DE2551551B2 - Brennstoff-einspritzsystem fuer eine kreiskolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

3. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für drei aufeinanderfolgende Arbeitskammern der ersten Arbeitskammer ein das fette Brennstoff-Luft-Gemisch und den beiden nachfolgenden Arbeitskammern das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.

4. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für vier aufeinanderfolgende Arbeitskammern der ersten Arbeitskammer das fette Brennstoff-Luft-Gemisch und den drei nachfolgenden Arbeitskammern das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.

5. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fette Brennstoff-Luft-Gemisch ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1 :11 bis 1 :12 und das magere Brennstoff-Luft-Gemisch ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1 : IE bis 1 :19 besitzt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem einen auf einer Exzenterwelle exzentrisch umlaufenden, sich drehenden Kolben umschließenden Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusemantel mit trochoidaler Innenwandung und diesen begrenzenden Seitenteilen, mit einer Einlaßöffnung, an die eine Einlaßleitung anschließt, in der ein auf ein impulsartiges elektrisches Einspritzsignal ansprechendes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist, dessen Betätigungsdauer von einem elektronischen Rechner festgelegt ist, welcher zum Brennstoffeinspritzventil über einen Verteiler synchron zur Drehung der Exzenterwelle ein Einspritzsignal abgibt und die Dauer des impulsartigen Einspritzsignals aufgrund eines von einem in der Einlaßleitung befindlichen Luftstromsensor gelieferten feist eine Brennkraftmaschine dieser Art bekannt. iDT-OS 23 28576), bei der in der Einlaßleitung zwei Einspritzventile vorgesehen sind, um wegen der kurzen , zur Verfugung stehenden Ansaugphase fur alle Betriebszuständle eine optimale Brennstoffmenge einspritzen zu können. Auf diese Weise ist es zwar möglich, das jeweilige Brennstoff-Lufl-Verhältn.s entsprechend optimaler Leistungsabgabe einzustellen, jedoch laßt sich damit nicht den bei Kreiskolben-Brennkraftmaschinen ίΓη Abga en enthaltenen relativ hohen Anteilen an KoWenwaierstoff HC Kohlenmonoxyd CO und Stickoxyd NOx begegnen.

_Auf„abe der Erfindung ist es. em elektronisch gesteuertes Brennstoff-Einspritz-System für eine KreiskoIben-Brennkraftmaschine eingangs erwähnter Gaining zu schaffen, bei der die Beziehungen zwischen dem Brennstoff-Luft-Verhältnis und der Emission von HC CO und NOx so gewählt wird, daß bei möglichst stoßfreiem Betrieb durch kontrollierte Brennstoffschichtung die Emission von NOx vermindert wird und gSzeitig die Emission von HC und CO in Grenzen bleibt so daß sie hinsichtlich ihrer Anteile und der Absatztemperatur durch einen Wärmereaktor oder _2S einen Katalysator verarbeitet werden können. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß im Gehäuse eine weitere Einlaßöffnung für Luft - in Kolbendrehrichtung gesehen - hinter der ersten E.nlaßoffnung angeordnet ist und daß das Brennstoff-E.nspntzsysteni gemäß einer festgelegten Reihenfolge die Arbeuskammern mit einem unterschiedlichen Brennstoff-Luft-Ge-

^miE^Cs^hist^Pbekannt (DT-OS 24 24 ,22). bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine eine erste Einlaßöffnung vor-

,< zusehen, die sich zur trochoidal Innenwandung öffnet und eine weitere Einlaßöffnung in einem Seitenteil anzuordnen, derart, daß sie gegenüber der ersten Einlaßöffnung in bezug zur Drehrichtung des Kolbens vorverlegt ist, wobei der ersten E.nlaßoffnung ein r._^__..„rr ι ..f.-Cmisch zugeführt wird, während die

wehere^ErntaBoffnung nur mit Luft beschickt wird, wodurch Schichtladung in einer Weise geschaffen wird, daß der Abschnitt einer Arbeitskammer an der voreilenden Flanke mit einem fetten Brennstoff-Luft-

Gemisch gefüllt wird, während der Abschnitt der Arbeitskammer an der nacheilenden Flanke nur mit Luft

beaufschlagt ist. .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. .

so Insbesondere wird gemäß Patentanspruch 5 eine erste Arbeitskammer, die den Ansaughub ausfuhrt, mit einem relativ fetten Brennstoff-Luft-Gemisch versorgt das ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1 :11 bis 1 :12 besitzt, und eine zweite Arbeitskammer, die in der „ Reihenfolge als zweite den Ansaughub ausfuhrt, nut einem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch, das ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1 :18 bis 11 :19 besitzt. Bei dieser Betriebsweise zeigt das von der Kreiskolben-Brennkrahmaschine abgegebene Abgas einen geringen NOx-Weri:, der für jegliche Arbeitskammer, die entweder mit dem fetten oder dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch arbeitet, unter 130 ppm hegt Was die CO-Menge betrifft, so zeigt das Abgas der Arbeitskammer die mit einem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch 6s arbeitet, etwa 7% Emission, während das Abgas der Arbeitskammer, die mit dem mageren Gemisch arbe.tet, im wesentlichen keine Emission von CO zeigt, woraus ein mittlerer Wert der CO-Emission von etwa 3,5%

folgt, was geringer ist als diie 4% beim herkömmlichen Betrieb mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis von etwa 1:13, vorausgesetzt, daß die Wirkung der Schichtladung weggelassen wird, die jedoch günstig mithilft, die Menge von CO, HC und NOx zu verringern. In bezug auf HC wird die Emission leicht vergrößert Da jedoch der absolute Wert von HC relativ gering ist, ist der Gesamtwert der unverbrannten Bestandteile, die von HC und CO herrühren, noch auf einen Bereich begrenzt, der mittels des herkömmlichen Wärmereaktors verarbeitet werden kann.

Da bei der abwechselnden Verbrennung des fetten und des mageren Srennstoff-Luft-Gemisches bei der Verbrennung des fetten Gemisches eine relativ hohe Abgastemperatur sogar bei niedrigem Gesamt-Brennstoff-Luft-Verhältnis erreicht wird, wird die Nachverbrennung der unverbrannten Bestandteile im Wärmereaktor außerdem mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt.

In der Arbeitskammer, der das magere Gemisch mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch von etwa 1:18 bis 1 : 19 zugeführt wird, ist die Wahrscheinlichkeit, daß Fehlzündungen verursacht werden, infolge der schlechten Entzündbarkeit des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches relativ groß. Wird die Drehung des Kolbens nur durch Verbrennung eines so mageren Gemisches aufrechterhalten, würde der Betrieb der Maschine unstabil. Da jedoch erfindungsgemäß die Drehung des Kolbens durch die stabile Verbrennung unterstützt wird, die in den Arbeitskammern erreicht wird, denen das fette Gemisch mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis von etwa 1:11 bis 1 : 12 zugeführt "/ird, bleibt die Drehung des Kolbens stabil.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeig' eine schematische Ansicht, die den grundsätzlichen Aufbau der Kreiskolben-Brcnnkraftmaschine darstellt, mit dem Brennstoff-Einspritzsystem,

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoff-Einspritzsystems.

In Fig. 1 ist ein Gehäusemantel 2, der eine trochoidale Innenwandung 1 besitzt, mit Seitenteilen 4 versehen, von denen jedes eine ebene Innenfläche 3 aufweist, so daß sich ein Gehäuse ergibt, in dem ein dreieckiger Kolben 5 angeordnet ist, der mit einer Exzenterwelle 9 drehbar exzentrisch umläuft, wobei seine Dichtleisten 6a bis 6c, die an seinen drei Ecken vorgesehen sind, die Innenwandung berühren, während die Dichtstreifen 7, die entlang den drei Flankenrändern angebracht sind, die ebene Innenfläche 3 des Gehäusemantels gleichzeitig berühren, wobei ein Hohlrad 8 des Kolbens 5 mit einem feststehenden Ritzel 10 in Eingriff steht. Der Kolben 5 im Gehäuse begrenzt mittels seiner drei gebogenen Flanken 11a bis lic zusammen mit der trochoidalen Innenwandung 3 Arbeitskammern 12a bis 12c. Für die drei Arbeitskammern sind an den drei gebogenen Flanken 11a bis lic an einem Mittelabschnitt derselben entsprechende Mulden 13a bis 13c vorgesehen. Einem Abschnitt 14 an der kurzen Achse der Innenwandung 1 des Gehäusemantels 2 benachbart sind zwei Zündkerzen 15 vorgesehen, während im gegenüberliegenden Bereich 16 der kurzen Achse eine erste Einlaßöffnung 19 bzw. eine Auslaßöffnung 17 vorgesehen ist, die mit einer ersten Einlaßleitung 21 bzw. mit einer Abgasleitung 18 verbunden ist. In Drehrichtung weiter vorn ist eine weitere Einlaßöffnung 20 vorgesehen ist. die zum Seitenteil 4 öffnet. In diesem Fall bildet die erste Einlaßöffnung 19 eine relativ kleine konstante öffnungsfläche für einen Bereich des Drehwinkels der Exzenterwelle, der sich von vor bis hinter den oberen Totpunkt erstreckt, während die weitere Einlaßöffnung 20 im Gegensatz dazu eine öffnungsfläche bildet, die sich derart ändert, daß sie stark zunimmt, nachdem der Drehwinkel der Exzenterwelle den oberen Totpunkt überschritten hat, dann ihr Maximum zu dem Zeitpunkt erreicht, wenn die erste Einlaßöffnung 19 geschlossen ist, wobei dieses Maximum mehrere Male größer ist als die öffnungsfläche der ersten Einlaßöffnung 19, und nachher stark gegen Null abfällt

Die Einlaßöffnungen 19 bzw. 20 sind mit einer ersten Einlaßleitung 21 bzw. einer weiteren Einlaßleitung 22 verbunden, die an einen Drosselkörper 23 angeschlossen sind. Der Drosselkörper 23 ist als Duplex-Drosselkörper ausgebildet, der einen mit der ersten Einlaßleitung 21 in Verbindung stehenden ersten Luftzufuhrkanal 24 und einen weiteren Luftzufuhrkanal 25 besitzt. der mit der weiteren Einlaßleitung 22 in Verbindung steht. Die Luft/ufuhrkanäle 24 und 25 sind mit entsprechenden Drosselklappen 26 und 27 versehen, die so angeordnet sind, daß sie von einzelnen Betätigungsgliedern 28 und 29 unabhängig voneinander beirieben werden können. Die Betätigungsglieder können irgendein Gestänge oder eine elektrische Vorrichtung mit einem kleinen elektrischen Motor sein und so arbeiten, daß sie die jeweilige Drosselklappe auf eine vorbestimmte öffnung gemäß einem Steuersignal einstellen, welches von einem Rechner 30 geliefert wird, wie er nachstehend beschrieben wird. Am Eingang des Drosselkörpers 23 ist ein Luftfilter 31 befestigt und in den einzelnen Luft/ufuhrkanälen 24 und 25. die mit dem Luftfilter verbunden sind, sind Luftstrorrisensoren 32 und 33 vorgesehen. Diese Luftstromsensoren können bekannte Hitzdrahlsensoren, die ein wärmeempfindliches Widerstandsclement verwenden, oder Klappensensoren sein, die sirömungsempfindliche Klappenelemente verwenden, die ein dem Luftstrom entsprechendes elektrisches Signal liefern. Die elektrischen Signale von diesen Sensoren werden dem Rechner 30 eingegeben.

Die erste Ein'aßleitung 21 ist mit einem Brennstoff-Einspritzventil 34 versehen, ,as entsprechend einem vom Rechner 30 gelieferten Einspritzsignal Brennstoff in die Leitung einspritzt. Das Brennstoff-Einspritzventil 34 kann beispielsweise eine elektromagnetische Brennstoff-Einspritzeinrichtung sein, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Diese besitzt einen Körper 35 und ein Spulengehäuse 36, das den Körper 35 umschließt und darin eine Spule 17 trägt, die einen Tauchkolben 38 zieht, wenn sie von einem vom Rechner 30 gelieferten Antriebsstromimpuls erregt wird, wodurch der Tauchkolben einen an diesem befestigten Nadelventilkörper 39 in eine Ventilöffnungsstellung entgegen der Wirkung einer Druckfeder 40 verschiebt, womit die Einspritzöffnung 42 geöffnet wird, die an einem Düsenende eines Düsengehäuses 41 vorgesehen ist, das im Düsenbereich des Spulengehäuses 36 befestigt ist. Ein Brennstoffzu-'uhrrohr 43 ist mit dem hinteren Ende des Körpers 35 verbunden, so daß der durch das Brennstoffzufuhrrohr zugeführte Brennstoff entsprechend den Pfeilen in der Figur durch eine Zentralbohrung fließt, die im Körper 35, dem Tauchkolben 38 und einem Teil des Nadelventilkörpers 39 ausgebildet ist, und dann von der Einspritzöffnung 42 in die Einlaßleitung 21 eingespritzt wird. Die auf vorgenannte Weise eingespritzte Brenn-

stoffmenge wird wegen des konstanten Hubs des Nadelventils durch die Zeitdauer eingestellt, während der das Nadelventil geöffnet ist, d. h. durch die Zeitdauer, während der die Spule 37 erregt wird.

Der Rechner 30 wird von einem Verteiler 45 mit einem Steuersignal zur Angabe des Zeitpunktes der Brennstoffeinspritzung gespeist; der Verteiler kann ein bei herkömmlichen Krciskolbcn-Brcnnkraftmaschinen üblicherweise verwendeter Verteiler sein. Der Rechner 30 sendet das Einspritzsignal zum Brennstoff-Einspritzventil 34 in der Form einer Kombination eines relativ langen Impulses und eines relativ kurzen Impulses, die in vorbestimmter Reihenfolge angeordnet und mit dem vom Verteiler 45 gelieferten Steuersignal synchronisiert sind, wobei die Impulslänge gemäß dem von den Luftstromsensoren 32 und 33 festgestellten Gesamtluftstrom vergrößert oder verkleinert ist. Falls beispielsweise die Arbeitskammer 12a den Ansaughub auszuführen beginnt, sendet der Rechner 30 durch diese Anordnung in Abhängigkeit von dem vom Verteiler 45 empfangenen Steuersignal einen relativ langen Einspritzsignal-Impuls zu der Brennstoff-Einspritzvcntileinrichtung 34, wodurch dieser Brennstoff während einer Zeitdauer einspritzt, die der Impulslänge des relativ langen Impulses entspricht, so daß sie der Aibeitskammcr 12.7 ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch zuführt. Wenn sich der Kolben 5 so weit gedreht gedreht hat. daß die nächste Arbeitskammer 12c den Ansaughub auszuführen beginnt, sendet der Rechner 30 gemäß dem vom Verteiler 45 empfangenen Steuersignal das nächste relativ kurze impulsartige Einspritzsignal zu dem Brcnnstoff-Einspritzvenlil 34, wodurch dieser Brcnnstoff für eine kurze Zeitdauer einspritzt, die der relativ kurzen Impulslänge entspricht, wodurch der Arbeitskammer 12c ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Bei der weiteren Drehung des Kolbens spritzt das Brennstoff-Einspritzventil 34 für jede den

,ο Ansaughub ausführende Arbeitskammer gemäß dem Einsprit/signal für eine relativ lange oder kurze Zeit Brennstoff in die Einlaßleitung 21, wodurch den einzelnen Arbeitskammern ein fettes oder mageres Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. In den einzelncn Arbeitskammern bildet dieses Brennstoff-Luft-Gemisch die Schichtladung zusammen mit der Luft, die durch die weitere Einlaßleitung 22 und die weitere Einlaßöffnung 20 so zugeführt wird.
Die Wicderholungsfolge der Zufuhr von fettem oder magerem Brennstoff-Luft-Gemisch muß nicht irr einfachen Abwechseln der Gemischart bestehen, sondern kann so festgelegt sein, daß auf eine Ladung mil fettem Brennstoff-Luft-Gemisch zwei oder drei Ladun gen mit magerem Brennstoff-Luft-Gemisch folgen.

Die Erfindung ist auch bei einer Kreiskolben-Brenn kraftmaschine anwendbar, die mit zwei Einlaßöffnunger in der Innenwandung oder zwei Einlaßöffnungen in der Seitenteilen arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem einen auf einer Exzenterwelle exzentrisch umlaufenden, sich drehenden Kolben umschließenden Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusemantel mit trochoidaler Innenwandung und diesen begrenzenden Seitenteilen, mit einer Einlaßöffnung, an die eine Einlaßleitung anschließt, in der ein auf ein impulsartiges elektrisches Einspritzsignal ansprechendes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist, dessen Betätigungsdauer von einem elektronischen Rechner festgelegt ist, welcher zum Brennstoffeinspritzventil über einen Verteiler synchron zur Drehung der Exzenterwelle ein Einspritzsignal abgibt und die Dauer des impulsartigen Einspritzsignals aufgrund eines von einem in der Einlaßleitung befindlichen Luftstromsensor gelieferten Signals bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse eine weitere Einlaßöffnung (22) für Luft — in Kolbendrehrichtung gesehen — hinter der ersten Einlaßöffnung (17) angeordnet ist und daß das Brennstoffeinspriusystem (30,34) gemäß einer festgelegten Reihenfolge die Arbeitskammern mit einem unterschiedlichen Brennstoff-Luft-Gemisch speist.

2. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch für die aufeinanderfolgenden Arbeitskammern abwechselnd fett und mager ist.