DE3238736A1

DE3238736A1 - Brennkraftmaschine mit kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE3238736A1
Application number: DE19823238736
Authority: DE
Inventors: Bruce Douglas 48063 Rochester Mich. Peters; Ather Abdul 48077 Sterling Heights Mich. Quader
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1983-05-26
Also published as: JPS5885319A; GB2108581A

Description

Brennkraftmaschinen gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sind allgemein bekannt.

Bei diesen ist es auch bekannt, eine

in axialer Richtung geschichtete Ladung zu bilden, wobei das Gemisch im Bereich der Zündkerze reicher als im übrigen Seil der Ladung ist. Es wird hierdurch das Erreichen eines besseren Wirkungsgrades bei Betrieb mit verhältnismässig mageren Gemischen angestrebt, wobei eine bessere Zusammensetzung der Abgase unter Aufrechterhalten guter Zündeigenschaften erzielt wird. Zum Erreichen dieses Ziels sind zahlreiche Wege vorgeschlagen worden, die aber alle eine gewisse Erschwerung des Entwurfs der Maschine und/ oder ihrer Steuerung zur Folge haben und ausserdem gewisse Begrenzungen bezüglich der Betriebseigenschaften bedingen. Es kann hierzu auf die Arbeit von Bruce D„Peters und Äther A.Quader " «Wetting" the Appetite-of Spark Ignition Engine£ for Lean Combustion" verwiesen werden (SAE Bericht 780 234 vom 27.2.1978).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund

für jegliche Bauart von Kolbenbrennkraftmaschinen eine derartige Schichtung der'Ladung zuverlässig zu erzielen und damit das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad zu verbessern. Dies soll in einfacher Weise erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung

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ergeben sich aus den UnteranSprüchen,

Durch die Bildung des Wirbels der Ansaugluft um die Zylinderachse unter Vermeiden von Luftbe— wegungen parallel zur Zylinderachse und die späte Zuteilung des Kraftstoffs wird der dem geschlossenen Ende des Zylinders zugewandte Ladungsteil ein reicheres Gemisch sein, während im unteren Bereich ein mageres Gemisch und unter Umständen sogar reine luft vorliegt.

Für die Bildung des Wirbels der Ansaugluft können alle hierfür geeigneten Massnahmen gewählt werden; es ist aber anzustreben , dass' eine zügige Rotation der Ladung um die Zylinderachse erreicht wird und parallel zur Zylinderachse auftretende Luftbewegungen möglichst klein gehalten bleiben. Ebenso können beliebige Kraftstoffeinspritzeinrichtungen eingesetzt werden, deren Anordnung aber so getroffen werden, dass der Kraftstoff ohne Verzögerung durch Benetzen oder Kondensation an der Saugkanalwand in den Erennraum eingespritzt wird. Zweckmässig erfolgt das Einspritzen unmittelbar durch die Mündung des Saugkanals in den Brennraum. Es kann aber auch der Kraftstoffstrahl auf das Einlassventil oder die Saugkanalmündung " dicht neben dessen Mündung gerichtet werden, so dass der Kraftstoff von diesen Flächen durch die einströmende Ansaugluft mitgenommen wird. Das Einspritzen des Kraftstoffs endet vor dem Abschluss des Ansaughubs, so dass nach dem Schliessen des Einlassventils kein Kraftstoff im bereich

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der Mündung des Saugkanals verbleibt» Damit ist das Zumischen von Kraftstoff zur beim nächsten Ansaughub einströmen den Ansaugluft verhindert«,

An Hand der beigefügten Zeichnungen wird

die Erfindung näher erläutert« Es muss aberjerwähnt werden, dass das gewählte Ausführungsbeispiel im Rahmen der Erfindung beträchtliche Abwandungen erhalten kann, sofern diese den angestrebten Zweck zu erfüllen imstande sind₀

In den Zeichnungen zeigen Fig«, 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine nach der Erfindung,ζ_OT_D perspektivisch dargestellt, Pig«, 2 einen Teilschnitt durch einen

Zylinder zu Beginn des Ansaughubs Pig,, 3 einen Teilschnitt durch einen

Zylinder nahe dem Ende des Ansaug hubs j

Pig« 4 einen ^eilschnii durch einen Zylinder nahe dem Ende des Verdichtungshubs .

Eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 10

hat einen Zylinderblock 11 mit mehreren Zylinders 12„ von denen nur einer dargestellt ist« Jeder Zylinder 12 enthält einen Kolben 14, der in dem Zylinder 12 hin-und herbewegbar ist und über eine Pleuelstange 15 mit einer nicht darge-

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stellten Kurbelwelle verbunden ist. Die Enden der Zylinder 12 sind durch einen Zylinderkopf 16 verschlossen, der zusam men mit dem K_olben und dem Zylinder einen Brennraum 18 veränderlichen Volumens begrenzt.

Der Zylinderkopf 16 enthält für jeden

Zylinder einen Saugkanal 19 und einen nicht dargestellten Auspuffkanal zur Zuleitung der Ansaugluft bzw. der Ableitung der Abgase. Im Zylinderkopf 10 ist ein Einlassventil 20 gelagert, das mit 'einem Ventilsitz 22 an der Mündung des Saugkanals 19 in den Brennraum 18 zusammenarbeitet und periodisch geöffnet und geschlossen die Zuleitung der Ansaugluft steuert. Eine am Einlassventil 20 vorgesehene Hülle 23 lenkt die einsträmende Ansaugluft und eingespritzten Kraftstoff in Umfangsrichtung um, so dass ein Wirbel der Ansaugluft im Zylinder um dessen Achse eintritt, wenn das Einlassventil' geöffnet ist.

Ein Auslassventil 24 wird ebenfalls periodisch betätigt, um die Ableitung der Abgase zu steuern Im Zylinderkopf 16 ist ferner eine Zündkerze 26 angeordnet, deren Zündstrecke im Brennraum 18 liegt.

Ferner ist in den Zylinderkopf für jeden

Zylinder 12 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 27 eingesetzt, die mit einer Einspritzdüse 28 versehen ist, die einen in Richtung auf das Einlassventil gerichteten Kraftstoffstrahl bildet, wenn das Einlassventil geöffnet ist. Der Kraftstoffstrahl tritt dann direkt durch die Mündung

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des Saugkanals 19 in den Brennraum 18„ In abgewandelter Weise könnte die Einspritzdüse aber auch, den Kraftstoff= strahl direkt auf das Einlassventil 20 und/oder· die Saugkanalwand im bereich ihrer Mündung in den Brennraum 18 richten« Der an diesen Flächen sich absetztende Kraftstoff wird dann von der einströmenden Ansaugluft mitgenonrnen, ohne dass in der Kraftstoffzufuhr eine Verzögerung eintritt. In jedem Fall ist aber eine genaue Steuerung des Einspritzvorgangs erforderlich, damit die Kraftstoffzufuhr möglichst am Ende des Ansaughubs erfolgt, ohne dass wesent-

liehe Kraftstoffteile nach dem Sehliessen des EinlassventijLs in dessen Bereich zurückbleiben.

Im Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine als 4-Taktmaschine betrieben_s weist als einen Ansauhub, einen Verdichtungshub, einen Expansionshub und einen Auspuffhub auf® Die Erfindung ist aber auch für in anderer Weise arbeitende Kolbenbrennkraftmaschinen einsetzbaio

Im Anfang des Ansaughubs (Fig.2) bewegt sich der Kolben 16 bei geöffnetem Einlassventil 20 nach unten, so dass die Ansaugluft einströmt und durch die Hülle 25 des Einlassventils 22 in einen Wirbel um die Zylinderachse versetzt wird» Anstelle der Hülle 23 am Einlassbentil könnte auch eine Ausgestaltung der Mündung des Saugkanals 19 verwendet werden_s die einen solchen Wirbel der Aasaugluft bewirkt.

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Nach weiterer Abwärtsbewegung des Kolben

16 (Pig.3) wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 27 betätigt, so dass gegen das Ende des Ansaughubs Kraftstoff in den Brennraum 18 eingespritzt wird. Der Beginn der Kraftstoffeinspritzung ist veränderlich und ist entsprechend der für eine gewünschte Leistung erforderlichen Kraftstoffmenge zu steuern. Jedoch ist das Ende der Kraftstoffeinspritzung möglchst kurz vor dem Ende des Ansaughubs einzustellen, damit aller zugeteilter Kraftstoff vor dem Schlies· sen des Einlassventils 20 in den Brennraum 18 gelangt ist. Auf diese Weise wird am Ende des Ansaughubs eine.geschichtete Ladung erzielt, deren oberer Teil ein angereichertes Gemisch im Bereich der Zündkerze 26 enthält.

Danach bewegt sich der Kolben 16 nach

eben und verdichtet die eingebrachte Ladung, die hierbei ihre Schichtung beibehält. ITahe dem oberen Totpunkt gegen Ende des Verdichtungshubs erfolgt die Zündung durch die Zündkerze 26 (Pig.4), die zunächst das reiche Gemisch im oberen ^eil des Brennraums 18- erfasst, Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 pflanzt sich die Verbrennung fort. Beim darauf folgenden Auspuffhub werden die Brenngase durch das dann geöffnete Auslassventil 24 ins Freie abgeleitet.

Versuche von erfindungsgemäss ausgebildeten Maschinen haben das Erreichen der gewünschten Schichtung der Ladung erkennen lassen. Diese Maschinen waren je-

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doch, gegenüber dein "beschriebenen Ausführungsbeispiel abgewandelt. Der Kraftstoffstrahl war nämlich direkt gegen das Einlassventil und/oder die Saugkanalwand im Bereich der Mündung in den Brennraum gerichtet»

Es ergaben sich hierbei^wie bereits erwähnt zufriedenstellende Ergebnisse» Es ist anzunehmen^ dass die beschriebene bevorzugte Ausführungsform sogar noch bessere Ergefeisse zeitigen wird»

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Leerseite

Claims

15.Oktober 1982 W-.W-35O6

General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V.St.A.

Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung

Patentansprüche:

Π J Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung unter Bilden einer geschichteten Ladung, folgen« der Ausgestaltung: "

a) Ein Zylinder hat ein geschlossenes Ende und enthält ei— nen Kolben, der mit dem geschlossenen Ende des Zylinders einen Brennraum veränderlichen Volumens begrenzt;

b) das Arbeitsspiel des im Zylinder beweglichen Kolbens enthält einen Ansaughub;

c) am geschlossenen Ende des Zylinders ist eine Zündkerze angeordnet;

d) am geschlossenen Ende des Zylinders mündet ein Saugkanal über ein periodisch öffnendes und schliessendes Einlaßventil;

e) eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung spritzt zeitlich abgestimmt Kraftstoff über die Mündung des Saugkanals in den Brennraum,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

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f) Die der Zuleitung der Ansaugluft dienenden Einrichtungen (19,20) sind so ausgebildet, dass die Ansaugluft während des Ansaughubs des K_olbens (140 dem Zylinder (12) in Form eines Wirbels um die Zylinderachse zugeleitet wird;

g) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (27) steuert unterhalb Vollast der Srennkraftmaschine den Beginn der Kraftstoffzufuhr ZUEi Brennraum (18) am Ende des Ansaughubs und deren Ende kurz vor dem Schliessen des Einlassventils (20) wodurch die Ladung bei Teillastbetrieb deutlich axial geschichtet wird unter wesentlicher Anreicherung des Ladungsteils am geschlossenen Ende des Zylindexs im Bereich der Zündkerze (26).

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die der Zuleitung der Ansaugluft dienenden Einrichtungen (19?2O) si ausgebildet sind, dass bei der Bildung des Wirbels der Ansaugluft um die Zylinderachse ein Kleinstmass an nichtwirbelnder willkürlicher Luftbewegung parallel zur Zylinderachse eintritt, und dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (27) den Kraftstoff unter geringster Berührung des KraftstoffStrahls mit der Saugkanalwandung einspritzt,

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (20) mit einer Hülle (23) versehen ist, durch die der während des Ansaughubs eintretenen Ansaugluft der Wirbel um die Zylinderachse ohne wesentliche Luftbewegung parallel zur Zylinderachse erteilt wird.

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