DE69002318T2

DE69002318T2 - Kurzschluss-primaerverwirbelungssystem fuer eine brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69002318T2
Application number: DE90200234T
Authority: DE
Inventors: Roper Jean Helene Deckers
Original assignee: Volvo Car BV
Current assignee: Volvo Car BV
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2010-02-02
Also published as: EP0439848A1; DE69002318D1; EP0439848B1; ES2042190T3; ATE91750T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor, der einen oder mehrere Kolben, einen Zylinderblock, der darin ausgespart worden ist und der eine gleiche Anzahl von Zylindern hat, in denen die Kolben beweglich sind, einen Zylinderkopf und eine gleiche Anzahl von Einlaßventilen, Zündkerzen und Zerstäuber umfaßt; die Kolben nähern sich stark dem Zylinderkopf und haben ausgesparte Verbrennungskammern, Hauptlufteinlaßkanäle und Parallellufteinlaßkanäle werden im Zylinderkopf ausgespart, die Parallellufteinlaßkanäle sind wenigstens teilweise von den Hauptlufteinlaßkanäle getrennt; die Parallellufteinlaßkanäle haben Einlaßtore und Auslaßtore, die Auslaßtore öffnen sich zu den Hauptlufteinlaßkanälen hin, die Parallellufteinlaßkanäle werden so angeordnet, daß Luft die aus den Auslaßtoren strömt, im wesentlichen auf die entsprechenden Zündkerzen gerichtet ist, die Zündkerzen werden so in dem Zylinderkopf montiert, daß die Elektrodenöffnungen, bestimmt von den Zündkerzen, in die Verbrennungskammer kommen, die Zerstäuber werden in den Hauptlufteinlaßkanälen montiert und werden so angeordnet, daß der Kraftstoff, der aus den Zerstäubern ausströmt, im wesentlichen auf die Schüssel des Einlaßventils gerichtet ist, der Verbrennungsmotor umfaßt weiter eine Luftvorratseinrichtung, die mit den Hauptlufteinlaßkanälen verbunden ist und mit den Parallellufteinlaßkanälen, um diesen Luft zuzuführen, und eine Luftsteuerungsvorrichtung, um den Luftdruck darin über ein einfaches Drosselventil pro Kammer der Vorratseinrichtung zu regeln.
Ein solcher Viertaktverbrennungsmotor ist aus US-A- 4,763,624 bekannt. Die Vorratsvorrichtung darin umfaßt zwei getrennte Dämpfungskammern, eine Dämpfungskammer für die Hauptlufteinlaßkanäle und ein für die Parallellufteinlaßkanäle. Der Druck in der ersten Dämpfungskammer wird über ein Bypass- Drosselventil geregelt und der druck in der zweiten Kammer wird über ein Hauptdrosselventil geregelt. Die Regelung ist so, daß bei Nullbelastung und bei geringer Teilbelastung nur das Bypassventil, die erste Dämpfungskammer und die Parallellufteinlaßkanäle funktionieren, und daß bei teilweiser Belastung und bei Vollbelastung das Hauptventil, die zweite Dämpfungskammer und die Hauptlufteinlaßkanäle ebenfalls funktionieren. Ein Beispiel einer fortschrittlichen Bypassventil-Regelung als Funktion des Kurbelwinkels wird in FIGUR 5 (d) der vorstehend genannten US-Patentschrift dargestellt.
Messungen ergaben, daß die Verbesserung in dem Verbrauch des bekannten Verbrennungsmotors bemerkenswert ist und daß dieser insbesondere den zukünftigen europäischen Anforderungen für die Emission entspricht (ECE R15-05), auch in bezug auf die Stickstoffoxid-Komponente (NOx). daß aber trotzdem die Stickstoffoxid-Komponente als zu hoch angesehen wird.
Es ist eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen Viertaktverbrennungsmotor zu verschaffen, mit einer geringeren Stickstoffoxid-Komponente in seinen Abgasen bei verschiedenen Belastungen des Motors.
Dazu wird der Viertaktverbrennungsmotor nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtore der Parallellufteinlaßkanäle und die Einlaßtore der Hauptlufteinlaßkanäle an eine einzige gemeinsame Kammer der Luftvorratsvorrichtung gekoppelt werden, so daß der Luftstrom durch sowohl die Hauptlufteinlaßkanäle als auch durch die Parallellufteinlaßkanäle gleichzeitig und in gleichen Mengen durch ein einfaches Drosselventil der Luftsteuerungseinrichtung geregelt wird.
Nicht nur wird die Stickstoffoxidkomponente in den Abgasen herabgesetzt,ohne daß es erforderlich war, eine fortschrittliche kurbelwinkelorientierte Regelung anzuwenden, die zwischen verschiedenen Belastungsbedingungen unterscheidet, um individuell Ventilvorrichtungen zu regeln, sondern erstaunlicherweise ergab sich aus den Messungen auch daß die Stabilität, angegeben in Begriffen von Fluktuationen des Drucks der zugeführten Luft, der Verbrennung selbst erheblich verbessert war. Ein weiterer Vorteil des Verbrennungsmotors nach der Erfindung ist seine konstruktionstechnisch einfache Beschaffenheit. Er hat nur eine einzige Kammer, statt zwei, und nur ein einziges Drosselventil, statt zwei, um die Ausströmung zu regeln.
Eine sogar noch einfachere Ausführung des Viertaktverbrennungsmotors nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtore der Parallellufteinlaßkanäle in die Hauptlufteinlaßkanäle münden.
Die Erfindung wird weiter anhand einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung ist:
Figur 1 ein Querschnitt eines Teils eines bekannten Zylinderkopfes eines Viertaktverbrennungsmotors;
Figur 2 eine schematische Ansicht von namentlich dem Lufteinlaßteil des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der Erfindung; und
Figur 3 eine schematische Ansicht gekoppelter Einlaßkanäle für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Viertaktverbrennungsmotor.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines Viertaktverbrennungsmotors 1. Der Teil des Motors 1 zeigt einen Zylinderblock 2 (siehe auch Figur 2) mit Zylindern 3.In jedem Zylinder kann ein Kolben 4 bewegen. In dem Kolben 4 ist eine Verbrennungskammer 5 ausgespart. Die Verbrennungskammer 5 wird für gewöhnlich exzentrisch gegenüber der Achslinie des Kolbens 4 angeordnet, kann aber auch zentrisch darin ausgespart werden.
Der Teil des Motors 1 zeigt weiter einen Zylinderkopf 6, angeordnet über dem Zylinderblock 2. In dem Zylinderkopf 6 sind eine teilweise gezeigte Zündkerze 7, die einen Elektrodenabstand 8 hat, ein Zerstäuber 9, ein Hauptlufteinlaßkanal 10, ein Parallellufteinlaßkanal 11 und ein Einlaßventil 12 angebracht. Das Einlaßventil 12 hat einen Stiel und eine daran angebrachte Schüssel 13. Der Parallellufteinlaßkanal 11 hat ein Auslaßtor 14, das in den Hauptlufteinlaßkanal 10 mündet, und derart angeordnet ist, daß Luft, die aus den Auslaßtoren 14 ausströmt, im wesentlichen auf die Zündkerze 7 gerichtet ist. Die Zündkerze 7 ist in der Weise in dem Zylinderkopf 6 montiert, daß der Elektrodenabstand 8 in der Verbrennungskammer 8 bleibt, wenn der Kolben 4 nahezu den Zylinderkof 6 berührt. Kraftstoff, der aus den Zerstäubern 9 ausströmt, wird im wesentlichen auf die Schüssel 13 des Einlaßventils 12 gerichtet.
Der Verbrennungsmotor 1 umfaßt weiter eine Luftvorratseinrichtung in Form einer einzelnen Kammer 15. Der Hauptlufteinlaßkanal 10 hat ein Einlaßtor 16 und der Parallellufteinlaßkanal 11 hat ein Einlaßtor 17. Beide Einlaßtore 16 und 17 sind mit einer einzigen Kammer 15 verbunden.
In Figur 2 wird eine Ausführung des Viertaktverbrennungsmotors 1 gezeigt, in der das Einlaßtor 17 des Parallellufteinlaßkanals 11 in den Hauptlufteinlaßkanal 10 mündet.
In Figur 3 wird dies weiter gezeigt. Ergänzenderweise zeigt diese Figur, daß der Parallellufteinlaßkanal 11 wenigstens teilweise von dem Hauptlufteinlaßkanal 10 getrennt ist. Die Verbindung zwischen dem Zylinderblock 2 und der einfachen Kammer 15 wird vorzugsweise identisch sein. In Figur 2 wird nur eine einzige Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und der einfachen Kammer 15 gezeigt. Es wird nur eine einzige Verbindung zwischen dem Zylinder 3 und der einfachen Kammer 15 gezeigt, die mit der einfachen Kammer 15 verbunden ist. Mit der einfachen Kammer 15 ist eine Luftregelvorrichtung in Form eines einfachen Drosselventils 18 verbunden. Luft wird dem ersten Drosselventil 18 über eine Luftversorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt. Der Stand des einfachen Drosselventils 18 wird einfach von der Leistung abhängig sein, die von dem Viertaktverbrennungsmotor 1 erbracht werden muß. Dafür sind keine externen zeitabhängigen komplizierten Steuervorrichtungen erforderlich.
In der nachstehend dargestellten Tabelle werden die Ergebnisse der Messungen zwischen einem Standardmotor, einem Motor der vorangegangen Gattung nach Maßgabe von US-A-4,763,624, und einem Motor nach der vorliegenden Erfindung miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigen, daß die Stickstoffoxid- Komponente (NOx) der vorliegenden Erfindung niedriger als die Stickstoffoxid-Komponente des Motors der vorherigen Gattung ist In der dritten Spalte der Tabelle wird ein Vergleich zwischen dem sogenannten Druck-Fluktuationsverhältnis (Dp/p) dieser Motoren gemacht. Dieser Parameter ist ein Bestimmungswert für die Stabilität der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Auch die Verbrennung des Motors nach der vorliegenden Erfindung hat sich im vergleich mit Motoren der vorherigen Gattung verbessert. Dies bedeutet, daß die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Motoren nach der vorliegenden Erfindung schneller als die Verbrennung in Motoren des vorangegangenen Typs ist. TABELLE 1 NOx Dp/p Standardmotor Vorheriger Typ Erfindung

Claims

1. Ein Viertaktverbrennungsmotor (1), der einen oder mehrere Zylinder (4), einen Zylinderblock (2), der darin eine gleiche Anzahl von Zylindern (3) ausgespart hat, in denen die Kolben (4) beweglich sind, einen Zylinderkopf (6) und eine gleiche Anzahl von Einlaßventilen (12), Zündkerzen (7) und Treibstoffzerstäuber (9) umfaßt, wobei sich die Kolben (4) stark dem Zylinderkopf (6) nähern und darin ausgesparte Verbrennungskammern (5) haben, Hauptlufteinlaßkanäle _ (10) und Parallellufteinlaßkanäle (119; die im Zylinderkopf (6) ausgespart sind, wobei die Parallellufteinlaßkanäle (11) wenigstens teilweise von den Hauptlufteinlaßkanälen (10) getrennt sind; die Parallellufteinlaßkanäle (11) haben Einlaßtore (17) und Auslaßtore (14), die Auslaßtore (14) münden in die Hauptlufteinlaßkanäle (10), die Parallellufteinlaßkanäle (11) werden so angeordnet, daß Luft, die aus den Auslaßtoren (14) strömt, im wesentlichen auf die entsprechenden Zündkerzen (7) gerichtet ist, wobei die Zündkerzen (7) so in dem Zylinderkopf (6) montiert sind, daß die Elektrodenöffnungen (8), bestimmt von den Zündkerzen (7), sich in der Verbrennungskammer (5) befinden, wobei die Treibstoff-Zerstäuber (9) in den Hauptlufteinlaßkanälen (10) montiert sind und so angeordnet sind, daß der Kraftstoff, der aus den Zerstäubern (9) ausströmt, im wesentlichen auf die Schüssel (11) des Einlaßventils (12) gerichtet ist, der Verbrennungsmotor (1) umfaßt weiter eine Luftvorratseinrichtung, die mit den Hauptlufteinlaßkanälen (10) verbunden ist und mit den Parallellufteinlaßkanälen (11), um diesen Luft zuzuführen, und eine Luftsteuerungsvorrichtung, um den Luftdruck darin über ein einfaches Drosselventil pro Kammer der Vorratseinrichtung zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtore der Parallellufteinlaßkanäle und die Einlaßtore der Hauptlufteinlaßkanäle an eine einzige gemeinsame Kammer der Luftvorratsvorrichtung gekoppelt werden, so daß der Luftstrom durch sowohl die Hauptlufteinlaßkanäle als auch durch die Parallellufteinlaßkanäle gleichzeitig und in gleichen Mengen durch ein einfaches Drosselventil der Luftsteuerungseinrichtung geregelt wird.

2. Ein Viertaktverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtore (17) der Parallel- Lufteinlaßkanäle (119 in die Hauptlufteinlaßkanäle (10) münden.