DE2551554C3 - Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

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

Arbeitskammer 12a zugeführt wird.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

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.