des Fahrpedals bewirkt. Die Betätigungseinrichtung wird dabei durch einen auf der Welle des Fahrpedals drehfest angeordneten Kontakthebel und einer mit diesem zusammenwirkenden Kontaktbrücke gebildet.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Es zeigt Figur 1 die Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführungssystem für den Haupt- und Nebenbrennraum bei geschlossenem Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, wobei die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum durch eine mechanische Einspritzpumpe und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum durch eine luftmessende, antriebslose Einspritzanlage mit kontinuierlichem Brennstoffzufluß erfolgt, Figur 2 das Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführungssystem für den Hauptbrennraum bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine, jedoch nicht mit in Vollaststellung befindlichem Fahrpedal ,
Figur 3 das Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführungssystem für den Hauptbrennraum bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine und mit in Vollaststellung befindlichem Fahrpedal, und
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Figur 4 eine Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführungssystem für den Haupt- und Nebenbrennraum, schematisch dargestellt, wobei die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum durch eine mechanische Einspritzpumpe und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Hauptbrennraum durch einen Vergaser erfolgt.
In der Figur 1 ist mit 1 eine angedeutete Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Zylinderköpfe 2 je einen Hauptbrennraum 3 und einen Nebenbrennraum 4 aufweisen. Den Hauptbrennräumen 3 wird brennstoffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch über eine Einspritzdüse 5 und ein Einlaßventil 6 und den Nebenbrennräumen 4, die durch einen Schußkanal 7 mit den Hauptbrennräumen 3 verbunden sind, brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch über eine Einspritzdüse 8 zugeführt. Den Einspritzdüsen 8 wird während allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine Brennstoff-Luft-Gemisch in gleicher Menge und Zusammensetzung in bekannter Weise durch eine mechanische Einspritzpumpe 9 zugeführt. Diese Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführung ist durch die strichpunktiert dargestellten Brennstoff-ZufUhrungsleitungen 10 veranschaulicht. Die Brennstoff-Luft-Gemisch-Zubemessung für die Hauptbrennräume 3 erfolgt durch eine bekannte luftmessende, antriebslose Einspritzanlage 11 mit kontinuierlichem Brennstoffzufluß. Die Einspritzanlage 11 umfasst einen mit einem Brennstoffmengenteiler 12 zusammenwirkenden Luftmengenmesser 13, der mit der vom Luftfilter 14 anströmenden Verbrennungsluft zusammenwirkt. Die Verbrennungsluft strömt hinter dem Luftmengenmesser 13 in eine Verbindungshutze 15, in den das Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine 1, z.B. eine auf der Welle 16 drehbar gelagerte Drosselklappe 17 aufweisenden Drosselklappenstutzen 18 und in die Einzelsaugrohre 19, in die der Brennstoff entsprechend der gemessenen Luftmenge eingespritzt wird. Gegenüber dieser bekannten Einspritzanlage 11 weist die gezeigte Ausführungsform noch eine zusätzliche Kurvenscheibe 20 und KuIissenscheibe 21 auf, die auf der Welle 22 des strichpunktiert angedeuteten Fahrpedals 34 drehfest angeordnet sind. Die Kulissenscheibe 21 ist durch einen
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in einer Kulissenführung 23 der Kulissenscheibe 21 geführten Kulissenschieber 24 mit der Welle 16 der Drosselklappe 17 verbunden, auf de der er drehfest angeordnet ist. Die Kurvenscheibe 20 wirkt mit einem bei Einspritzanlagen dieser Art bekannten Steuerdruckventil 25 durch seine Führungsbahnen 26 und 27 zusammen, wobei die Führungsbahn zur Welle 22 einen geringeren Abstand aufweist als die Führungsfläche 26. Das Steuerventil 25 weist eine federbelastete, mit einem Stutzen 28 zusammenwirkende Membrane 29 sowie einen Stutzen 30 auf. Der Stutzen 28 wirkt über eine drucklose, strichpunktiert dargestellte Rücklaufleitung 31 mit dem nicht gezeigten Brennstoffbehälter und der Stutzen 30 über eine ebenfalls strichpunktiert dargestellte Steuerdruckleitung 32 mit dem Brennstoffmengenteiler 12 zusammen. Den Einspritzdüsen 5 wird vom Brennstoffmengenteiler 12 über die strichpunktiert dargestellten Brennstoff-Zuführungsleitungen 33 Brennstoff zugeführt.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Wird die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf betrieben (Figur 1), so ist das Steuerdruckventil 25 um den Wert a geöffnet, wobei der Öffnungsquerschnitt am Stutzen 28 gering, der Steuerdruck der Einspritzanlage 11 hoch und somit das den Hauptbrennräumen 3 zugeführte Gemisch mager ist. Wird das Fahrpedal 34 in die Stellung verstellt, in der die Drosselklappe 17 die in Figur 2 gezeigte Stellung erreicht, verdrehen sich ebenfalls die Kurvenscheibe und die Kulissenscheibe in Pfeilrichtung A, jedoch wird das Steuerdruckventil 25 weiterhin durch die Führungsbahn 26 geregelt. Die Querschnittsöffnung am Stutzen 28 bleibt gegenüber dem Leerlauf gleich groß, so daß der Steuerdruck der Einspritzanlage und das Brennstoff-Luft-Gemisch für die Hauptbrennräume ebenfalls gleich bleibt. Wird das Fahrpedal 34 in Vollaststellung bewegt, drehen sich die Kulissenscheibe 21 und die Kurvenscheibe 20 in die in Figur 3 gezeigte Stellung, wobei die Drosselklappe 17 aufgrund der Ausgestaltung der KuTissenführung 23 in der in Figur 2 gezeigten Stellung stehenbleibt. Dagegen wird durch die in dieser Stellung der Kurvenscheibe wirksame Führungsbahn 27 der Abstand zwischen der Membrane 29 und dem
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Stutzen 28 auf den Wert b erhöht und der Öffnungsquerschnitt des Stutzens 28 vergrößert. Dadurch wird der Steuerdruck der Einspritzanlage 11 in bekannter Weise niedriger und somit das Brennstoff-Luft-Gemisch für die Hauptbrennräume 3 fetter. Das Brennstoff-Luft-Gemisch für die Nebenbrennräume 4 bleibt bei allen Lastbereichen der Brennkraftmaschine 1, wie bereits erwähnt, gleich.
In der Figur 4 ist die in der Figur 1 beschriebene Brennkraftmaschine 1 gezeigt, wobei die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für die Nebenbrennräume 4 in bekannter Weise durch die mechanische Einspritzpumpe 9 erfolgt, während für die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für die Hauptbrennräume 3 ein Vergaser 35 vorgesehen ist, der durch eine elektrische Steuerleitung 36 mit einer Steuereinrichtung 37 verbunden ist, und von dem aus über die Brennstoff-Zuführungsleitungen 38 den Hauptbrennräumen 3 das Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Auf der Welle 22 des Fahrpedals ist ein durch Steuerleitungen 39 bzw. 40 mit dem Vergaser 35 bzw. mit der Steuereinrichtung 37 verbundener Kontakthebel 41 drehfest angeordnet. Der Kontakthebel 41 wirkt mit einer Kontaktbrücke 42 zusammen.
Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist folgende:
Wird die Brennkraftmaschine 1 im Leerlau-f betrieben, so nimmt das Fahrpedal 34 die mit a gekennzeichnete Stellung ein. Das den Hauptbrennräumen 3 von dem Vergaser zugeführte Brennstoff-Luft-Gemisch ist mager. Wird das Fahrpedal 34 in die strichpunktiert dargestellte, mit b gekennzeichnete Lage verstellt, wird das Leistungsregelorgan 17 der Brennkraftmaschine in die in Figur 2 dargestellte Lage verdreht. Das Brennstoff-Luft-Gemisch für die Hauptbrennräume 3 bleibt weiterhin mager, lediglich die Brennstoff-LHft-Gemischmenge wird durch den Vergaser in bekannter Weise erhöht. Wird das Fahrpedal 34 in die strichpunktiert dargestellte, mit c gekennzeichnete Vollaststellung bewegt, wirkt der Kontakthebel 41 mit der Kontaktbrücke 42 zusammen, wodurch die Steuereinrichtung 37 über die
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Steuerleitung 40 betätigt wird. Diese wirkt über die Steuerleitung 36 derart auf den Vergaser 35 ein, daß dieser in dem Bereich des Fahrpedal hebels von b nach c bei gleichbleibender Leistungsregelorganstellung (Figur 2) eine qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für die Hauptbrennräume 3 bewirkt. Die Steuereinrichtung 37 kann hierbei zweckmaßigerweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.
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Claims (9)

■#■ Patentansprüche
1. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch wenigstens ein Einlaßventil als brennstoffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch durch eine Einspritzdüse unmittelbar einem Nebenbrenn· raum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das den Nebenbrennräumen (4) zugeführte brennstoffrei ehe Brennstoff-Luft-Gemisch über den gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) annähernd gleich ist und das brennstoffarme Brennstoff-Luft-Gemisch dem Hauptbrennraum (3) im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) quantitativ geregelt und im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) qualitativ geregelt zugeführt wird.
2. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum (4) durch eine mechanische Einspritzpumpe (9) und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Hauptbrennraum (3) durch eine luftmessende, antriebslose Einspritzanlage (11) mit kontinuierlichem Brennstoffzufl uß erfolgt.
3. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die luftmessende, antriebslose Einspritzanlage einen mit einem Brennstoffmengenteiler zusammenwirkenden Luftmengenmesser aufweist, und der Brennstoffmengenteiler unter anderem durch einen von einer Kurvenscheibe beeinflussbaren Steuerdruck geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die quantitative Regelung des Brennstoff-Luftgemisches im Hauptbrennraum (3) durch den Luftmengenmesser (13) und den Brennstoffmengenteiler (12) erfolgt und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum (3) durch eine vom Fahrpedal (34) betätigte Kurvenscheibe (20)
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bewirkt wird, die unabhängig von dem Luftmengenmesser (13) durch Beeinflussung des Steuerdruckes der Einspritzanlage (11) den Brennstoffmengenteiler (12) regelt.
4. Gemischverdichtendej fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum (3) in einem Lastbereich vom geschlossenen bis voll geöffneten Leistungsregel organ (17) der Brennkraftmaschine (1) erfolgt und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum (3) bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan (17) über die vom Fahrpedal (34) betätigte Kurvenscheibe (20) durch weiteres Niedertreten des Fahrpedals (34) erfolgt.
5. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 und 4S dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (20) zusammen mit einer eine KuIissenführung (23) aufweisenden Kulissenscheibe (21) drehfest auf der Welle (22) des Fahrpedals (34) angeordnet ist, wobei die Kulissenscheibe (21) zur Regelung der Leistungsregelorganöffnung mit der Welle (16) des Leistungsregelorgans (17) durch einen in der Kulissenführung (23) der Kulissenscheibe (21) geführten und auf der Welle (16) des Leistungsregelorgans (17) drehfest angeordneten Kulissenschieber (24) verbunden ist, und die Kurvenscheibe (20) mit einem den Steuerdruck der Einspritzanlage (11) beeinflussenden Regelventil (25) zusammenwirkt.
6. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (20) derart ausgebildet ist, daß in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) für die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches das Regelventil (25) geringer geöffnet ist als in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) für die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches, wodurch in dem Lastbereich der Brennkraftmaschine (1) mit der quantitativen Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches die Brennstoffmenge bei im wesentlichen gleicher Luftmenge erhöht wird.
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7. Gemischverdichtendej fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Nebenbrennraum (4) durch die mechanische Einspritzpumpe (9) und die quantitative und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches für den Hauptbrennraum (3) durch einen Vergaser (35) erfolgt.
8. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergaser eine Steuereinrichtung (37) zugeordnet ist, die die quantitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum (3) in einem Lastbereich vom geschlossenen bis vol1 geöffneten Leistungsregel organ (17) der Brennkraftmaschine (1) und die qualitative Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Hauptbrennraum (3) bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan (17) über eine mit dem Fahrpedal (34) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung (43) durch weiteres Niedertreten des Fahrpedals (34) bewirkt.
9. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (43) durch einen auf der Welle (22) des Fahrpedals (34) drehfest angeordneten Kontakthebel (41) und einer mit diesem zusammenwirkenden Kontaktbrücke (42) gebildet wird.
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