DE3104810A1

DE3104810A1 - "fremdgezuendete viertakt-kolben-brennkraftmaschine"

Info

Publication number: DE3104810A1
Application number: DE19813104810
Authority: DE
Inventors: Peter Wolfgang Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Manz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-02-11
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1982-08-19

Description

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

- 2 -K 3047/1702-pt-hu-sa _g ρ_β^ jggf

Fremdqezündete Viertakt-Kolben-Brennkraftmaschine-

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Vi.ertakt-Kolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es handelt sich also um eine nach dem Otto-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine, die entweder mit einem Vergaser oder mit sogenannter indirekter Kraftstoffeinspritzung in die Saugrohre ausgerüstet ist.

Eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der deutschen Patentanmeldung P 30 24 812.5 beschrieben. Diese Brennkraftmaschine arbeitet mit Ventilüberschneidung, d.h. während eines Teils der Öffnungszeit des Auslaßventils geöffnetem zugeordneten Einlaßventil, so daß während der Ventilüberschneidung und damit während des ersten Teils der Öffnungszeit des jeweiligen Einlaßventils durch das noch im jeweiligen Brennraum befindliche Abgas eine Gemisch-Vorkompression in der jeweiligen Vorkammer etwa auf den Druck des Abgases erfolgt. Wie sich gezeigt hat, besitzt eine Brennkraftmaschine dieses in der älteren Patentanmeldung angegebenen Aufbaus den Vorteil einer Absenkung des spezifischen Kraftstoff-Verbrauchs sowie einer Erweiterung ihres Vollastarbeitsbereichs zu niedrigeren Drehzahlen.

Auch das aus der DE-OS 28 09 473, F02b 29/08, bekannte Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrads einer Brennkraftmaschine arbeitet mit Ventilüber-

Vorstand. i:>n. iL'.mul'C-r, Vc: t.v.Se' ■ ':_- 5--.-VC · Karl-*--:- -r £Mct · F'i'. Dr. '.ecf".. Ernst Fi= = ■ D'. >-. Pf.s· F'erk '■ i_'. .'..'·-* 5 fc.H:ti"i; ■ C.".:i.. .' f ^r:,vicf. r.- ε: :.i>.rrir · C:. -. - ; V.'c-.-.e. ?.£.- ;! · P.-c".;-.i-.-.po!.Fr ei'.cr. 'r.srr.ie ' ir irr C-' "--llsrhnft: Wolli.i-i.-r. · Amtsjericil Wollrhurg HRB 21£

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schneidung, und zwar zum Zwecke einer wirksamen Spülung der Brennräume vom Saugrohr her. Eine derartige Spülung, bei der also eine Verbindung zwischen Saugrohr und Abgasrohr besteht, ist aber nur bei Dieselmaschinen technisch sinnvoll, da bei allen mit Gemischzufuhr zu den Brennräumen arbeitenden Maschinen andernfalls frisches Gemisch und damit unverbrannter Kraftstoff in das Abgasrohr gelangen würde.

Das bekannte Verfahren sieht ferner in Strömungsrichtung vor jedem Einlaßventil ein Rückschlagventil vor, das zur Bildung einer Druckluftreserve mit Hilfe der eingelassenen Luft während des Einlaßtakts in jedem Betriebszyklus dient. Zu diesem Zweck ist die Schließung des jeweiligen Einlaßventils über den gewöhnlichen Zeit- oder Kurbelwellenwinkelwert hinaus beispielsweise auf mehr als 50° KW verzögert. Das in dieser Weise vorkomprimierte Luftvolumen dient dann am Anfang der Spülungsphase des darauffolgenden Betriebszyklus zur Spülung des jeweiligen Brennraums.

Weiterhin ist bei diesem bekannten Verfahren zu dem jeweiligen Rückschlagventil ein Bypass vorgesehen, der mittels eines Ventils bei höherer Drehzahl bzw. Last der Brennkraftmaschine aufgesteuert wird, damit bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen der tatsächliche Verdichtungsgrad der Brennkraftmaschine unter Herabsetzung der Temperatur verringert werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmalen so auszubilden, daß über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine ohne Zusatzaggregate eine Voraufladung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung wird also bewußt eine Ventilüberschneidung ausgeschlossen, die bei dem gattungsmäßigen Maschinentyp, nämlich mit Gemischzuführung über die Einlaßventile, die Gefahr eines Austretens unverbrannter Gemischanteile über das Abgasrohr mit sich bringen würde. Durch die Rückschlagventile, die

beispielsweise in bekannter und daher im einzelnen nicht zu beschreibender Weise als Membranventile ausgebildet sein können, wird eine sich zwischen diesen Ventilen einerseits und den einzelnen Einlaßventilen andererseits erstreckende Vorkammer bestimmter Dimensionierung definiert, die die gewünschte Vorkompression oder Voraufladung sicherstellt. In Abweichung von den oben beschriebenen Maschinen erfolgt bei der Erfindung diese Vorkompression durch das bereits in dem jeweiligen Brennraum befindliche frische Gemisch während des ersten Teils des Kompressionshubs, wozu die Einlaßventile " bis weit über UT hinaus geöffnet sind. . "

Wie sich gezeigt hat, bringt die erfindungsgemäße Konstruktion eine Leistungserhöhung zwar.über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine, besonders stark aber bei niedrigen Drehzahlen einschließlich Leerlauf. Daher ist die erfindungsgemä'ße Konstruktion mit besonderem Erfolg einsetzbar bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Abgas-Turbolader ausgerüstet sind, dessen Wirksamkeit gerade bei niedrigen Drehzahlen bekanntlich sehr begrenzt ist. Durch die erfindungsgemäße Vorkompression erfolgt nämlich eine Erhöhung des Massendurchsatzes durch die Brennkraftmaschine und damit eine Erhöhung.der Antriebsleistung für den Abgasturbolader besonders bei niedrigen Maschinendrehzahlen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig.' 1 schematisch einen Längsschnitt im Bereich eines der Zylinder der Brennkraftmaschine und deren Fig.- 2 Leistungs-Drehzahl-Diagramme für übliche Maschinen und für die erfindungsgemäße Maschine zeigen.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so läuft im Zylinder 1 in herkömmlicher Weise der Kolben 2, der über die Pleuelstange 3 mit der Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Am Zylinder sind das Auslaßventil 5 und das Einlaßventil 6 angeordnet, die über eine nicht dargestellte, von der Maschine angetriebene Nockenwelle ohne Ventilüberschneidung betätigt werden, und zwar das Einlaßventil 6 ferner so, daß das Ende seiner Offenstellung zwischen 80° KW nach UT und 50° vor OT liegt.

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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vergasermaschine angenommen, deren Leistungsstellglied die Drosselklappe 7 ist. In Strömungsrichtung hinter dieser und vor dem Einlaßventil 6 liegt das als Membranventil, ausgebildete Rückschlagventil 8^ das allein durch die Druckverhältnisse an seinen beiden Seiten gesteuert wird, und zwar so, daß es Strömungen in Richtung auf das Einlaßventil 6 möglichst nicht behindert, dagegen in entgegengesetzter Richtung absperrt. Wie ersichtlich, fehlen irgendwelche Leitungen, die -und sei es auch nur in einzelnen Last- und/oder Drehzahlbereichen- das Rückschlagventil 8 umgehen.

Dem die Drosselklappe 7 enthaltenden Vergaser ist der bei 9 angedeutete Abgas-Turbolader vorgeschaltet.

Infolge der beschriebenen Ventilsteuerung erfolgt also nach Schließen des Auslaßventils 5 während des Verdichtungshubs zunächst eine Vorkompression des Gemische in der Vorkammer 10 zwischen Einlaßventil und Rückschlagventil 8 (das dann geschlossen ist) durch das bereits im Brennraum 11 befindliche frische Gemisch, bis das' Einlaßventil 6 schließt. Bei dem nächstfolgenden Saugtakt erfolgt eine durch den relativ hohen Druck in der Vorkammer 10 begünstigte Gemischlieferung in den Brennraum 11, und zwar auch bei niedrigen Drehzahlen, bei denen der Abgas-Turbolader 9 bei üblichen Maschinen noch weitgehend wirkungslos ist.

Dies veranschaulicht auch Fig. 2: Mit 20 ist das Leistungs (N)-Drehzahl (n)-Diagramm einer üblichen Brennkraftmaschine, mit 21 dasjenige der erfindungsgemäßen Maschine bezeichnet. Man erkennt, daß bei allen Drehzahlen, insbesondere aber bei niedrigen Drehzahlen -einschließlich der Leerlaufdrehzahl η eine wesentliche Leistungserhöhung, und zwar ohne Aufwand an zusätzlichen Aggregaten, erzielt ist.

Die erfindungsgemäße Vorverdichtung führt beim Öffnen des jeweiligen Einlaßventils infolge hoher Einströmgeschwindigkeit zu einer intensiven Ladungsbewegung im Brennraum, die die Klopfneigung verringert.

Leerseite

Claims

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VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

K 3047/1702-pt-hu-sa -6. Feb. 1981

Patentansprüche

l.y Fremdgezündete Viertakt-Kolben-Brennkraftmaschine mit über Einlaßventile erfolgender Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhr zu den mit Auslaßventilen ausgerüsteten Brennräumen sowie mit in Strömungsrichtung vor den Einlaß-, ventilen zur Bildung von Vorkammern angeordneten, nur in Rückstromrichtung sperrenden, bypassfreien Rückschlagventilen, die allein durch die an

" ihren beiden Seiten herrschenden Drücke gesteuert werden, wobei in den Vorkammern während eines Teils der Öffnungszeit des jeweiligen Einlaßventils eine Gemisch-Vorkompression erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ohne Ventilüberschneidung arbeitet, die Ein-. laßventile (6) etwa im Bereich 80° KW nach UT bis 50° vor OT schließen, so daß die.Vorkompression während des letzten Teils der Öffnungszeit des jeweiligen Einlaßventils (6) durch das in dem jeweiligen Brennraum (11) befindliche Gemisch erfolgt, und das Volumen jeder Vorkammer (10) etwa .30 bis 60 % des Hubvolumens beträgt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Abgasturbolader (9) ausgerüstet ist.

Vorsitzender Vorstand: Tc-ni Sctimüdeer, Vorsitzender · Cleus Bo'pvvard · Kerl-He'nr Warn · Prof. Dr. techn. Ernst FSaIe . Dr. Jur. Peter Frerk

des Aufs'c!~!:ra's. Γ'.,,r.*.Vo"35-.g P..Hobbel · Gür.ie' Hanwiö - Horst Mürr.-it-r · D'.'e'.i--I.Vfe w P.Serr.idt · P'oi. D'.'cr.pol.FriPdMchThomie • /■•I C .-■--■ - -■ · · Sitz der C-esellschaft: Wolfiburg Amtsgeiicht Wolfiburg HRD