DE3131066C2

DE3131066C2 - Brennkraftmaschine mit einem Haupt- und einem Nebenansaugweg

Info

Publication number: DE3131066C2
Application number: DE3131066A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Aoyagi; Yuzuru Namba; Hiroshi Hamamatsu Shizuoka Yokoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1980-08-13
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1984-07-26
Also published as: CA1191402A; GB2085964A; FR2488653A1; DE3131066A1; US4450803A; FR2549897A1; IT1137870B; GB2085964B; US4553514A; IT8123471A0; FR2488653B1

Abstract

Brennkraftmaschine, bei der die Öffnungsrichtung und Lage der Gas-Ausströmöffnung eines Nebenansaugweges getrennt zu einem Hauptansaugweg vorgesehen ist, so daß ein Gas, beispielsweise Luft oder ein Gasgemisch in Umfangsrichtung der Brennkammer während des Ansaughubes zugeführt wird, und bei der die Öffnungsrichtung der Ausströmöffnung des Nebenansaugweges in einem solchen Bereich gewählt ist, daß in einer Ebene senkrecht zur Achse des Zylinders die Linie, die sich in einer Öffnungsrichtung des Nebenansaugweges erstreckt, in einem Winkel von ±20 ° bis 110 ° gegenüber derjenigen Linie liegt, welche die Mitte der Ansaugöffnung mit der Achse des Zylinders verbindet. Der Abstand zwischen dem Auslaß bzw. Ausströmende des Nebenansaugweges und der Fläche des Ansaugventiles in dessen geschlossener Lage (der dem Ventil gegenüberliegende Kreis des Ventilsitzes des Ansaugventiles) ist nicht größer als der Innendurchmesser des Hauptansaugweges. Der Auslaß des Nebenansaugweges kann ferner innerhalb eines Kreises angeordnet sein, dessen Mitte dem Zündpunkt einer Zündkerze entspricht, wobei er den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Zylinders hat und innerhalb eines Bereichs von ±1 mm von der Ebene entfernt, welche die Mittellinie der Stange des Eingangsventiles und diejenige der Tangentenpunkte zwischen dem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis des Ventilsitzes des Ansaugventiles und die Linien enthält, die von dem Zündpunkt und derjenigen Zündkerze, die näher an der Wand des

Description

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

Eine Brennkraftmaschine dieser Gattung ist aus der US-PS 33 59 958 bekannt.

Bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge muß nicht nur die Reinigung des Abgases, sondern auch der Kraftstoffverbrauch verbessert werden. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, wird die sogenannte Abgasrückführung und eine magere Verbrennung häufig ausgeführt. Um Schwankungen während der Verbrennung ebenso wie eine Fehlzündung zu verhindern, während die vorstehenden beiden Erfordernisse erfüllt werden, wird für eine starke Abgasrückführung und eine magere Verbrennung vorzugsweise die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht.

Um die Verbrennungsgeschwindigkeit anzuheben, wurden bereits verschiedene Ansaugsysteme vorgeschlagen, in welchen ein Nebenansaugweg getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist und dazu dient. Gas in die Brennkammer bzw. Verbrennungskammer einzuführen, wodurch ein Wirbel des angesaugten Gases in der Brennkammer hervorgerufen wird.

Ein derartiges Ansaugsystem, '.vslches einen Nebenansaugweg enthält, ist jedoch noch nicht in die Praxis umgesetzt worden und hängt im wesentlichen hinsichtlich der praktischen Anwendbarkeit von weiteren Forschungen ab. Bei dem bekannten Ansaugsystem besteht wegen einer nicht ausreichenden Wirbelerzeugung eine Grenze gegenüber einer mageren Verbrennung, und eine wesentliche Verbesserung des Kraftstoffverbrauches kann nicht erwartet werden, wenn eine starke Abgasrückführung ausgeführt wird; vorrangige Maßnahmen werden hinsichtlich der Steuerung der Abgasemission und insbesondere hinsichtlich der Reduktion der NO,-Emission vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einet Brennkraftmaschine der angegebenen Gattung ein« Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und eine Redu zierung der Emission von schädlichen Abgasen zu erhal ten, wenn starke Abgasrückführung erfolgt und da; Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Sinne einer mageren Ver brennung ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Ge gcnstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben siel :uis den IJnteranspriichen.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, be der der Gehalt an schädlichen Abgasen, insbesonder an Stickstoffoxiden (NOx) verbessert wird und di Fahrtkosten reduziert werden bzw. die Leistung verbes sen wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsfor men der Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung zu

Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils der Brennkraftmaschine nach F i g. 1,

F i g. 3 bis 5 schematische Ansichten zur Veranschaulichung der Öffnungsrichtung des Ausströmendes des Nebenansaugweges, von der Innenseite des Zylinderkopfes betrachtet,

F i g. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Öffnungsrichtung,

F i g. 7 eine weitere graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der öffnungsrichtung,

F i g. 8 eine schematische Ansicht zur Darstellung der öffnungsrichtung des Ausströmendes des Nebenansaugweges, von der Innenseite eines Zylinderkopfes betrachtet,

F i g. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der öffnungsrichtung nach F i g. 8.

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit dem Ausströmende des Nebenansaugweges, von der Innenseite des Zylinderkopies aus betrachtet,

Fig. 11 eine Fig.2 entsprechende Darstellung der Ausführungsform nach F i g. 10,

Fig. 12 eine Vorderseitenansicht der Auführungsform nach Fig. 10 zur Veranschaulichung eines Rohrelementes,

F i g. 13 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer weiteren Ausführungsform der Brennkraftmaschine,

Fig. 14 und 15graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Brennkraftmaschine nach Fig. 13,

Fig. 16 eine schematische Darstellung einer vervoll- ji ständigten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,

F i g. 17 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils der Ausführungsform nach Fig. 16,

F i g. 18 eine vergrößerte Schnittansicht zur Verdeutlichung des Lageverhäitnisses zwischen dem Nebenansaugweg und dem Zündpunkt der Zündkerze für die Ausführungsform nach F i g. 17,

F i g. 19 eine Aufsicht zur Veranschaulichung des Lageverhältnisses zwischen dem Nebea'nsaugwcg und '43 dem Zylinder bei der Ausführungsform nach Fig. 18.

F i g. 20 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem Luft/Krufistoif-Verhältnis innerhalb der Grenze für eine stabile Verbrennung bei der Brennkraftmaschine und dem Abstand des Zündpunkts einer Zündkerze von der öffnung des Nebenansaugwegs,

F i g. 21 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb der Grenze einer stabilen Verbrennung und einer weiteren Abstandsgröße.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Brennkraftmaschine ist mit 1 ein Zylinder und mit 2 ein Zylinderkopf bezeichnet. Mit 3 ist ein Kolben angegeben, der in den Zylinder 1 eingesetzt ist. Mit 4 ist eine Brennkammer bezeichnet, bo die durch die vorstehend erwähnten Bauteile, nämlich den Zylinder I, den Zylinderkopf 2 und den Kolben 3 festgelegt ist, wobei sich in diese Brennkammer ein Hauptansaugweg 3 öffnet. Der Hauptansaugweg 5 ist als Kanal konstruiert, der von einer Ansaugöffnung 6 im b5 Zylinderkopf 2 über einen Ansaugkrümmer 7 und einen Vergaser 8 mit zwei DurchfluQkanälen. der die Funktion der Kraftstoffzuführung hat, zu einem Filter 9 führt.

Das Ausströmende der Ansaugöffnung 6, d. h. das offene Ende, weiches sich in die Brennkammer 4 öffnet, ist mit einem Ansaugventil 10 versehen, mittels dessen die Ansaugöffnung 6 geöffnet oder geschlossen wird. Außerdem ist eine öffnung 11 für Abgas in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet, die durch ein Abgasventil 12 geöffnet oder geschlossen wird. Die beiden Ventile 10 und 12 werden durch einen Öffnungssteuermechanismus gesteuert, der durch Rückholfedern 13 und 14, Nocken 16 und 17 sowie Kipphebel 18 und 19 gebildet ist, welche durch eine Nockenwelle 15 usw. angetrieben werden, und zwar derart, daß sie im geschlossenen Zustand auf zugehörigen Ventilsitzen 20 und 21 aufsitzen.

Mit 22 ist ein Nebenansaugweg bezeichnet, der eine kleinere wirksame Öffnungsfläche als der Hauptansaugweg 5 aufweist. Der Nebenansaugweg 22 weist ein Rohrelement 22A auf, welches mit Preßsiez im Zylinderkopf 2 vorgesehen ist, um dadurch den auslaßseitigen Endabschnitt dos Nebenansaugweges zu bilden; ein Kanalabsehnitt 22ß ist in dem Ansaugkrüm:.-?ar 7 ausgebildet. Ein Kanalabschniti 22Cbefindet sich in dim Körper 8a des Vergasers 8 und zwei einlaßseitige Enden 22D und 22£ zweigen von dem Kanalabschnitt 22C ab tnd öffnen sich jeweils in den primären Kanalbereich Sb des Vergasers f Die beiden Kanalenden (Einlasse) 22D und 22£ sind in Strömungsrichtung des Kanalabschnitts 86 in Abstand zueinander vorgesehen. Der stromauf liegende Einlaß 22D ist zwischen dem primären Venturiabschnitt 8c und einer primären Drosselklappe Sd des Vergasers 8 vorgesehen und öffnet sich in diesem Zwischenraum, während ein stromab liegender Einlaß 22£ an einer solchen Position vorgesehen ist, bzw. sich an einer selchen Stelle öffnet, daß er im geschlossenen Zustand durch die primäre Drossalklappe Bd geschlossen wird.d. h. in der Lecrlaufsiellung.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Rohrelement 22A, welches den Auslaßbereich bildet (d.h. den Endabschnitt des Nebenansaugweges 22 auf der Seite eier Brennkammer 4). einen Einström-Düsenabschnitt 22a mit ein«m reduzierten Durchmesser enthält, welcher in den Zylinderkopf 2 so eingesetzt ist, daß er in die Ansaugöffnung 6 stromaufwärts des Ansaugventilcs 10 hineinragt und sich in die Ansaugöffnung 6 öffnet. Der verbleibende Basisendabschnitt des Rohrele.nentes 22A bildet einen Bohrungsabschnitt 226, der unter Preßsitz in eine Aufnahmeöffnung 2a eingesetzt ist, die sich im Zylinderkopf 2 befindet. Diese Paßöffnung 2a öffnet sich mit ihrem einen Ende in die Ansaugöffnung 6 und mit ihrem anderen Ende in die Anschlußseite des Ansaugkrümmers 7. Das Rohrelement 22-4 kann in die Paßöffnung 2a von der Anschlußseite des Ansaugkrümmers 7 her hineingedrückt sein. Der Einström-Düsenabschniit Ziu cies Rohrelementes 22A mit dem beschriebenen Aufbau ist derart konzipiert, daß ein W^;rbel dej. angesaugten Gases auf der Achse des Zylinders ll in der Brennkammer 4 hervorgerufen wird, wenn Gas von der Düse her einströmt bzw. zugeführt wird. Die Richtung des Ein.strömdüsenab.chnittes 22a ist derart gewählt, daß ein intensiver Wirbel des angesaugten Gases hervorgerufen wird, wie dies noch beschrieben wird.

Die Ausrichtung des vorstehend beschriebenen Einströmdüsenabsehnittes (Einspritzdüsenabschnittes) 22a ist bei dieser ersten, ein Teilmerkmal der Erfindung zeigenden Ausfühningsfonii so gewählt, d. h. die öffnungsrichtung des Auslaßendes des Nebenansaugweges 22 ist so gewählt, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschrieben ist. Die Achse des Zylinders 1 ist mit O bezeichnet, das Zentrum des Abschnitts der An-

Säugöffnung 6, die in die Brennkammer 4 führt, mit / angegeben und die Gerade, welche die beiden Zentren miteinander verbindet, ist mit L bezeichnet. In eine Ebene P(F i g. 2) projiziert, die senkrecht zur Achse O des Zylinders 1 steht, ist der Einströmdüsenabschnitt 22a derart ausgerichtet, daß seine Öffnungsrichtung gegenüber der Geraden L unter einem Winkel von ±20 bis 110° steht. Der Bereich dieser Ausrichtung, die auf diese Weise festgelegt wird, ist durch einen Winkel θ in F i g. 3 angegeben und durch eine Kreuzschraffur dargestellt. Andererseits zeigen F i g. 4 und 5 Anordnungen, die hinsichtlich der Lageverhältnisse der Ansaugöffnung 6 und der Abgasöffnung Il sowie einer Zündkerze 23 gegenüber F i g. 3 geringfügig verändert sind. Die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a ist ähnlich der Darstellung nach F i g. 3.

Das Abgas wird vom Abgaskanal 22 über ein Ventil zur AbgasrQckführung (Abgas-Rezirkulation) entweder in den Hauptansaugweg 5 oder den Ncbenansaugweg 22 zurückgeführt. Der Aufbau des Weges für die Abgasrückführung und das Ventil zur Abgasrückführung können in gleicher oder ähnlicher Weise ausgestaltet sein, wie dies bekannt ist: eine Erläuterung hierzu ist daher nicht erforderlich.

In einer Brennkraftmaschine mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird während des Ansaughubes bei geöffnetem Ansaugventil 10 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch vom Hauptansaugweg 5 in die Brennkammer 4 geleitet, während Gas(z. B. Luft oder ein Gemisch) vom Nebenansaugweg 22 über den Zwischenraum zwischen dem Ansaugventil 10 und dem Ventilsitz 20 in die Brennkammer 4 hineingeführt (injiziert oder angesaugt) wird.

Durch die Zuführung des Gases vom Nebenansaugweg 22 wird das in die Brennkammer 4 angesaugte Gemisch in Form eines Wirbels um die Achse des Zylinders 1 zugeführt, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Da die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a in der vorstehend beschriebenen Weise gewählt ist. wird gemäß der Erfindung die Intensität des erzeugten Wirbels so groß, daß der Motor mit einem wesentlich größeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich zu bekannten Brennkraftmaschinen auch dann arbeiten kann, wenn die Abgasrückführung im gleichen Ausmaß durchgeführt wird. Diese Wirkung der Erfindung ist in Fig.6 veranschaulicht. Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß die Grenze für eine magere Verbrennung wirksamer angehoben vsrsrden kann, wenn die Richtung des Wirbels derart erreicht ist, daß der Wirbel in die Abgasöffnung strömt, nachdem er an der Zündkerze 23 vorbeigestrichen ist

Vorzugsweise wird die Richtung des Einströmdüsenabschnitts 22a in der folgenden Weise gewählt, wobei auf Fig. 8 Bezug genommen wird: In der Ebene P senkrecht zur Achse des Zylinders 1, ist der Zylinder-Wandabschnitt welcher am nächsten zur Zündkerze 23 liegt, d. h. auf dem Kreis der Zylinderwand der Punkt, der am nächsten zur Zündkerze liegt, mit X bezeichnet; die Linie, welche mit diesem nächstliegenden Punkt in Verbindung steht sowie mit dem Einströmende des Einströmdüsenabschnittes 22a. ist mit L' bezeichnet. Vorzugsweise wird die Richtung des Einströmdüsenabschnittes 22a in einem Bereich von ± 30° gegenüber der erwähnten Linie L' gewählt. Dieser Bereich der Ausrichtung wird durch einen Winkel θ bestimmt und ist in F i g. 8 durch Kreuzschraffur angegeben. Die sich ergebende Wirkung ist in F i g. 9 gezeigt, woraus ersichtlich ist, daß die Ausrichtung gemäß Fig.8 bevorzugt wird, um die Grenze einer mageren Verbrennung zu verbessern.

Die Ausrichtung bzw. Richtung des Einströmdüsenabschnittes 22a steht ebenfalls vorzugsweise innerhalb eines vorbestimmten Winkelbcreichs gegenüber der Ebene Pscnkrccht zur Achse des Zylinders 1. Nunmehr wird auf Fig. 2 Bezug genommen; die Richtung des Einströmdüsenabschnitts 22a befindet sich in einem Winkeibcrcich von 15° bis 30° gegenüber dem Kolben 3 in bezug auf die Ebene P. Dieser Bereich an Ausrichtung wird durch einen Winkel rt in F i g. 2 definiert. Die sich ergebende Wirkung ist in F i g. 7 gezeigt.

Im folgenden werden Einzelheiten der Anordnung für die Ausrichtung des Einströmdüsenabschnitts 22a gemäß vorstehender Beschreibung näher erläutert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Rohrglied 22/4 \ derart aufgebaut, daß der Einströmdüsenabschnitt 22a des Rohrglicdes 22/4 gebogene Form gegenüber dem Bohrungsabschnitt 226 aufweist, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. In diesem Fall kann der Bohrungsabschnitt 226 des Rohrelementes 22/1 parallel zur Ebene P und senkrecht zur Achse des Zylinders 1 verlängert sein und unter einem rechten Winkel gegenüber der nicht darge-

2$ stelhen Kurbelwelle stehen, die sich unter einem rech- \ ten Winkel gegenüber der Zeichnungsebene von F i g. 2 erstreckt, wobei das vorteilhafte Ergebnis erreicht wird, daß der Arbeitsvorgang, die Paßöffnung 2a in den Zylinderkopf 2 einzubohren, erleichtert wird.

jo Weitere konkrete Anordnungen von Ausführungs- ' bcispiclcn sind in Fig. 10 bis 12 dargestellt. Das Rohrelement 22Λ ist insgesamt geradlinig geformt, d. h. derart, daß die beiden Abschnitte 22a und 226 koaxial zu- ' einander liegen. Die Paßöffnung 2a ist in Flucht zu der

J5 Ausrichtung der Einströmdüse 22a ausgedreht. Gemäß diesem Ausführungsbcispiei kann der Einströmdüsenabschnitt 22a in jeder gewünschten Richtung einfach dadurch ausgerichtet sein, daß das Rohrelement 22/4 in die Paßöffnung 2a hineingedrückt bzw. gepreßt wird, ohne eine Abweichung in Umfangsrichtung des Rohrelcmentcs 22/4 zur Achse desselben zu berücksichtigen. Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, die durch verschiedene Untersuchungen des Verhältnisses zwischen der Position des Ausströmendes des Nebenansaugweges und dem Wirbel des erzeugten Ansauggases gefunden wurde; das Ausströmende des Nebenansaugweges ist unmittelbar stromauf des Ansaugventils zum öffnen oder Schließen des Hauptansaugweges geöffnet: der Abstand zwischen .'em Aus-

so strömende und der Fläche des Eintrittsventiles in der geschlossenen Lage ist nicht größer als der innere Durchmesser des Hauptansaugweges gewählt, wie dies sich aus den F i g. 13 bis 15 ergibt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Einströmdüsenabschnitt 22a, welcher den Ausström-Endabschnitl des Nebenansaugweges 22 bildet, einen Düsenabschnitt am einen Ende desselben mit reduziertem Durchmesser auf, der sich unmittelbar stromauf des Ansaugvcntiles 10 öffnet. Der Abstand S (Fig. 13) zwisehen dem vorderen Ende dieses Einströmdüsenabschnitts 22a und der Bodenfläche 20a des Ansaugventilsitzcs 20 auf der Seite der Brennkammer ist kleiner als der Innendurchmesser D der Ansaugöffnung 6 gewählt vorzugsweise 10 mm oder kleiner. Der Einströmdüsen-

b5 abschnitt 22a ist im allgemeinen in Tangentialrichtung des Zylinders 1 ausgerichtet, so daß der Wirbel des angesaugten Gases auf der Achse des Zylinders 1 in der Brennkammer 4 erzeugt wird: die Wirbelrichtung ist

derart konzipiert, daß das angesaugte Gas in die Abgasöffnung Il strömt, nachdem es an der nicht dargestellten Zündkerze vorbeigelangt ist.

In der Brennkraftmaschine mil dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird bei während des Ansaughubes geöffnetem Ansaugveniil 10 das Gasgemisch zur Brennkammer 4 von 1 lauplansaugweg 5 geführt, während das Gas in uno van dem Nebcnansaugweg 22 angesaugt und injiziert wird. Durch die Injektion bzw. Zuführung des Gases vom Nebenansaugweg 22 wird das in die Brennkammer 4 angesaugte Luft/Kraftstoff-Geniisch um die Achse des Zylinders 1 gewirbelt, so daß die Brenngeschwindigkeit beschleunigt wird.

Da der Abstand 5 auf den vorstehend angegebenen Wert konzipiert ist, wird der erzeugte Wirbel des angesaugten Gases intensiviert, so daß die Grenze für die magere Verbrennung verbessert wird. d. h. daß eine stabile Verbrennung bei einem höheren Luft/Krafistoff-Verhältnis im Gegensatz zum Stand der Technik gewährleistet werden kann. Diese Wirkungen sind in den Fig. 14 und 15 dargestellt. Die Fig. 14 und 15 sind mil einer derartigen Zünd-Zciisteuerung aufgezeichnet, daß die höchste Ausgangsleistung erzeugt werden kann.

Die Fig. 16 bis 21 zeigen in einer Ausführungsform ein weiteres Teilmcrkmal der Erfindung. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das Ausströmende des Nebenansaugweges innerhalb eines Kreises liegt, dessen Mitte dem Zündpunki ρ der Zündkerze entspricht und der den gleichen Durchmesser wie der Innendur hmesscr des Zylinders hat, und innerhalb eines Bereichs von ± 1 mm von derjenigen Ebene, welche die Mittellinie des Schaftes des Ansaugventiles und die Berührungsstelle zwischen einem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis des Ventilsitzes des Ansaugvcntiles und die derjenigen der von dem Zündpunkt der Zündkerze gezogenen Geraden enthält, die näher an der Zylinderwand liegt.

In Fig. 16 ist mit 101 eine Viertaktbrennkraftmaschine dargestellt. Mit 102 ist eine Hauptleitung angegeben, die als Ansaugweg dient. Mit 103 ist ein Vergaser und mit 104 ein Abgaskanal angegeben, mit 105 ein Zylinder, in welchen die vorderen Enden des I lauplan· siiugwcgcs 102 und des Abgaskanals 104 geöffnet sind. Mit 106 ist eine Zündkerze angegeben. In die Ansaugöffnung des Zylinders 105 öffnet sich ein Nebenansaugweg 107. der zusätzlich bzw. gelrennt zum llauptansaugweg 102 vorgesehen ist.

Das offene linde 107;; des Nebenansaugweges 107 befindet sich stromauf eines Ventils 108. wie Fig. 17 zeigt, und ist in langentialer Richtung zur Wand des Zylinders 105 ausgerichtet, wie Fig. 19 zeigt. Die Lage bzw. Anordnung des offenen Endes 107a des Nebenansaugweges 107 wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die F i g. 18 und 19 erläutert. Die Öffnung 107a befindet sich innerhalb eines Kreises O,, dessen Mittelpunkt dem Zündpunkt ρ (durch einen kleinen Kreis in Fi g. 18 und 19 dargestellt) der Zündkerze 106 entspricht und einen zum Innendurchmesser D des Zylinders gleichen Durchmesser hat; der Abstand der öffnung 107a liegt im Bereich von ± 1 mm gegenüber der Ebene S. welche die Mittellinie der Ventilstange 108a und denjenigen der Tangenten-Berührungspunkte (a) zwischen dem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis Ch eines Ventilsitzes 109 und derjenigen der vom Zündpunkt η der Zündkerze 106 aus verlaufenden Geraden /n cnthäJt. die näher zur Zylinderwandung liegt.

Der Nebenansaugweg 107 ist gemeinsam für die vier Zylinder 105 vorgesehen und über ein Zuflußrohr 107£> und eine Einrichtung HO zur Steuerung der Luftströmung mit einem Luftfilter III verbunden. Mit dem Miuiplansaugweg 102 is! das untere Ende einer Abgas-Rückführungsleitung 113 verbunden, die ihrerseits an

^r) ihrem vorderen Ende mit dem Auspuffrohr 104 in Verbindung Mehl, wobei in der Mine des Weges 113 eine .Steuereinrichtung 112 zur Steuerung der Abgas-Rückführungsgeschwindigkeit vorgesehen ist. Mit 114 ist ein Schalldämpfer und mit 115 ein Endrohr (Auspuff) bein zeichnet.

Eine Leitung 116 ist mit dem Auspuffrohr 104 verbunden, so daß Sekundärluft zum Auspuffsystem zugeführt wird. Die Leitung 116 ist in ihrer Mitte mit einem Reed-Vcntil 117 ausgerüstet, welches durch Verwendung von Pulsierungen im Abgasdruck geöffnet oder geschlossen wird, so daß Sekundärluft wirksam in das Auspuffrohr 104 geleitet werden kann. Die Zuführung von Sekundärlufl kann andererseits durch eine Luftpumpe anstplle eines Rced-Vcntils eingeleitet werden.

Eine Brennkraftmaschine mit dem vorstehenden erfindungsgemäßen Aufbau arbeitet auf folgende Weise: Da die Nebenansaugwege 107 mit dem Luftfilter 111 über das Zuflußrohr bzw. den Zuflußweg und die Steuereinrichtung 110 verbunden sind, die gegenüber der Atmosphäre geöffnet werden kann, wird eine hohe Druckdifferenz während des Ansaughubes erzeugt. Als Ergebnis wird unter leichten Lastbedingungen, bei welchen die Eigenschaften des Luft/Kraftstoff-Gemisches besonders schlecht sind, um die Verbrennung herabzu-

JO setzen, die Luft mit hoher Geschwindigkeit vom Nebenansaugweg 107 mit der gleichen Wirkung zugeführt, wie sie erhalten wird, wenn der Kanal 107£» mit einer Quelle hohen Drucks verbunden wäre.

Während eines normalen Betriebs beträgt die Strö-

j5 mungsgeschwindigkeil des Gemischs, welches vom Vergaser 103 über den Hauptansaugweg zum Zylinder 105 geführt wird, höchstens 'Λ gegenüber der Geschwindigkeit bei voller Leistung. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe des Vergasers 103 ist sehr klein. Infolgedessen wird der Druck, der im Hauptansaugweg 102 vorherrscht, erheblich auf etwa die Hälfte gegenüber dem Atmosphärendruck reduziert. Demzufolge ist die Strömungsgeschwindigkeit der vom entsprechenden Nebenansaugweg 107 zugeleiteten Luft etwa gleich Schallgeschwindigkeit. Die auf diese Weise mit hoher Geschwindigkeit hineingeleitcte Strömung erzeugt einen intensiven Wirbel in dem Zylinder 105.

Während des l.eerlaufbetriebcs des Motors 101 ist demgegenüber die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs infolge der Tatsache, daß der Motor 101 keine Leistung nach außen abgibt, so niedrig, daß der Druck im Hai'.ptansaugwcg 102 wesentlich geringer als der Atmosphärendruck wird. Wenn daher die Luftströmungsgeschwindigkeit nicht auf einen optimalen Pegel mittels der Steuereinrichtung 110 für die Luftströmung eingestellt wird, kann kein geeignetes Gemisch zugeführt werden, so daß die verbrauchte Kraftstoffmenge erhöht wird. Die Menge an Kraftstoffverbrauch wird durch Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf

to den theoretischen Luft/Kraftstoff-Wert reduziert.

Das Abgas wird teilweise zum Hauptansaugweg 102 entsprechend der Steuerung der Steuereinheit 112 zurückgeführt, die sich im Weg bzw. Kanal 113 für die Abgasrückführung befindet- Das Verbrennungsgas.

b5 welches Kohicnwasserstoffverbindungen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) enthält, wird vom Abgaskanal 104 nach außen abgegeben, nachdem es von dem HC und CO auf Grund der Wirkung eines Oxidationskatalysa-

tors gereinigt ist, der sich im Schalldämpfer 114 befindet. Die Luft, die zum Zwecke der Oxidation des Abgases mehr oder weniger knapp wird, wird von der Leitung 116 zugeführt.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform die ange- ^r, saugte Gasströmung in eine tangcntialc Strömung des Zylinders ICi infolge der Wirkung des Nebenansaugweges 107 geänder; wird, und da die Öffnung 107t/ des Nebenansaugweges 107 so angeordnet ist, daß der tangentialen Strömung die größte Wirkung vermittelt wird, wird ein intensiver Wirbel im Zylinder 105 während des Ansaughubes des Motors 1 hervorgerufen. Obgleich dieser Wirbel während des Kompressionshubes geschwächt wird, bleiben feine Turbulenzen bis zur Zündung aufrechterhalten. Dank dieser Turbulenzen wird r> die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemischs erhöht, wodurch die Verbrennungszeil beträchtlich verkürzt Wird, infolgedessen die stabile Verbrennung auch unter einer sehr starken Abgasrückführung beibehalten wird. Die Brennkraftmaschine kann sogar im mageren Bereich des Gemischs laufen.

Die Einflüsse der Turbulenzen bei der Verbrennung spielen eine sehr beachtliche Rolle. In den bestehenden Brennkraftmaschinen wird ein Abgas-Rückführungsverhältnis von höchstens etwa 10% gestattet und es 2-; findet eine Fehlzündung statt, falls das Verhältnis der Abgas-Rückführung 10% überschreitet, so daß keine stabile Verbrennung weiter beibehalten werden kann. Dies bedeutet, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit reduziert wird, so daß eine Fehlzündung eingeleitet wird jo oder daß eine stabile Verbrennung nicht aufrechterhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Abgas-Rückführung erheblich vergrößert wird.

Wenn dagegen der Wirbel so intensiviert wird, daß die Turbulenzen vergrößert werden, kann eine stabile Verbrennung auch für eine starke Abgas-Rückführung aufrechterhalten werden. Somit kann die Emission von NO.v beträchtlich reduziert werden im Vergleich zum Stand der Technik.

Das Ergebnis ist graphisch in Fig.20 und 21 bei Bedingungen dargestellt, bei welchen die Drehzahl der Brennkraftmaschine höchstens im Bereich des Betriebs auf der Straße, die Zündsteuerung, d. h. die Ziiiulverstellung der die höchste Leistung erzeugenden Einstellung entspricht und die Belastung sich in dem Bereich für den -r. Betrieb auf der Straße befindet.

Fig.20 veranschaulicht das Verhältnis der Grenze für die stabile Verbrennung zwischen dem Abstand / (Ordinate) vom Zündpunkt ρ der Zündkerze zur Öffnung 107a des Nebenansaugweges 107 und dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis (Abszisse). Gemäß F i g. 20 wird das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf einen mageren Zustand verschoben, wenn sich der Abstand / vom Wert Dzum Wert V₂ D verringert: das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird nahezu konstant bleiben, wenn ei- y, ne Verringerung von V. D auf einen Abstand /, auftritt, der vom Zündpunkt zur Ebene S gemessen wird, welche die Mittellinie des Ventilschafts 108a (Fig. 18) enthält. Gemäß der Erfindung, bei welcher die Öffnung 107a in der vorstehend erwähnten Lage vorgesehen ist, kann m die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, welches einen mageren Zustand besitzt, so daß der Kraftstoffverbrauch wesentlich verbessert werden kann.

Wenn der Abstand 1 größer als V· /J wird, wird dem- 1,1 gegenüber der Effekt des Vorbeisirömens bzw. Vorbeiitreichens (des Gemischs) an der Zündkerze so verschlechtert, daß eine Verzögerung im Zündvorgang verstärkt wird, um die Verbrennungszeit zu verlängern, wodurch die Grenze für die magere Verbrennung verschlechtert wird. Dies wird durch die Diffusion der Strömung hervorgerufen.

Fig. 21 zeigt das Verhältnis der Grenze für stabile Verbrennung zwischen dem Abstand η (Ordinate), gemessen von der Ebene 5. welche die Mittellinie des Ventilschiifts 108;) (Fig. 18) enthält, und der Öffnung 107.7 des Nebcnansiiugweges 107, wobei die Ebene S mit »O« angegeben ist; die Seite, auf welcher sich die Zündkerze 106 befindet, ist mit ( + ) bezeichnet, während diejenige Seite, auf welcher sich die Zündkerze nicht befindet, mit ( —) angegeben ist. und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Abszisse).

Fs wird festgestellt, daß. je näher die Position der Öffnung 107.7 des Nebenansaugweges 107 der Brennkammer liegt, umso wirksamer der Nebenansaugweg ■"ir W7»>.Kr»l.»»·■/.>,»,»»»r»n icl Λ ttf Af*r r\t\Ki\\\ii*n ^»^ilo an

welcher sich die Öffnung nahe der Brennkammer befindet und sie etwa mehr als I mm von der Bezugsebene 5 (O) entfernt ist. trifft die Strömung bzw. der Strahl auf den Ventilsitz 109 auf. so daß er verbreitert bzw. gestreut wird. Auf der negativen Seite dagegen, an welcher sich die Öffnung mehr als 1 mm von der Bezugsebene S entfernt befindet, wird der Strahl gestreut, bevor der Strahl bzw. die Strömung durch den Abstand /wischen dem Ventil und dem Ventilsitz 109 hindurchgeht, wodurch der Wirbel geschwächt wird. Infolgedessen kann die Grenze für die stabile Verbrennung bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf die magere Seite nicht erreicht werden. Wenn der durch den Strahl zu erzeugende Wirbel dagegen stark ist, wobei die Lage der Öffnung 107 λ des Nebenansaugweges gemäß vorliegender Erfindung vorgesehen ist, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit so erhöht, daß die Brennkraftmaschine bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis laufen kann, welches als mager bezeichnet wird.

Es wurde experimentell bestätigt, daß der Wirbel im Zylinder 105 intensiviert wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, welches vom Nebenansaugweg 107 zugeführt wird, vergrößert wird. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemischs während des l.ecrlaufzustandes der Brennkraftmaschine 101 gering ist. wird durch die Einrichtung 110 zur Steuerung der Luftströmung, die Geschwindigkeit der Luftströmung während des l.eerlaufbctricbes auf einen vergleichbar niedrigen Pegel herabgesetzt, so daß eine Fehlzündung vermieden wird.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einer durch einen Zylinder festgelegten Brennkammer mit Zündkerze, einem Zylinderkopf und einem in den Zylinder eingesetzten Kolben, mit einem Auslaß, einem Hauptansaugweg, dessen Ansaugöffnung im Zylinderkopf ausgebildet ist und durch ein Ansaugventil am offenen Endabschnitt der Ansaugöffnung gegenüber der Brennkammer geöffnet oder geschlossen wird, und mit einem Nebenansaugweg. der getrennt zum Hauptansaugweg vorgesehen ist und dessen Ausströmende in Form einer Düse ausgebildet ist, wobei sich das Ausströmende des Nebenansaugweges unmittelbar stromauf des Ansaugventiles befindet und zur Brennkammer durch das Ansaugventii geöffnet oder geschlossen wird, wobei die öffnungsi ichtung des Aussjrömendes des Nebenansaugweges in Zyiinderachsrichiüfig gesehen im wesentlichen langential 2ur Zylinderwand zur Bildung eines Wirbels in der Brennkammer verläuft und das Ausströmende des Nebenansaugweges innerhalb eines Kreises liegt, dessen Mittelpunkt der Zündpunkt der Zündkerze ist, wobei dieser Kreis einen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Zylinders aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsrichtung des Ausströmendes {22a) des Nebenansaugweges (22) in einer senkrecht zur Zylinderachse -,tehenden Ebene (P) gesehen derart unter einem Winkel von +20° bis +110° oder -20° bis — 110° gegenüber einer Geraden (L) verläuft, welche die Mitte der Ansaugöf^fnung (6) mit der Zylinderachse verbindet, daß die Wirbelströmung über die Zündkerze in Richtung Auslaß (ti) verläuft, und daß das Ausströmende (\07a) einen Abstand im Bereich von +1 bis — 1 mm zu einer Ebene (S) einhält, welche die Mittelachse des Schaftes (108a,) des Ansaugventiles (108) sowie den Berührungspunkt (a) zwischen einem dem Ventil gegenüberliegenden Kreis (O2) des Ansaugventilsitzes {\0q) und derjenigen von durch den Zündpunkl (/^verlaufenden Geraden (m) enthält, welche näher an der Wand des Zylinders (105) liegt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsrichtung des Ausströmendes (107 a) des Nebenansaugweges (22) in der senkrecht zur Zylinderachse stehenden Ebene (/^gesehen unter einem Winkel von +30° bis —30" gegenüber derjenigen Geraden (L') verläuft, die einen dem Zündpunkt (p) nächstliegendcn Punkt (X) an der Zylinderwand und die Mitte des Ausströmendes miteinander verbindet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsrichtung des Ausströmendes des Nebenansaugweges unter einem Winkel von 15" bis 30" nach unten gegenüber der zur Zylinderachse senkrechten Ebene (P) geneigt ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprü- no ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmende (107a.) des Nebenansaugweges (22) uns einem Rohrelement (22A,)besteht, welches mit Preßsitz im Zylinderkopf (2) angeordnet ist. und mit dem vorderen Eindabschniu in die Ansaugöffnung (6) hin- t^ einragt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4. dadurch eekennzeichnet, daß der vordere Endiibschnitt gegenüber dem im Zylinderkopf eingesetzten Abschnitt gebogen ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (/^zwischen dem Ausströmende (107aj des Nebenansaugweges und der Fläche des Ansaugventiles in seiner geschlossenen Position nicht größer als der Innendurchmesser des Hauptansaugwegei (102) ist

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand nicht größer als 10 mm ist.