DE2551554C3 - Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-Brennkraftmschine
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 Brennstoff-Einspritzventil über einen
Verteiler synchron zur Drehung der Exzenterwelle ein Einspritzsignal abgibt und die Dauer des impulsartigen
Einspritzsignals auf Grund eines von einem in der Einlaßleitung befindlichen Luftstromsensor zugeführten
Signals bestimmt.
Es ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine in dieser
Art bekannt (DT-OS 23 28 576). bei der in der Einlaßleitung zwei Einspritzventile vorgesehen sind, um
wegen der kurzen zur Verfügung stehenden Ansaugphase für alle Betriebszustände eine optimale Brenn
stoffmenge einspritzen zu können. Auf diese Weise ist es zwar möglich, das jeweilige Brennstoff-Luft-Verhältnis
entsprechend optimaler Leistungsabgabe einzustellen, jedoch läßt sich damit nicht den bei Kreiskolben-Brenn
kraftmaschinen in den Abgasen enthaltenen relativ
hohen Anteilen an Kohlenwasserstoff HC, Kohlenmonoxyd CO und Stickoxyd NO, begegnen. Bei Kreiskolben-Brennkraftmaschinen ist infolge ihres besonderen
Verbrennungsprozesses der Gehalt an NO* im Abgas
im Vergleich zu der herkömmlichen Hubkolbenmaschine relativ gering, der Gehalt an HC und CO jedoch
relativ hoch, so daß man HC und CO durch Nachverbrennung in einem Wärmereaktor ausschaltet,
während der Gehalt an NO, gering genug ist, um zur
Zeit den gültigen Bestimmungen ohne Gegenmaßnahme zu genügen.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine der eingangs geschilderten Art ein
Brennstoff-Einspritzsystem zu schaffen, bei dem die
Beziehung zwischen dem Brennstoff-Luft-Verhältnis
und der Emission von HC, CO und NO1 so gewählt werden kann, daß bei möglichst stoßfreiem Betrieb die
Emission von NO, vermindert wird und gleichzeitig die Emission von HC und CO innerhalb der Grenze bleibt,
die durch einen Wärmereaktor oder einen Katalysator gesetzt ist.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß das Brennstoff-Einspritzsystem (26, 27) gemäß einer festgelegten
Reihenfolge die jeweiligen Arbeitskammern (12a) mit
einem fetten oder mageren Brennstoff-Luft-Gemisch
speist.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Lösung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Insbesondere wird bei der Ausgestaltung gemäß
Patentanspruch 5 vorteilhaft eine erste Arbeitskammer,
die zuerst in der Reihenfolge den Ansaughub ausführt, mit einem relativ fetten Brennstoff-Luft-Gemisch
versorgt, das ein Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Größenordnung von 1 :11 bis 1 : 12 besitzt, und eine
zweite Arbeitskammer, die in der Reihenfolge als zweite den Ansaughub ausführt, mit einem relativ mageren
Brennstoff-Luft-Gemisch, das ein Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Größenordnung von 1 :18 bis 1 :19
besitzt. Die nachfolgenden Arbeitskammern werden
abwechselnd mit einem relativ fetten oder relativ
mageren Brennstoff-Luft-Gemisch in der gleichen Weise versorgt. Bei dieser Betriebsweise zeigt das von
der Kreiskolben-Brennkraftmaschine abgegebene Abgas einen geringen ΝΟ,-Wert, der für jegliche
Arbeitskammer, die entweder mit dem fetten oder dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch arbeitet, unter
130 ppm liegt. Bezüglich der CO-Menge zeigt das Abgas
der Arbeitskammer, die mit dem relativ fetten Brennstoff-Luft-Gemisch arbeitet, etwa 7% Emission,
während das Abgas der Arbeitskammer, die mit dem relativ mageren Brennstoff-Luft-Gemisch arbeitet, im
wesentlichen keine Emission von CO zeigt, woraus ein mittlerer Wert der CO-Emission von etwa 3,5% folgt,
was geringer ist als die 4% beim herkömmlichen Betrieb
mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von etwa 13.
Bezüglich 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. In der Arbeitskammer, der das relativ magere Brennstoff-Luft-Gemisch mit
einem Brennstoff-Luft-Verhältnis von etwa 1 :18 bis
1:19 zugeführt wird, werden infolge der schlechten Zündfähigkeit des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches
Fehlzündungen bewirkt, wenn die Drehung des Kolbens nur durch diese Verbrennung aufrechterhalten werden
soll, wodurch ein unstabiler Betrieb der Maschine
bewirkt wurde. Bei der Erfindung wird jedoch die Drehung des Kolbens durch die stabile Verbrennung in
der vorhergehenden Arbeitskammer unterstützt, die mit dem relativ fetten Brennstoff-Luft-Gemisch mit einem
Brennstoff-Luft-Verhältnis von etwa 1:11 bis 1 :12 arbeitet, wodurch die Drehung des Kolbens stabil bleibt.
Somit bewirkt die Erfindung eine Reduzierung von NO, — der Bestandteil, der am schwierigsten zu reduzieren
ist — auf den Wert von etwa 130 ppm, der die in Zukunft erwartete gesetzlich festgelegte Grenze sein wird,
während sie CO und HC auf einen zulässigen Wert drückt, und einen ruhigen und stabilen Betrieb der
Maschine gewährleistet.
Bezüglich der Verbrennung des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches besteht das Problem, daß die Temperatür
des Abgases verringert wird, wodurch es schwierig ist, die Nachverbrennung von HC und CO durchzuführen.
Diesbezüglich gibt die Erfindung eine Lösung an, da bei der abwechselnden Verbrennung des fetten und des
mageren Brennstoff-Luft-Gemisches bei der Verbrennung während der Phase des fetten Gemisches eine
relativ hohe Abgastemperatur sogar bei relativ hohem Gesamt-Brennstoff-Luft-Verhältnis erreicht wird, weshalb
die Nachverbrennung der unverbrannten Bestandteile im Wärmereaktor mit hohem Wirkungsgrad
durchgeführt wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht, die den ^0
grundsätzlichen Aufbau der Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem Brennstoff-Einspritzsystem aufweist;
F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoff-Einspritzventils.
In Fig. 1 ist ein Gehäusemantel 2 mit trochoidaler Innenwandung 1 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 sich drehend exzentrisch umläuft, wobei seine Dichtleisten
6a bis 6c, die an seinen drei Ecken vorgesehen sind, die Innenwandung berühren, während die Dichts*reifen 7,
die entlang den drei Flankenrändern angebracht sind, die ebene Innenfläche 3 des Seitenteils gleichzeitig
berühren, wobei ein Hohlrad 8 des Kolbens 5 mit einem feststehenden Ritzel 10 kämmt. Der Kolben 5 im
Gehäuse begrenzt mittels seiner drei gebogenen Flanken 11a bis lic zusammen mit der trochoidalen
Innenwandung 3 Arbeitskammern 12a bis 12a Für die drei Arbeitskammern sind an den drei gebogenen
Flanken 11a bis Uc an einem Mittelabschnitt derselben entsprechende Mulden 13a bis 13c vorgesehen. In der
Nähe eines Abschnittes 14 der kurzen Achse der Innenwandung 1 des Gehäusemantels 2 sind zwei
Zündkerzen 15 vorgesehen, während im gegenüberliegenden Bereich 16 der kurzer? Achse, eine Einlaßöffnung
19 bzw. eine Auslaßöffnung 17 vorgesehen ist, die mit einer Einlaßleitung 20 bzw. einer Abgasleitung 18
verbunden ist Ein Drosselansaugstutzen 21 ist am Einlaßende der Einlaßleitung 20 befestigt, die einen
Luftzufuhrkanal 22, in dem sich eine Drosselklappe 23 befindet, enthält Stromauf dieser Drosselklappe 23 ist
ein Luftstromsensor 25 zum Ermitteln des durch den Luftzufuhrkanal 22 geführten Einlaßluftstroms vorgesehen.
Ein Luftfilter 24 ist am Einlaß des L'iftzufuhrkanals
72 angebrach _ Der Luftstromsensor 25 kann irgendeiner
herkömmlichen Art sein, wie beispielsweise ein Hitzdrahtsensor, der ein wärmeempfindliches Widerstandselement
verwendet, ein Klappensensor, der ein Klappenelement verwendet, usw, die speziell so
ausgelegt sind, daß sie ein dem Einlaßluftstrom entsprechendes elektrisches Signal liefern. Das elektrische
Signal von diesem Sensor wird dem elektrischen Rechner 26 eingegeben, wie es nachstehend erläutert ist
Die Einlaßleitung 20 ist mit einem Brennstoffeinspritzventil 27 versehen, das entsprechend einem vom
Rechner 26 gelieferten Signal Brennstoff in die durch die Einlaßleitung zugeführte Luft einspritzt Das
Brennstoffeinspritzventil 27 kann vorzugsweise vom elektromagnetischen Typ sein, wie es in F i g. 2 als
Beispiel dargestellt ist Das Brennstoffeinspritzventil 27 besitzt einen Körper 28 und ein Spulengehäuse 29, das
eine Spule 30 trägt, die nach Aufnahme eines Antriebsimpulses vom Rechner 26 einen Tauchkolben
31 zieht, wodurch ein Nadelventilkörper 32 gegen die Wirkung einer Druckfeder 33 verschoben wird, der eine
Einspritzöffnung 35 öffnet, die am Düsenende eines Düsenkörpers 34 vorgesehen ist. Ein Brennstoffzufuhrschlauch
36 ist mit dem hinteren Ende des Körpers 28 verbunden und der unter Druck von diesem Schlauch
zugeführte Brennstoff strömt, wie es durch Pfeile in der Figur dargestellt ist, durch eine im Körper vorgesehene
Zentralbohrung und ferner durch eine im Tauchkolben 31 und im Nadelventilkörper 32 vorgesehene Zentralbohrung
und wird von der Einspritzöffnung 35 in die Einlaßleitung 20 eingespritzt Die mittels der Einspritzeinrichtung
eingespritzte Brennstoffmenge 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 erregt wird.
Der Rechner 26 wird mit einem der Drehphase des Kolbens entsprechenden Signal über einen Verteiler 37
gespeist, der ein Verteiler der herkömmlichen Art sein kann. Gemäß dem vom Verteiler 37 zugeführten
Steuersignal sendet der Rechner 26 zum Brennstoffeinspritzventil 27 Signalimpulse für den Brennstoffeinspritzbefehl,
die synchron zur Drehung des Kolbens sind und in ihrer Dauer geändert werden, so daß sie gemäß
einer vorbestimmten Reihenfolge relativ lang oder relativ kurz sind, wobei ihre absolute Dauer gemäß dem
vom Luftstromsensor 25 ermittelten Einlaßluftstrom verändert wird. Wenn im einzelnen beispielsweise die
Arbeitskammer 12a den Ansaughub auszuführen beginnt, sendet der Rechner 26 gemäß dem vom Verteiler
37 empfangenen Steuersignal ein relativ langes Einspritzsignal zum Brennstoffeinspritzventil 27. Nach
Empfang dieses Einspritzsignals führt das Brennstoffeinspritzventil 27 während einer durch die Dauer des
Signals festgelegten Zeitdauer eine Brennstoffeinspritzung durch, wodurch sie eine relativ große Brennstoffmenge
in die durch den Ansaugstutzen 21 zugeführte Luft einspritzt und somit ein relativ fettes Brennstoff-Luft-Gemisch
mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Größenordnung von 1 :11 bis 1 :12 erzeuet. das der
Während der weiteren Drehung des Kolbens 5 beginnt die nächste Arbeitskammer 12c einen Ansaughub auszuführen. Entsprechend dieser Drehung des
Kolbens wird das nächste Signal vom Verteiler 37 zum Rechner 26 gegeben, der nach Empfang dieses Signals
ein relativ kurzes Einspritzsignal zum Brennstoffeinspritzventil 27 sendet, wodurch dieses eine relativ
geringe, durch das relativ kurze Einspritzsignal festgelegte Brennstoffmenge in die durch die EinlaBleitung 20
strömende Luft spritzt, und in der Arbeitskammer 12c ein relativ mageres Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt
wird, dessen Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Größenordnung von 1:18 bis 1:19 ist. Bei der weiteren
Drehung des Kolbens spritzt das Brennstoffeinspritz
ventil 27 für jede den Ansaughub ausführende
Arbeitskammer Brennstoff für eine relativ lange odei kurze Zeitdauer ein und erzeugt entsprechend eir
relativ fettes oder ein relativ mageres Brennstoff-Luft-Gemisch.
An Stelle des genannten Abwechseins eines relativ fetten und eines relativ mageren Brennstoff-Luft-Gemisches kann das Abwechseln zwischen dem fetten und
dem mageren Gemisch auch in einer Weise erfolgen daß beispielsweise nach einer Zufuhr von einem relativ
fetten Brennstoff-Luft-Gemisch zwei- oder dreimal die Zufuhr eines relativ mageren Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgt und dieser Zyklus für aufeinanderfolgende
Arbeitskammern wiederholt wird. Überdies kann die Einlaßöffnung auch im Seitenteil liegen.
Claims (5)
1. Brennstoff-Enspritzsystem für eine Kxeiskolben-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 Brennstoff-Einspritzventil über einen
Verteiler synchron zur Drehung der Exzenterwelle ein Einspritzsignal abgibt und die Dauer des
impulsartigen Einspritzsignals auf Grund eines von
einem in der Einlaßleitung befindlichen Luftstromsensor zugeführten Signals bestimmt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Einspritzsystem (26, 27) gemäß einer festgelegten
Reihenfolge die jeweiligen Arbeitskammern (12a) mit einem fetten oder mageren Brennstoff-Luft-Gemisch speist.
2. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fette und das
magere Brennstoff-Luft-Gemisch den Arbeitskammern hintereinander abwechselnd zugeführt wird.
3. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für drei aufeinanderfolgende Arbeitskammern der ersten Arbeitskammer 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 :18 bis
1 :19 besitzt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9938675 | 1975-08-15 | ||
JP50099386A JPS5222615A (en) | 1975-08-15 | 1975-08-15 | Fuel supply process and supply device of rotary piston engine |
Publications (3)
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DE2551554A1 DE2551554A1 (de) | 1977-02-24 |
DE2551554B2 DE2551554B2 (de) | 1977-06-16 |
DE2551554C3 true DE2551554C3 (de) | 1978-02-16 |
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