DE3046507C2

DE3046507C2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3046507C2
Application number: DE3046507A
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: 1986-04-17
Also published as: FR2473631A1; GB2069042A; JPS5698526A; US4484549A; FR2473631B1; DE3046507A1; GB2069042B

Description

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

Nach den neuesten Vorschriften wird bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eine Abgasreinigung, insbesondere eine wesentliche Reduzierung von NO, und eine bessere Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs gefordert. Zu diesem Zweck werden häufig eine EGR (Abgasrückführung) und eine magere Verbrennung vorgesehen. Um die Erfordernisse sowohl hinsichtlich einer hohen EGR als auch einer mageren Verbrennung zu erfüllen, ist es in diesem Zusammenhang hinreichend bekannt, daß nur die Brenn- bzw. Entzündungsgeschwindigkeit erhöht werden muß, um Schwankungen im Entzündungsvorgang und Fehlzündungen zu vermeiden. Eine Erhöhung der Entzündungsgeschwindigkeit kann durch Verwirbelung des Ansauggases in der Verbrennungskammer erreicht werden.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-OS 27 27 826 bekannt. Als nachteilig ist bei dieser vorbekannten Brennkraftmaschine anzusehen, daß eine Unterdrucksteuerung für den Ne-Ibenansauggasstrom vorgesehen ist, wodurch es bei zunehmender öffnung der Drosselklappe zu einer entsprechenden Verringerung des Nebenansaugvolumens und daraus resultierend zu einer unzureichenden Verwirbelung des Ansauggases in der Verbrennungskammer kommt.

Ausgehend von Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit vereinfachten Mitteln die Verwirbelung in der Brennkammer im Leerlauf und im unteren Teillastbereich zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in de» nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennkraftmaschine wird die Nebengaszuführung zwischen der Leerlaufstellung und dem unteren Teillastbereich zur Erzielung einer besseren Verwirbelung so verbessert, daß in vorteilhafter Weise stets ein gutes Ansprechverhalten des Motors und ein wirtschaftlicher Kraftstoffverbrauch gewährleistet ist Dabei wird im Unterschied zu der Brennkraftmaschine gemäß der DE-OS 27 27 826 das gesamte Ansauggasvolumen für den Leerlaufbetrieb bei geschlossenem zweiten Einlaß nur uurch die QücrSChniiiSii&chc uc5 ersten EiiiiäSScS festgelegt Beim Obergang in den unteren Teillastbereich wird durch die geänderte Stellung der Drosselklappe der zweite Einlaß geöffnet und mit Hauptansauggas nach dem Venturiabschnitt derart beaufschlagt, daß in dem zu der Brennkammer führenden Abschnitt des Ansaugweges das aus dem ersten Einlaß angesaugte Ansauggasvolumen um das durch den aweiten Einlaß angesaugte Ansauggasvolumen ergänzt wird. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es in günstiger Weise möglich, eine Kraftstoffeinsparung zu erreichen, Fehlzündungen zu verhindern und eine nicht zeitgerechte bzw. verzögerte Einspritzung von Kraftstoff aus der Kraftstoffhauptdüse während des Betriebs mit geringer bis hoher Last zu vermeiden. Vorteilhaft kann darüber hinaus eine stabile Verbrennun¹⁷ während eines mittleren Lastbetriebes sichergestellt werden, in dem eine besonders starke Abgasrückführung (EGR) erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 eine Längsschnittansicht eines Teiles der Ausführungsform nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht eines Zylinderkopfes, von der Unterseite her gesehen, d. h. die Ansicht eines Teiles der Ausführungsform nach F i g. 1,

Fig.4 eine Schnittansicht eines wesentlichen Abschnittes der Ausführungsform nach Fig. 1, d. h. desjenigen Abschnittes, welcher den Vergaser enthält, und

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

In den Fig. 1 und 2 ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier in Serie angeordneten Zylindern dargestellt, wobei jeweils ein Zylinderkopf 3 auf einem Zylinder 2 und in dem 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 jedem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind. Die beiden Öffnungen 6 und 7 können mittels eines in Fig.2 dargestellten Ansaugventils 8 oder eines nicht dargestellten Abgasventils geöffnet oder geschlossen werden. Die Funktion des Ansaugventils 8 wird durch eine Ansaugventilsteuerung gesteuert, die aus einem Nocken 9, einem Nockenfolger

bzw. Arm 10, usw. besteht. Die Funktion des Abgasventils wird durch eine ähnliche Einheit gesteuert.

Die Ansaugöffnung 6 ist mit einem Ansaugkrümmer 11 verbunden, während die Abgasöffnung 7 mit einem Abgaskrümmer 12 in Verbindung steht. Der Ansaugkrümmer 11 ist an seiner Abzweigung mit einem Vergaser 13 verbunden. Dadurch Dilden die Ansaugöffnung 6 und der Ansaugkrümmer 11 einen Hauptansaugweg A, der vom Vergaser 13 zur Verbrennungskammer 5 führt. Wie F i g. 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 besitzt so viele (vier) Abzweigungen 14a, wie Zylinder vorgesehen sind, sowie einen Nebenweg 146 mit größerem Durchmesser, mit welchem diese Abzweigungen 14a in Verbindung stehen. Die wirksame Öffnungsfläche des Nebenweges 146 ist ausreichend kleiner als diejenige des Hauptansaugweges A konzipiert. Wie aus F i g. 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 in F i g. 3 gezeigt (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 146 teilt sich in zwei Abzweigungen ' bzw. Kanäle. Ein erster Einlaß 14c/unJ ein zweiter Einlaß 14e öffnen sich in einen Kanal 13a des Vergasers 13. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die Einlasse 14c/ und 14e in Strömungsrichtung des Kanals 13a in Abstand zueinander vorgesehen sind, und daß sich der erste Einlaß 14c/ an einer Stelle stromauf befindet, daß der Nebenweg dann einen Bypass zur Drosselklappe 136 des Vergasers 13 und an der Haupt-Kraftstoffdüse 13c/vorbei bildet, wobei sich die Düse 13c/in einen Venturiabschnitt 13c öffnet, und daß sich aer Weg dann 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 136 geöffnet oder geschlossen werden kann, d. h. dieser Einlaß ist derart vorgesehen, daß er während der Leerlaufstellung durch die Drosselklappe 13£> geschlossen werden kann (die geschlossene Stellung der Drosselklappe ist in F i g. 4 durch eine voll ausgezeichnete Linie dargestellt), und daß sich dieser Einlaß 14e stromauf zur Drosselklappe 136 befindet, wenn die Drosselklappe 136 geöffnet ist (was in F i g. 4 gestrichelt eingetragen ist). Der erste Einlaß 14c/ist mit einer Düse 17 versehen, um das von ihm angesaugte Gasvolumen (Luftvolumen) einzustellen bzw. zu steuern.

Eine Abgasleitung, die über einen Krümmer 12 zur Abgasöffnung 7 zu einem Auspufftopf 18 führt, ist an eine Sekundärluft-Ansaugleitung 19 angeschlossen, während ein Oxydationskatalysator 20 stromab einer Sekundäriüft-Einlaßöffnung 19a vorgesehen ist. Eine Einrichtung 21 zur Zuführung von Sekundärluft ist mit dem Zuführungsrohr i9 für 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 EGR-Rohr 22 zur Abgasrückführung zwischen der Einlaßöffnung 19a und dem Katalysator 20 ab, und das Ende des EGR-Rohres 22 ist an eine Verbindung des Ansaugkrümmers 11 stromab des Vergasers

13 angeschlossen. Das Rohr 22 für Abgasrückführung ist mit einem EGR-Ventil 23 ausgerüstet, welches die Menge der Abgasrückführung steuert. Der Katalysator 20 kann einen üblichen Aufbau besitzen, und das EGR-Ventil kann ebenfalls einen üblichen Aufbau haben, beispielsweise durch einen Unterdruck arbeiten, wobei ein Unterdruck im Ansaugrohr verwendet wird. In Fig. 1 ist ferner mit 24 eine Abgasöffnung, d. h. ein Auslaß für Abgas, bezeichnet.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Anordnung erläutert. Ein in der Verbrennungskammer 5 während des Ansaughubes des Maschinenbetriebes erfolgter Unterdruck führt zu einem Ansaugen eines Gasgemisches vom Vergaser 13 über den Hauptansaugweg A in die Verbrennungskammer 5, wobei ein Gas (Luft oder Gasgemisch) angesaugt und über den Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer geleitet wird. Die Gaszuführung über 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. Selbstverständlich erfolgt das Ansaugen in die Verbrennungskammer 5 über die beiden Ansr-igwege A und 14 zeitgerecht im Hinblick auf die Funktion des Ansaugventils 8.

Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen dem Gasvolumen, welches übe¹" den Nebenansaugweg 14 in die Verbrennungskammer 5 geleitet wird, und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 136. Dabei ist in Fi g. 5 mit (1) das über den ersten Einlaß 14c/angesaugte Gasvolumen, mit (2) das über den zweiten Einlaß 14e angesaugte Gasvolumen, mit (3) das gesamte über die beiden Einlasse 14c/, 14e angesaugte Gasvolumen und mit (4) die untere Grenz.e der erwünschten Gaszuführung vom Nebenansaugweg 14 während eines mittleren Lastbetriebes des Motors dargestellt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig.5 der Betrieb der Maschinp gemäß der Erfindung für unterschiedliche Lastzustände des Motors, d h. für unterschiedliche Öffnungsgrade der Drosselklappe 136. erläutert.

a) Leerlauf

Während des Leerlaufes ist der zweite Ei'ilaö 14e des Nebenansaugweges 14 durch die Drosselklappe 136 geschlossen. Das Gas (Luft) wird in den Nebenansaugweg

14 nur über den erste/i Einlaß 14c/zugeführt. Wenn die Drosselklappe 136 geschlossen und somit der zweite Einlaß 14e geschlossen ist, kann keine Luft durch den Venturiabschnitt 13c strömen, und somit wird kein Kraftstoff von der Kraftstoffdüse 13c/in den Kanal 13a

geführt. Es liegt also kein Durchfließen von überschüssigem Kraftstoff vor, was in einem wirtschaftlicher Kraftstoffverbrauch resultiert. Während des Leerlaufs 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 zugeführten 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 14c/ und 14c ge- is öffnet, und in dem Nebenansaugweg — insbesondere während des Betriebes mit mittlerer Belastung bei starker Abgasrückführung — wird eine große Gasmenge angesaugt Somit wird die Gaszuführung 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. Damit kann eine nicht zeitgerechte Zuführung von Kraftstoff von der Düse 13c/ nicht auftreten. Während des Betriebes mit hoher Belastung wird die Gaszuführung 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. Das verbleibende Gas in der Verbrennungskammer 5 (das GäS, WclchcS Fiäch dcF Verbrennung ilichi abgegeben wird) ist daher mengenmäßig nicht sehr groß.

Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist es möglich, das durch den ersten Einlaß 14c/und den zweiten Einlaß 14e angesaugte Gas auf ein gewünschtes Verhältnis dadurch einzustellen, daß der Öffnungsdurchmesser der Einlasse entsprechend variiert wird. Wenn sich daher eine Drossel 17 in dem ersten Einlaß 14c/befindet, wird das durch den Einlaß 14c/eingeführte Gasvolumen unabhängig vom Öffnungsgrad der Drosselklappe 136 nahezu konstant gehalten. Hierdurch kann leicht in gewünschter Weise die Gaszuführung vom Nebenansaugweg 14 entsprechend dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 136 reguliert werden. Das durch den ersten Einlaß i4dangesaugte Luftvolumen kann auf die erforderliche Menge (Volumen) für den Leerlauf eingestellt werden.

Wenn der erste Einlaß 14c/ derart angeordnet ist, daß er sich zu der zur Umgebungsluft gerichteten Seite (des Kanals 13a) nach Umgehung der Drosselklappe i3b des Vergasers 13 zu der Kraftstoffdüse 13c/ öffnet ist es ohne Belang, wo die Öffnung des Einlasses liegt. Der Vergaser kann aus einem Registervergaser oder einem Vergaser mit variablem Venturiabschnitt (SU-Vergaser) bestehen. Bei einem Registervergaser muß der zweite Einlaß 14e des Nebenansaugweges gegenüber der Drosselklappe auf der Primärseite angeordnet sein.

Hierzu 2 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine, insbesondere Viertakt-Brennkraftmaschine, mit einem Hauptansaugweg (A), der von einem Vergaser (13) zu wenigstens einer Brennkammer (5) führt und durch wenigstens ein Ansaugventil (8) verschließbar ist, und mit einem getrennt von dem Hauptansaugweg vorgesehenen Nebenansaugweg (14) mit wenigstens einem Auslaß (14ςΑ der derart auf eine zugehörige Brennkammer (5) gerichtet ist daß beim Ansaughub der Maschine in der Brennkammer (5) ein Ansauggaswirbel erzeugbar ist, und mit wenigstens zwei Einlassen (14c/, 14e/ von denen wenigstens ein Einlaß (14d) stromauf einer Drosselklappe (13b) in den Venturiabschnitt (13Cj des Vergasers (13) und ein zweiter Einlaß (14eJ in einen Kanal (13a) des Vergasers (13) stromabwärts hinter dem Venturiabschnitt (13c) führt, wobei der zweiie Einlaß {i4e) durch die Drosselklappe (13o/ steuerbar und bei geöffneter Drosselklappe stromaufwärts derselben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaß (14e) im Leerlauf mittels der Drosselklappe (13b) geschlossen ist, und daß der Auslaß (i4c)dts Nebenansaugweges (14) gerade stromsuf gegenüber dem Ansaugventil (8) vorgesehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß (14d) des Nebenansaugweges (14) stromauf des Venturiabschnittes (13c) vo: jesehen ist und sich in den Kanal (13a,) des Vergasers (13) öffnet.

3. Brennfcraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ciaß dor erste Einlaß (14d) des Nebenansaugweges (14) mn einer Düse (17) versehen ist.