DE2923475A1

DE2923475A1 - Vorrichtung zum zufuehren des kraftstoffgemisches bei ottomotoren

Info

Publication number: DE2923475A1
Application number: DE19792923475
Authority: DE
Inventors: Pasquale Dr Ing Borracci
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-20
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1980-01-31
Also published as: IT7809538A0; FR2431606B3; US4271800A; GB2029897A; FR2431606A1; IT1103626B; GB2029897B

Description

bei Ottomotoren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen des Kraftstoff gemisches bei Brennkraftmaschinen, die nach dem Ottoprinzip arbeiten, um sowohl den Verdichtungshub bei jeder Geschwindigkeit mit dem höchsten Konstantdruck zu haben als auch eine sehr differenzierte Schichtung in dem Kraftstoffgemisch zu erreichen mit dem Ergebnis, daß die Zufuhr von reiner Luft oder Inertgas einwandfrei von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch getrennt wird, so daß die giftigen Gase am Auspuff verringert werden können.

Mit dem Kraftfahrzeugverkehr ist das Problem verbunden, auch zur Erzielung eines besseren thermodynamisehen Wirkungsgrades der Motoren den höchsten Druck während des Verdichtungshubes zu erzielen ebenso wie eine gute Füllung bei vollem Kolbenhub und bei niedriger Last zu erreichen, um das gleiche wie beim Diesesprinzip zu verwirklichen und eine starke Verringerung von Verschmutzungen und Verunreinigungen in den Abgasen herbeizuführen.Einige Fahrzeug-

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hersteiler führen einige spezielle Kraftstoffversorgungssysteme in die Praxis ein, um lediglich die vorstehend erwähnten Zwecke zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im ersten Absatz der Beschreibung erwähnten Maßnahmen in einer neuen Weise zu verwirklichen.

Dies wird erfindungsgemäß durch den Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erreicht, während in den Ansprüchen 2 bis 7 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Obwohl zumindest bis jetzt keine Ottomotoren auf dem Markt sind, bei denen auch bei Teillastbetrieb (z.B. bei einem Verkehr mit niedriger Geschwindigkeit) eine vollständige Füllung erreicht wird, wird durch die Erfindung bei der Verlagerung des Kolbens für eine vollständige Füllung mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gesorgt, welches weniger reich bei Teillastbetrieb ist, so daß der maximale Verdichtungsdruck aufrechterhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß zu Beginn und während des Saughubes eine vollständige Füllung unter teilweiser Zufuhr von reiner Luft und ausreichend heißen Abgasen erfolgt, und daß ein Kraftstoff-Luft-Gemisch während des folgenden Hubes zur Vervollständigung der Kolbenbewegung zugeführt wird.

Wenn außerdem - wie es gemäß der Erfindung vorgesehen ist - eine Vorbrennkammer hinzugefügt wird mit einem verringerten Volumen in Bezug auf die zugeführte Gasmenge, so daß die letzten Gasbestandteile, die an Kraftstoff am reichsten sind, in ihr gesammelt werden können, so erhält man eine sichere Zündung des Gemisches durch einen Zündfunken selbst dann, wenn das Gemisch schwach ist.

Der ganz wesentliche Teil der Erfindung beruht auf den folgenden Einzelheiten:

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Es wird etwas Gas, zu Beginn reine Luft oder etwas Abgas, und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch am Ende des Hubes zugeführt, wobei durch Betätigung des Gaspedals die Zeitdauer der Zufuhr von Luft oder Inertgas und des Kraftstoff-Luft-Gemisches bestimmt wird.

Dieses Grundprinzip wird mechanisch durch eine drehbare Verteilerleitung verwirklicht, die oberhalb und nahe dem Ansaugventil angeordnet ist. Dieses Rohr oder diese Leitung ist durch eine Längswand unterteilt, die nicht drehbar ist, sondern durch die Gaspedalbetätigung einige verschiedene Winkelstellungen einnehmen kann, so daß bei jedem Saughub der Maschine zuerst ein Bruchteil von Inertgas geliefert werden kann und dann ein vollständig angereichertes Kraftstoff-Luft-Gemisch. Auf diese Weise ist das reiche Gemisch mit Sicherheit nahe der Zündkerze vorhanden.

Das drehbare Rohr ist durch eine Längs-Trennwand in zwei im Querschnitt halbkreisförmige oder halbzylindrische Räume unterteilt, so daß in einer Hälfte stets reine Luft oder Abgase und in der anderen Hälfte mit Kraftstoff angereicherte Luft vorhanden ist. Wenn das Rohr sich dreht, bleiben die Gase tatsächlich ruhig; lediglich das Rohr sorgt anschließend durch Drehung entlang einem Schlitz oder einer öffnung für die Zufuhr von reiner Luft oder Inertgas und Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder der Maschine. Das Rohr hat lediglich einen Schlitz, wenn es sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Nockenwelle dreht, und zwei Durchlaßschlitze, wenn es mit der halben Drehzahl der Nockenwelle umläuft.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform mit einem Vorkammersystem,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung oder Anordnung gemäß Schnittlinie II - II von Fig. 1,

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Fig. 3 einen weiteren Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß Schnittlinie III - III von Fig. 2,

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht einer drehbaren Trennwandanordnung,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch noch eine Ausführungsform.

Der Zylinder C (Fig. 1) besitzt an seiner Oberseite eine Vorbrennkammer 1, die eine taschenartige Form haben, aber ebenso kugelförmig ausgebildet sein kann, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Auslaßventil 3 und das Einlaßventil 4, die beide durch eine übliche Nockenwelle gesteuert werden, öffnen in die genannte Vorbrennkammer 1 (Fig. 1).

Wie bereits zu erkennen ist, ist die Kammer 5 des Saug- oder Einlaßventils 4 an das Verteilerrohr 6 für die Zufuhr der Gase durch eine kleine Kammer 7 angeschlossen, die einen Kreisbogenabschnitt des drehbaren Rohres über die längste Öffnungszeit des Ansaug- oder Einlaßventils 4 umgibt. Das Gas tritt durch den Schlitz 8 hindurch. Die Trennwand 9, die nicht über die Gesamtlänge des Rohres rotiert und das Inertgas von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch trennt, kann ihre Winkelstellung ändern und so eine Änderung des öffnungswinkels des Durchlaßschlitzes 8 herbeiführen. Eine solche Winkelstellung ist erforderlich zum Einstellen der Einlaßperiode zuerst von reiner Luft (oder Abgasen) und dann von angereicherter Luft. Die Trennwand 9, die mit ihren gegenüberliegenden Kanten ohne jede Reibung an den glatten Innenoberflächen des Rohres 6 entlanggleitet, trennt die halbe Leitung 10, durch die die reine Luft oder die Abgase durchtreten, von der anderen Hälfte 11, durch die das Kraftstoffgas zugeführt wird (Fig. 1 und 2).

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Ein Spiel von wenigen hundertstel Millimetern zwischen der Innenseite des Rohres 6 und den Kanten der Trennwand 9 ist ausreichend, um jegliche Leckage von Gasgemisch aus dem Raum 11 in den Raum 10 zu vermeiden und umgekehrt, da das Rohr drucklos ist. Die Winkelstellung der Trennwand 9 wird direkt durch das Gaspedal in derselben Weise bestimmt, wie dieses die Drosselklappe des Vergasers betätigt. Durch Niedertreten des Gaspedals dreht sich nämlich die Trennwand 9 winkelmäßig in Richtung des Pfeiles F (in der Schnittdarstellung von Fig. 3), wenn es erforderlich ist, in die Maschine eine zunehmende Menge von Kraftstoffgemisch zuzuführen entsprechend der Leistungszunahme, die von der Maschine oder dem Motor gefordert wird.

Lediglich Kraftstoffgas tritt in die Hälfte 11 des Rohres ein. Der Gasstrom ergibt sich aus dem Längsschnitt von Fig. 2.

Das Gas, welches vom Vergaser kommt, gelangt durch das Rohr 12 zu der Kammer, die das Rohr 6 über einen bestimmten Winkelbereich umgibt. Das Rohr 6 hat - in dem Bereich des Rohres 12 eine Reihe von Schlitzen 14 für den Eintritt des Gases in die Kammer 12 des drehbaren Rohres 6. In dem dem Rohr 12 gegenüberliegenden Teil befindet sich ein Rohr 13 (Fig. 2), welches die reine Luft oder das Gemisch von Luft und Abgasen zu dem Bereich 10 des Rohres 6 durch Schlitze 15 zuführt. Um den Austritt oder die Leckage von Gas an den Enden der Kammer 11 zu vermeiden, hat die Trennwand 9 (Fig. 3) zwei halbkreisförmige Wände 16 und 17 (Fig.3a) an ihren Enden rechts und links.

Fig. 1,2 und 3 zeigen eine der Lösungen für die Auslegung des Gemisches, das zu der Einlaßkammer des Saug- oder Einlaßventils 4 der Maschine nach dem Ottoprinzip zugeführt werden soll. Die Verwendung eines rotierenden Verteilers mit einer ersten Stufe zur Einführung von Inertgas (Luft oder Abgase) kann auch andere mechanische Aspekte haben.

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Fig. 5 zeigt z.B. einen drehbaren Verteiler 18, der von einer Öffnung oder Bohrung durchsetzt wird, die nacheinander das Inertgas von der Leitung 19 und dann das Kraftstoff-Luft-Gemisch von der Leitung 20 aufnimmt. Die verschiedenen Anteile oder Verhältnisse zwischen Inertgas (Luft oder Luft- und Abgasgemisch) und Kraftstoffgemisch werden erhalten durch geeignete Änderung der Arbeitspiele des rotierenden Verteilers 18 in Bezug auf die öffnungswinkel des Einlaßventils 4.

Da die Steuereinrichtung für die Leistungsabgabe der Maschine in dem drehbaren Verteiler zentralisiert ist, der die prozentualen Anteile von reiner Luft (oder gemischt mit Abgas) und der mit Kraftstoff angereicherten Luft regelt, kann diese letztlich auch durch einen einfachen Vergaser ohne Drosselklappe zugeführt v/erden. Natürlich können die Luft und das Kraftstoffgemisch durch die Abgase erwärmt werden, um so den thermodynamischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.

Es ist auch wichtig, ein besonderes Merkmal dieses Systems aufzuzeigen im Vergleich mit den vorhandenen Lösungen, wonach das Gemisch von reichem Gas mit armem Gas durch Abgase und Zugabe von Luft angereichert wird und - bei den maximalen Leistungen lediglich Luft mit dem richtigen prozentualen Anteil von Kraftstoff in die Maschine eingeführt wird. So ist die Leistungsabgabe der Maschine nicht von einer Verringerung der Leistung abhängig, wie dies bei einigen Maschinen der Fall ist, die von einzelnen Herstellern gebaut werden, um den Anteil der giftigen Bestandteile in den Abgasen zu verringern.

Bekanntlich sind diese Gase bei den normalen Maschinen (insbesondere Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe) in einer für die niedrigen Leistungen nachteiliegen und schädlichen Weise vorhanden, und zwar im Stadtverkehr, wo die Geschwindigkeiten sehr verringert sind. Diese Gase erreichen zu-

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lässige Werte bei voller Leistung auf den außerstädtischen Straßen und Autobahnen, wo die giftigen Bestandteile von untergeordneter Bedeutung sind.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Verringerung der giftigen Abgase gerade bei verringerter Leistung oder Teillast erreicht, da lediglich in diesem Falle ein Gemisch unter Hinzufügung zu Luft und Inertgasen eingeführt wird bis hinauf zu Geschwindigkeiten, die auch oberhalb der Hälfte der maximalen Leistung liegen. Durch Erhöhung der Geschwindigkeit wird die Menge der Gase gesteigert durch den richtigen prozentualen Anteil von Kraftstoff um so eine höhere Leistung und einen niedrigeren spezifischen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Dies ist durch die bisherigen Lösungen auf dem Wege von Versuchen in den verschiedensten Ländern nicht erreicht worden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.J Vorrichtung zum Zuführen des Kraftstoffgemisches bei Ottomotoren, gekennzeichnet durch die Anordnung eines drehbaren Verteilers (6, 9) über dem Einlaßventil (4), der beim Saughub des Kolbens (C) zuerst einen Anteil von reiner Luft oder ein Gemisch von Luft und Abgasen und dann ein mehr oder weniger mit Kraftstoff angereichertes Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine drehbare Trennwand (9), die durch das Gaspedal betätigt wird, zur schrittweisen Änderung des Mengenverhältnisses der genannten Fraktionsstufen, ausgehend von einer totalen Einführung von Inertgas ohne Kraftstoff-Luft-Gemisch (bei freiem Gaspedal), bis zur vollständigen Einführung von Kraftstoff-Luft-Gemisch ohne jedes Inertgas unter Belastung bei maximaler Drehzahl mit all den möglichen dazwischenliegenden Mischungsverhältnissen,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einführung der beiden unterschiedlichen Gasqualitäten (Inertgas und Kraftstoff-Luft-Gemisch) in gut unterteilten Abstufungen derart, daß das mit Kraftstoff angereicherte Gemisch

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mit Sicherheit nahe an die Zündkerze gelangt, wobei zur Verbesserung dieser klaren Trennung das Einlaßventil (4) in eine Vorkammer (1) geeigneter Form öffnet, die mit dem Zylinderraum der Maschine an einer Stelle in Verbindung steht, wo die Zündkerze angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Verteiler (6, 9) die Form eines Zylinders hat, der innen durch eine Längs-Trennwand (9), die nicht mit dem Zylinder rotiert, jedoch durch das Gaspedal verstellbar ist, in zwei halbzylindrische Kammern (10, 11) unterteilt ist, und daß der Zylinder durch einen Schlitz (8) an seiner Oberfläche die beiden Kammern (10, 11), die jeweils das Inertgas (reine Luft oder Luft mit Abgasen) und das Kraftstoff-Luft-Gemisch enthalten, mit der Kammer (1) an einer Stelle in Verbindung bringt, wo das Einlaßventil (4) öffnet, so daß die Winkelverstellung der Trennwand (9) oder Drosselklappe das Mischungsverhältnis zwischen den beiden Gasmengen bestimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zufuhr der zwei Fraktionen von Inertgas und sukzessive zugeführtem Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen drehbaren Verteiler (18), der von einer Öffnung oder Bohrung durchsetzt ist, die nacheinander der Leitung (19), von der die reine Luft oder das Abgasgemisch kommt, und der Leitung (20), von der das Kraftstoff-Luft-Gemisch kommt, gegenüberliegt, und daß das Verhältnis zwischen den beiden Gasmengen durch eine winkelmäßige Verstellung zwischen der Nockenwelle und der Achse des drehbaren Verteilers (6, 9) einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein System zum vollständigen Füllen des Zylinderraumes, um auf diese Weise das maximale Druckverhältnis beim Verdichtungshub zu erzielen mit einem an Kraftstoff mehr oder weniger reichen Gemisch, jedoch mit getrennter und geschichteter Ein-

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führung des inerten Anteils (Luft oder Luft mit Abgasen) und des Kraftstoffanteils, so daß dieser letztere Anteil nahe dem Zündfunken in der Vorkammer (1) kommt, wobei die unterschiedlichen Anteile der zwei Mengen von Inertgas und aktivem Gas direkt durch Betätigung des Gaspedals über übliche flexible Gestänge und Rückholfedern erhalten werden, so daß auf diese Weise der Vergaser auch lediglich ein mehr oder weniger reiches Kraftstoffgemisch liefern kann und nicht die Einstell-Drosselklappe zu haben braucht, die durch die Drosselklappe im Inneren des drehbaren Verteilers ersetzt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Zufuhr- oder Füllsystems für Brennkraftmaschinen mit einem oder zwei drehbaren Verteilern (6,9), die - beim Saughub - mit Luft angereicherte und durch den Auspuff bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie im Stadtverkehr, erzeugte Gase zuführen, wobei diese Verteiler den Inertgasanteil verringern, sobald von dem Motor eine höhere Leistung gefordert wird, um bei der maximalen Geschwindigkeit ein normal zusammengesetztes Gemisch von Luft und Kraftstoff ohne Minderung der abgegebenen PS-Leistung zu liefern.

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