DE3046507A1

DE3046507A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3046507A1
Application number: DE19803046507
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamamatsu Shizuoka Yokoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1980-01-09
Filing date: 1980-12-10
Publication date: 1981-09-10
Also published as: JPS5698526A; US4484549A; DE3046507C2; FR2473631B1; GB2069042A; FR2473631A1; GB2069042B

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach den jüngsten Vorschriften wild bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eine Abgaskontrolle, d.h. eine Reinhaltung des Abgases, und eine wesentliche Reduzierung von NO sowie eine bessere Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches gefordert. Zu diesem Zweck wird eine EGR(Abgasrezirkulation bzw. Abgasrückführung) und eine nagere Verbrennung häufig konzipiert. Es ist bekannt, daß die Brenn- bzw. Entzündungsgeschwindigkeit nur erhöht werden nuß, um Schwankungen im EntzUndungsvorgang und

S/Rud

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ein Fehlzünden zu vermeiden, während die Erfordernisse für sowohl eine hohe EGR und eine magere Verbrennung erfüllt werden müssen.

Es wurde verschiedentlich vorgeschlagen, einen Nebenansaugweg gegenüber dem Hauptansaugweg vorzusehen, so daß der Nebenansaugweg dazu dient, Gas anzusaugen und in die Verbrennungskammer einzuleiten, wodurch ein Wirbel des Ansauggases in der Verbrennungskammer zur Erhöhung der Entzündungsgeschwindigkeit hervorgerufen wird.

Ein Ansaugsystem mit dem vorgeschlagenen Nebenansaugweg befindet sich jedoch noch in der Entwicklung und Anwendungserprobung, so daß noch nähere Untersuchungen erforderlich sind. Die Anordnung des Einlasses zu einem derartigen Nebenansaugweg bei einer bekannten Brennkraftmaschine hat sich jedoch tatsächlich als ungeeignet herausgestellt und verschiedene Schwierigkeiten abhängig von der Betriebsart hervorgerufen. Bei der bekannten Brennkraftmaschine ist nur ein Einlaß zu dem Nebenansaugweg vorgesehen und dieser Einlaß befindet sich entweder näher an der Seite zur Umgebungsluft als zum Venturiabschnitt des Vergasers oder innerhalb der Vergaserleitung zwischen dem Venturiabschnitt des Vergasers und der Drosselklappe. An der erstgenannten Stelle ist das Volumen der Luft, die durch den Vergaser-Venturiabschnitt hindurchgelangt, wo sich die Kraftstoff-Hauptdüse hinein öffnet, natürlich geringer und demzufolge findet eine nicht zeitgerechte oder verzögerte Zuführung von Kraftstoff von der Kraftstoff-Hauptdüse insbesondere im mittleren und hohen Lastbetrieb statt und das Ansprechverhalten des Motors auf eine Betätigung des Beschleunigungspedals ist gering. Wenn die Öffnungsfläche des Einlasses derart ausgelegt ist, daß sie das erforderliche Gasvolumen vom Nebenansaugweg für den mittleren Lastbetrieb mit einer hohen Abgasrückführung

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(EGR) zufuhrt, wird während eines Leerlaufes ein relativ hoher Betrag an Luft bzw. ein relativ hohes Luftvolumen von Nebenansaugweg zugeführt werden, obgleich eine kleine Menge an Kraftstoff vom Vergaser zugeführt wird, infolgedessen sich ein extrem hohes A/F-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Verhöltnis)ergibt und somit eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Fehlzündung besteht.

Bei der zweitgenannten Stelle der möglichen Anordnung des Einlasses für den Nebenansaugweg wird die gesaute Luftströmung in den Nebenansaugweg Ober den Vergaser-Venturiabschnitt eingeführt werden, jedoch verringert sich wegen des Drosselungseffektes des Venturiabschnittes das notwendige Volumen an angesaugtem Gas, welches von dem Nebenansaugweg für den mittleren Lastbetrieb zugeführt wird, infolgedessen kein ausreichender Wirbel hervorgerufen wird. Währendcfes Leerlaufes saugt die durch den Venturiabschnitt geführte Luft den Kraftstoff aus der Haupt«· düse heraus und somit wird zu viel Kraftstoff zusätzlich zu dem Gasgemisch von der Leerlauföffnung von der Hauptdüse zugeführt werden, was hinsichtlich eines wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauches ungünstig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Viertaktbrennkraftmaschine zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgetnäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Viertaktbrennkraftmaschine för Kraftfahrzeuge, die einen üblichen Vergaser ohne große Änderungen und ohne Hinzufügung von Teilen verwendet.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens zwei Einlasse (öffnungen) zu« Nebenansaugweg vorgesehen sind, von welchen sich der eine Einlaß in die zur Umgebungsluft (Atmosphäre) gerichtete Seite nach Vorbeiführung an der Drosselklappe ia Vergaser und des Venturiabschnittes des Vergasers öffnet, während dar andere Einlaß sich in die Vergaserleitung derart Öffnet, daß er durch die Drosselklappe des Vergasers geöffnet oder geschlossen werden kann, wobei dieser zweite Einlaß durch die Drosselklappe während des Leerlaufes geschlossen wird.

Die erfindungsgenäße Brennkraftmaschine ist mit einen Nebenansaugweg zur Erzeugung eines Wirbels des angesaugten Gases in der Verbrennungskammer versehen, wobei erfindungsgemäß zwei Einlasse in den Nebenansaugweg vorgesehen sind; ein Einlaß öffnet sich in den Nebenansaugweg in dem Abschnitt des Nebenansaugweges, der auf der atmosphärischen Seite liegt, nachdem die Drosselklappe des Vergasers und der Venturiabschnitt überbrückt sind, d.h. ein Beipaßweg an der Drosselklappe und den Venturiabschnitt vorbei gebildet ist, während der andere Einlaß durch die Drosselklappe des Vergasers steuerbar ist und sich in die Leitung bzw. in den Kanal des Vergasers derart öffnet, daß er während des Leerlaufes durch die Drosselklappe geschlossen werden kann. Mit diesem Aufbau des Vergasers bzw. der Brennkraftmaschine kann eine Kraftstoffeinsparung erreicht werden, eine Fehlzündung verhindert werden und eine nicht zeitgerechte oder verzögerte Einspritzung von Kraft-

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stoff aus der Kraftstoffhauptdüse während eines Betriebes mit geringer bis hoher Last vermieden werden; darüberhinaus kann eine stabile Verbrennung während eines mittleren Lastbetriebes sichergestellt werden, während welchem eine besonders starke Abgasrückführung (EGR) stattfindet.

Im folgenden wird eine bevorzugte AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer AusfUhrungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Teiles der AusfUhrungsform nach Figur 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines Zylinderkopfes, von der Unterseite her gesehen, d.h. die Ansicht eines Teiles der AusfUhrungsform nach Figur 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht eines wesentlichen Abschnittes der

AusfUhrungsform nach Figur 1, d.h. desjenigen Abschnittes, welcher den Vergaser enthält, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen dem Öffnungsgrad der Drosselklappe und dem Volumen der Gasströmung aus dem Nebenansaugweg heraus.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier in Serie angeordneten Zylindern dargestellt, wobei jeweils

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ein Zylinderkopf 3 auf einen Zylinder 2 und in de« Zylinder 2 ein verschiebbarer Kolben 4 vorgesehen sind. In den vier Verbrennungskammern 5 mit diesen Elementen 2, 3 und 5 öffnet sich eine Ansaugöffnung 6 und eine Abgasöffnung 7, die in jeden Zylinderkopf 3 ausgebildet sind. Die beiden öffnungen 6 und 7 können mitteils eines nicht dargestellten Ansaugventiles oder Abgasventiles geöffnet oder geschlossen werden. Die Wirkung des Ansaugventiles wird durch eine Ansaugventilsteuerung gesteuert, die aus einen Nocken 9, einen Nockenfolger bzw. Arn 10, usw. besteht. Die Wirkung des Abgasventiles wird durch eine ähnliche Einheit gesteuert.

Die Ansaugöffnung 6 ist nit einen AnsaugkrUmner 11 verbunden, während die Abgasöffnung 7 nit einen AbgaskrUmmer 12 in Verbindung steht. Der Ansaugkrünner 11 ist an seiner Abzweigung nit einen Vergaser 13 verbunden und dadurch bilde» die Ansaugöffnung 6 und der Ansaugkrünner 11 einen Hauptansaugweg A, der vom Vergaser zur Verbrennungskammer 5 fuhrt. Wie Figur 3 zeigt, ist die Ansaugöffnung 6 nahe und tangential zur Innenwand der Verbrennungskammer 5 (Zylinder 2) vorgesehen, so daß ein von dort zugeführtes Gasgemisch einen Wirbel um die Achse des Zylinders 2 in der Verbrennungskammer 5 hervorrufen kann» Der Wirbel ist auf solche Weise gerichtet, daß er erst an einer Zündkerze 15 vorbeiströmt und sich dann in Richtung auf die Abgasöffnung 7 bewegt. Die Ansaugöffnung 6 hat keine besonders hohe Richtungswirkung, damit nicht der volumetrische Wirkungsgrad bei hoher Belastung abfällt.

Jeder Verbrennungskammer 5 wird (durch das Ansaugen) Gas vom Nebenansaugweg 14 sowie ein Gasgemisch vom Hauptansaugweg A zugeführt. Der Nebenansaugweg 14 weist vier Abzweigungen 14a auf, d.h. so viele

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wie Zylinder vorgesehen sind, sowie einen Nebenweg 14b mit größerem Durchmesser, mit welchem diese Abzweigungen 14a in Verbindung stehen; die wirksame Öffnungsfläche des Weges 14b ist ausreichend kleiner als diejenige des Hauptansaugweges A konzipiert. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist das Ende jeder Abzweigung 14a, d.h* der Auslaß des Nebenansaugweges 14, als Strahldüse 14c mit kleinerem Durchmesser ausgelegt, die sich gerade stromauf zum Ansaugventil 8 in Tangentialrichtung in die Verbrennungskammer 5 öffnet, wie dies in Figur 3 gezeigt ist (d.h. in die Seitenwand dieser Kammer oder in die Innenwand des Zylinders 2). Wenn daher Gas in die Verbrennungskammer 5 von der Düse 14c zugeführt (angesaugt) wird, wird ein Wirbel um die Achse des Zylinders 2 in dieser Verbrennungskammer hervorgerufen und der Wirbel ist in der gleichen Wirbelrichtung wie das Gasgemisch aus dem Hauptansaugweg A gerichtet. Ein Einlaßabschnitt zum Nebenansaugweg 14, d.h. das Ende des Neben- oder Zuführungsweges 14b teilt sich in zwei Abzweigungen bzw. Kanäle. Der erste und zweite Einlaß I4d und I4e öffnet sich in einen Kanal 13a des Vergasers 13. Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß die Einlasse 14d und 14e in Strömungsrichtung des Kanales 13a in Abstand zueinander vorgesehen sind und daß sich der erste Einlaß 14d an einer Stelle stromauf befindet, daß der Nebenweg dann einen Bypass zur Drosselklappe 13b des Vergasers 13 und an der Haupt-Kraftstoffdüse 13d vorbei bildet, wobei sich die Düse 13d in einen Venturiabschnitt 13c öffnet und daß dann sich der Weg stromauf (d.h. stromab eines Luftfilters 16) zum Venturiabschnitt 13c öffnet; der zweite Einlaß 14e ist an einer derartigen Position vorgesehen, daß er durch die Drosselklappe 13b geöffnet oder geschlossen werden kann, d.h. dieser Einlaß ist derart vorgesehen, daß er während der Leerlaufstellung durch die Drosselklappe 13b geschlossen werden kann (die geschlos-

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sene Stellung der Drosselklappe ist in Figur 3 durch eine voll ausgezeichnete Linie dargestellt) und daß sich dieser Einlaß stromauf zur Drosselklappe 13b befindet, wenn die Drosselklappe 13b geöffnet ist (was in Figur 3 gestrichelt eingetragen ist). Der erste Einlaß 14d ist mit einer Düse 17 versehen, um das Gasvolumen (Luftvolumen) einzustellen bzw. zu regeln, welches von ihm angesaugt wird.

Eine Abgasleitung, die Ober einen Krümmer 12 zur Abgasöffnung 7 zu einem Auspufftopf 18 föhrt, ist an eine Sekundärluft-Ansaugleitung 19 angeschlossen, während ein Oxydationskatalysator 20 stromab einer Sekundärluft-Einlaßöffaung 19a vorgesehen ist. Eine Einrichtung 21 zur Zufuhrung von Sekundärluft ist mit dem Zuführungsrohr

19 fur Sekundärluft verbunden und diese Einrichtung besteht aus einem Reed-Ventil, welches durch den pulsierenden Druck des Abgases betätigt wird, oder einer Speisepumpe für Sekundärluft, wie sie Üblicherweise benutzt wird. Von dem Abgasrohr zweigt ein Rohr 22 fur Abgasrückführung zwischen zwei Elementen 19a und 20 ab und das Ende des ERG-Rohres 22 ist an eine Verbindung des AnsaugkrUmmers 11 stromab des Vergasers 13 angeschlossen. Das Rohr 22 für Abgasrückführung ist mit einem ERG-Ventil 23 ausgerüstet, welches die Menge der Abgasrückführung steuert. Der Katalysator

20 kann Üblichen Aufbaus sein und das ERG-Ventil kann ebenfalls Üblichen Aufbau haben, beispielsweise durch einen Unterdruck arbeiten, wobei ein Unterdruck im Ansaugrohr verwendet wird. In Figur 1 ist ferner mit 24 eine Abgasöffnung, d.h. ein Auslaß fur Abgas, bezeichnet.

Xm folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Anordnung erläutert. Ein in der Verbrennungskammer 5 während des Ansaughubes des Maschinenbetriebes erfolgter Unterdruck läßt ein Gasgemisch vom Vergaser 13 Über den Hauptansaugweg A in die Verbrennungskammer 5 zufuhren(ansaugen) und zu diesem Zeitpunkt wird

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ein Gas (Luft oder Gasgemisch) angesaugt und über den Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer geleitet* Die Gaszuführung durch den Nebenansaugweg 14 ruft einen Wirbel des angesaugten Gases um die Achse des Zylinders 2 innerhalb der Verbrennungskammer 5 hervor, wodurch die Homogenität des Gasgemisches begünstigt und die Zündgeschwindigkeit erhöht wird. Es ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß das Ansaugen in die Verbrennungskammer 5 Über die beiden Ansaugwege A und 14 im Hinblick auf die Wirkung des Ansaugventiles 8 zeitmaßig richtig erfolgt bzw. in der richtigen Zeitfolge gesteuert wird.

Figur 5 zeigt das Verhältnis zwischen dem Gasvolumen, welches Über den Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer 5 geleitet wird und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 13b. Dabei ist in Figur 5 mit (l) das Über den ersten Einlaß 14d angesaugte Gasvolumen, mit (2) das durch den zweiten Einlaß 14e angesaugte Gasvolumen, mit (3) das gesamte Über die beiden Einlasse 14d, 14e angesaugte Gasvolumen und mit (4) die untere Grenze der erwünschten GaszufUhrung vom Nebenansaugweg 14 während eines mittleren Lastbetriebes des Motors dargestellt.

Nachfolgend wird auf Figur 5 Bezug genommen. Die Arbeitsleistung der Maschine gemäß der Erfindung wird nunmehr für unterschiedliche Lastzustände des Motors, d.h. für unterschiedliche Öffnungsgrade der Drosselklappe 13b, erläutert.

ä) Leerlauf

Während des Leerlaufes ist der zweite Einlaß I4e des Nebenansaugweges 14 durch die Drosselklappe 13b geschlossen; das Gas (Luft) wird in den Nebenansaugweg 14 Über den ersten Einlaß 14d allein zugeführt. Wenn die Drosselklappe 13b geschlossen und somit

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der zweite Einlaß 14e geschlossen ist/ kann keine Luft durch den Venturiabschnitt 13c strömen und somit wird kein Kraftstoff von der KraftstoffdUse 13d in den Kanal 13a gefuhrt, d.h. es liegt kein Durchfließen von Überschüssigem Kraftstoff vor, was in einen wirtschaftlichere Kraftstoffverbrauch resultiert. Während des Leerlaufes ist die Gaszuführung in die Verbrennungskammer 5 vom Nebenansaugweg 14 her relativ gering und es wird nur eine kleine Menge (kleines Volumen) an Gasgemisch Über eine nicht dargestellte Leerlauföffnung vom Vergaser 13 zugeführt, wodurch eine Fehlzündung durch Herabsetzung des zugefuhrten Gasvolumens über den Nebenansaugweg verhindert wird.

b) Betrieb von niedriger zu hoher Last

Während des Betriebes von niedrigem Lastzustand zu hohem Lastzustand sind beide Einlasse 14d und 14e geöffnet und in dem Nebenansaugweg - insbesondere während des Betriebes mit mittlerer Belastung bei starker Abgasrückführung - wird eine große Gasmenge angesaugt und somit wird die GaszufUhrung vom Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer 5 verstärkt, wodurch der Ansaugwirbel in der Verbrennungskammer 5 verstärkt wird. Damit findet eine stabile Verbrennung während eines mittleren Lastbetriebes bei hoher Abgasrückführung statt. Natürlich gelangt die meiste Luft, die in die Verbrennungskammer 5 während eines Betriebes von niedriger zu hoher Last erzeugt wird durch den Venturiabschnitt 13c und da mit kann eine nicht zeitgemäße oder verzögerte Zuführung von Kraftstoff von der Düse 13d nicht auftreten. Während des Betriebes mit hoher Belastung wird die GaszufUhrung vom Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer 5 verringert. Der Grund besteht darin, daß kein starker Ansaugwirbel erforderlich ist, da bei hoher Belastung eine besonders hohe Ausgangsleistung erzeugt werden soll und demzufolge die Abgasrückführung nicht so groß sein darf;

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das verbleibende Gas in der Verbrennungskammer 5 (das Gas, welches nach der Verbrennung nicht abgegeben wird) ist daher mengenmäßig nicht sehr groß*

Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel würde es möglich sein, das durch den ersten Einlaß 14d und den zweiten Einlaß 14e angesaugte Gas auf ein gewünschtes Verhältnis dadurch einzustellen, daß der Öffnungsdurchmesser der Einlasse entsprechend variiert wird. Wenn somit gemäß dem dargestellten Beispiel eine Düse 17 in dem ersten Einlaß 14d vorgesehen wird, würde das durch den Einlaß 14d eingeführte Gasvolumen unabhängig vom Öffnungsgrad der Drosselklappe 13b nahezu konstant gehalten werden, so daß es leicht wird, in gewünschter Weise die Gaszuführung vom Nebenansaugweg 14 entsprechend dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 13b zu regeln. Das durch den ersten Einlaß 14d angesaugte Luftvolumen kann auf die erforderliche Menge (Volumen) für den Leerlauf eingestellt werden.

Wenn der erste Einlaß 14d derart angeordnet ist, daß er sich zu der zur Umgebungsluft gerichteten Seite (des Kanals 13a) nach Umgehung der Drosselklappe 13b des Vergasers 13 zu der Kraftstoffdüse 13d öffnet, ruft es keinen Unterschied hervor, wo die Öffnungsposition des Einlasses sich befindet. Der Vergaser kann ein Vergaser mit zwei Zylindern, d.h. "Zwei-Barrel"-Vergaser oder mit variablem Venturiabschnitt (SU-Vergaser) sein. Wenn der Vergaser zwei Zylinder aufweist, muß der zweite Einlaß I4e des Nebenansaugweges gegenüber der Drosselklappe auf der Primärseite angeordnet sein.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.) Brennkraftmaschine, insbesondere Viertakt-Brennkraftma- ^ schine, mit einen Hauptansaugweg, der von einem Vergaser zu einer Verbrennungskammer fuhrt und durch ein Ansaugventil steuerbar ist, mit einem Nebenansaugweg, welcher getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist, mit einem Auslaß vom Ansaugweg, der in Richtung auf die Verbrennungskammer gerichtet ist, so daß ein Wirbel von angesaugtem Gas in der Verbrennungskammer während des Ansaughubes der Brennkraftmaschine erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet , daß der Nebenansaugweg (14) wenigstens zwei Einlasse (l4d, 14e) aufweist, daß sich der erste Einlaß (l4d) in die zur Umgebung gerichtete Seite (des Vergasers) nach Vorbeifuhrung an der Drosselklappe (13b) des Vergasers in einen Venturiabschnitt (13a) des Vergasers öffnet, und daß der zweite Einlaß (l4e) durch die Drosselklappe (13b)

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ORIGINAL INSPECTED

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steuerbar ist und sich in einen Kanal bzw. eine Leitung des Vergasers öffnet, so daß er durch die Drosselklappe während des Leerlaufzustandes geschlossen werden kann.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß(l4d) stromauf des Venturiabschnittes vorgesehen ist und sich in den Kanal des Vergasers öffnet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß (I4d) mit einer Düse (l7) versehen ist.
4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Nebenansaugweges (14) gerade stromauf gegenober dem Ansaugventil vorgesehen ist.

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