DE2433931A1 - Viertakt-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, L^ooo^j ι

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke .; Dipl.-Ing. RA.Weickmann, Dipl.-Ghem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÜHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

HONDA GIEEN KOGYO KAEUSHIKI KAISHA

5,5-chome, Yaesu, Chuo-ku

Tokyo 104, Japan -

Viertakt-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit sechs oder acht gleichen Zylindern, die jeweils eine Hauptverbrennungskammer und eine damit über einen Flammkanal verbundene, eine Zündvorrichtung enthaltende Hilfsverbrennungskamraer aufweisen, mit einer den Hauptverbrennungskammern zugeordneten Zuführungsvorrichtung für ein vergleichsweise mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch und mit einer den Hilfsverbrennungskammern zugeordneten Zuführungsvorrichtung für ein vergleichsweise fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch.

Beim Betrieb einer solchen Maschine wird während des Saughubes ein fettes Gemisch durch den Flammkanal in die, Hauptverbrennungskammer eines jeden Zylinders gesaugt. Während des Kompressionshubes strömt fettes Gemisch zurück in die Hilfsverbrennungskammer und wird dort entzündet, wodurch eine Flamme entsteht, die durch den Flammkanal .austritt und das vergleichsweise^ magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer entzündet.

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Wenn eine solche Brennkraftmaschine nur vier oder weniger Zylinder hat, vollendet jeder Kolben nacheinander seinen Saughub, ohne daß sich die Saughübe der einzelnen Zylinder überschneiden. Infolgedessen wird das fette Gemisch der Reihe nach in jede Hilfsverbrennungskammer ohne Überschneidung gesaugt, und der Querschnitt der in den Zuführungsvorrichtungen enthaltenen Venturidüsen braucht nur so groß zu sein, daß jeder Flamiakanal jeweils eine genügende Menge Kraftstoff-Luft-Gemisch erhält.

Im Falle einer Sechs-Zylinder-Maschine, wie er hier beschrieben wird, überschneiden sich zeitlich die Saughübe der Kolben, so daß mehr fettes Gemisch zugeführt werden muß, als jeder Flammkanal zu jedem Zeitpunkt braucht. Wir haben entdeckt,- daß die Art und das Ausmaß der Oberschneidung nicht so groß sind, als daß ein Fluß von fettem Gemisch durch den Venturikanal gewährleistet sein müßte, der in seinem maximalen Ausmaß größer ist als das Maximum für jeden einzelnen Zylinder, Infolgedessen braucht für eine Sechs-Zylinder-Maschine die minimale effektive Querschnittsfläche der Venturidüse für das fette Gemisch nicht wesentlich größer zu sein als die eines jeden Flammkanals.

In einer Acht-Zylinder-Maschine überschneiden sich allerdings die Saughübe der Kolben in einem solchen Ausmaß, daß mehr fettes Gemisch, zugeführt werden muß, als in jedem beliebigen Zeitpunkt durch den Querschnitt eines Flammkanals geht.

Andererseits genügt es vom praktischen Standpunkt her nicht, einen überdimensionierten Vergaser mit einer "Überkapazität zur Versorgung sowohl mit magerem als auch mit fettem Gemisch zu verwenden. Es ist nicht nur vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen unvorteilhaft, einen überdimensionierten Vergaser vorzusehen, sondern es ist vielmehr wichtig, ein optimales Kraftstoff-Luft-Gemisch für alle Betriebs zustände der Maschine in der Haupt- und der Hilfsverbrennungskammer einzuhalten, um eine optimale Betriebsweise zu erhalten und die Produktion von unerwünschten Verunreinigungen in den Abgasen der Maschine zu

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reduzieren. Außerdem verursacht allein schon die Vergrößerung des Querschnittes des Venturikanals viele Konstruktionsprobleme.

Eine Viertakt-Brennkraftinaschine der eingangs genannten Art ist nach der Erfindung derart ausgebildet, daß die den Hilfsverbrennungskammern zugeordnete Zuführungsvorrichtung einen Venturikanal aufweist, dessen minimaler effektiver Querschnitt zu dem minimalen effektiven Querschnitt eines jeden Flammkanals mindestens das Verhältnis 1,0 (jedoch nicht wesentlich höher als 1,0) für eine Sechs-Zylinder-Maschine und mindestens das Verhältnis 1,4 \jedoch nicht wesentlich höher als 1,4) für eine Acht-Zylinder-Maschine hat.

Die Zuführungsvorrichtung hat vorzugsweise einen einzigen Venturikanal in einem Vergaser.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines die Erfindung betreffenden Teilstückes mit dem Zylinder einer Maschine nach der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Aufsicht, die die betreffenden Teile einer Vier-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine zeigt,

Figur 5 ein Diagramm, das die Saughübe eines jeden der vier Kolben einer Maschine nach Figur 2 zeigt, aufgetragen über den Kurbelwinkel,

Figur 4 eine schematische Aufsicht, die die betreffenden Teile einer Sechs-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine nach der Erfindung zeigt,

Figur 5 ein Diagramm, das die Saughübe der sechs Kolben der Maschine nach Figur 4, aufgetragen über den Kurbelwinkel, und die tJberschneidung der Saughübe zeigt,

Figur 6 eine schematische Aufsicht, die die betreffenden Teile einer Acht-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine nach der Erfindung zeigt, und

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ίFigur 7 ein Diagramm, das die Saughübe der acht Kolben der Maschine nach Figur 6, aufgetragen über den Kurbelwinkel, ,und die Überschneidung der Saughübe zeigt.

Figur 1 zeigt eine Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine 10, die einen Zylinder 11 mit einem Kolben 12 hat, wobei alle Zylinder und Kolben der Brennkraftmaschine gleichartig sind. Ein Zylinderkopf 13 bildet zusammen mit den Kolben 12 eine Anzahl von Hauptverbrennungskammern 14·, von denen jede ein Einlaßventil 15 und ein Auslaßventil 16 hat.

Jeder Hauptverbrennungskammer 14· ist eine Hilfsverbrennungskammer 1? zugeordnet, die in dem Zylinderkopf 135 eingearbeitet und mit Zündvorrichtungen in Form von Zündkerzen 18 versehen ist. Jede Hilfsverbrennungskammer 17 steht mit der zugeordneten Hauptverbrennungskammer 14- über einen Flammkanal 19 in Verbindung. Über ein Hilfseinlaßventil 21 wird ein fettes Gemisch in die Hilfsverbrennungskammer 17 eingelassen. Während des Saughubes wird in jedem Zylinder durch den Flammkanal 19 fettes Gemisch in die Hauptverbrennungskammer 14- gesaugt. Während des anschließenden Kompressionshubes findet ein Rückfluß von fettem Gemisch in die Hilfsverbrennungskammer 17 statt, wo das fette Gemisch entzündet wird und so eine Flamme bildet, die durch den Flammkanal 19 schlägt und das vergleichsweise magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer 14- entzündet.

Es ist wichtig, ein genaues Kraftstoff-Luft-verhältnis in beiden Verbrennungskammern 14- und 17 für alle Betriebszustände der Maschine einzuhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Vielfachvergaser 23 vorgesehen. Dieser Vergaser 23 hat einen ersten Venturikanal 24·, einen zweiten Venturikanal 25 und einen Hilfsventurikanal 26. Die Venturikanale 24- und 25 haben zur Aufgabe, ein mageres Gemisch zu bilden und durch einen Kanal 28 und einen Ansaugstutzen 29, der zu den Einlaßventilen 15 führt, in die Hauptverbrennungskammern zu bringen. Für eine koordinierte Betätigung von Drosselklappen 30 und 31 sind nicht gezeigte Vorrichtungen vorgesehen.

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Das fette Gemisch für die Hilfsverbrennungskammer 17 wird durch den Hilfsventurikanal 26 und eine Hilfsdrosselkiappe 32 gesteuert, die durch Kanäle 33, 34 und 35 mit dem Hilfseinlaßventil 21 in Verbindung stehen. Für die Betätigung der Ventile 15, 16 und 21 in zeitlicher Reihenfolge sind geeignete Betätigüngselemente vorgesehen. Im allgemeinen öffnen und schließen sich die Einlaßventile 15 und 21 für jeden Zylinder gleichzeitig.

Die Vier-Zylinder-Maschine 10a, die schematisch in Figur 2 gezeigt ist, hat einen Vergaser 23a, der durch den Ansaugstutzen 19a über die Einlaßventile 16a jede Hauptverbrennungskammer 14 mit magerem Gemisch versorgt. Der Hilfsventurikanal 26a des Vergasers 23a versorgt die Hilfseinlaßventile 21a durch die Kanäle 34a und 35a mit fettem Gemisch.

Das Diagramm in tfigur 3 zeigt, daß sich die Saughübe der vier Kolben nicht überschneiden und daß daher die maximale Durchflußmenge durch den Hilfsventurikanal 26a nicht größer ist als die maximale Durchflußmenge durch jedes der Hilfseinlaßventile 21a. Das heißt, der Einlaß des fetten Gemisches durch jeden der Flammkanäle 19 erfolgt nacheinander, und die Einlaßzeiten überschneiden sich nicht. Das fette Gemisch wird nacheinander durch jeden Flammkanal 19 gesaugt. Infolgedessen braucht die effektive Größe des Venturikanals 26a nicht größer als die eines jeden Flammkanals 19 zu sein.

Wenn, wie in Figur 4 gezeigt, die Maschine sechs Zylinder hat, muß der Hilfsventurikanal 26b, der die sechs Hilfseinlaßventile 21b über die Kanäle 34a und 35b mit fettem Gemisch versorgt, groß genug sein, um mehr als einen Flammkanal 19 in jedem Augenblick zu versorgen. Das wird dadurch verursacht, daß zwischen den Saughüben der sechs Kolben ein gewisser Grad an Überschneidung auftritt. Wie Figur 5 zeigt, beginnt der Saughub des Kolbens Nr. 5, bevor der Saughub des Kolbens Nr. 1 beendet ist. Figur 5 zeigt, daß die theoretische Überschneidung über einen Kurbelwinkel, von 60° reicht. Dennoch ist die

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erforderliche Maximalmenge an fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch in jedem Hilfsventurikanal 26b nicht wesentlich höher als das Maximum des Saughubes eines jeden Kolbens 12. So ergibt zwar die Addition der Ordinaten der betreffenden Saugkurven 40 die gestrichelte Kurve 4-1, aber das Maximum dieser Kurve 41 ist nicht höher als der numerische Wert des Maximums der Saugkurve 40 für jeden Kolben 12, die für jeden Saughub eine Sinusform annimmt. Zwar zeigen praktische Überlegungen, daß durch die Winkelbeziehungen der Pleuelstangen die Ansaugkurven von reinen Sinuskurven abweichen und durch Abreißen der Strömung in den Zuführungen und Zeitverzögerungen der Ventile Abweichungen im Fluß des fetten; Gemisches auftreten, aber diese Abweichungen sind im Vergleich zu den in Figur 5 gezeigten theoretischen Kurven nur gering.

Daher ergibt sich bei der Betrachtung der in Figur 5 gezeigten Kurven einer Sechs-Zylinder-Maschine offensichtlich, daß der Hilfsventurikanal 26b im Querschnitt nicht wesentlich größer als der Querschnitt eines einzelnen Flammkanals 19 zu sein braucht· .

Figur 6 zeigt eine Acht-Zylinder-Maschine mit zwei Zylinderblöcken mit jeweils vier Zylindern. Der Ansaugstutzen 29c verteilt vom Vergaser das magere Gemisch zu jedem Einlaßventil 16c. Die gesamte für das fette Gemisch gebrauchte Luft geht durch den Hilfsventurikanal 26c und wird auf jedes der acht Hilfseinlaßventile 21c verteilt.

Wenn bei acht Kolben jeder während eines vollständigen Viertakt-Zyklus einen Kurbelwinkel von 720° durchläuft, überschneidet der Saughub eines jeden Kolbens die Hälfte des Saughubes eines anderen Kolbens. So beginnt, wie in Figur 7 das Diagramm zeigt, der Kolben Nr. 8 seinen Saughub, wenn Kolben Nr. 1 erst die Hälfte seines gesamten Saughubes vollendet hat. Daher ist zu jedem Zeitpunkt die insgesamt erforderliche Menge an fettem Gemisch gleich der Summe der nebeneinanderliegenden Saugkurven 4^. Die gestrichelte Kurve 46 bezeichnet die Summe

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der Ordinaten beider Kurven 45 bei jeder Winkelstellung der Kurbelwelle. Infolgedessen stellt sich heraus, daß für eine Acht-Zylinder-Maschine der Querschnitt des Hilfsventurikanals 26c mindestens 1,4 mal so groß wie der Querschnitt eines jeden Flammkanals 19 sein muß. Da praktische Überlegungen wie die Winkelbeziehungen der Pleuelstangen, die Strömungsablösung und die Ventilöffnungszeiten geringeren Einfluß auf diese , · theoretischen Kurvenformen haben als in Figur 5 gezeigt, sind die Kurven in Figur 7 im wesentlichen genau und werden durch •experimentelle Werte erhärtet.

Es ist wichtig, daß das Verhältnis des effektiven Querschnittes des Venturikanals zum effektiven Querschnitt des Flammkanals nicht wesentlich größer als 1,0 für eine Sechs-Zylinder-Maschine und nicht wesentlich größer als 1,4 für eine Acht-Zylinder-Maschine ist, um zu vermeiden, daß ein Vergaser mit überkapazität, wie oben angeführt, verwendet wird.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. yiertakt-Brennkraftmaschine mit sechs oder acht gleichen ^s—Zylindern, die jeweils eine Hauptverbrennungskammer und eine damit über einen Flammkanal verbundene, eine Zündvorrichtung enthaltende Hilfsverbrennungskammer aufweisen, . mit einer den Hauptverbrennungskammern zugeordneten Zuführungsvorrichtung für ein vergleichsweise mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch und mit einer den Hilfsverbrennungskammern zugeordneten Zuf übungsvorrichtung. für ein vergleichsvreise fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hilfsverbrennungskamniern (17) zugeordnete Zuführungsvorr-ichtung einen Venturikanal (26) aufweist, dessen minimaler effektiver Querschnitt zu dem minimalen effektiven Querschnitt eines jeden Flammkanals (19) mindestens das Verhältnis 1,0 (jedoch nicht wesentlich höher als 1,0) für eine Sechs-Zylinder-Maschine und mindestens das Verhältnis 1,4- (jedoch nicht wesentlich höher als 1,4-) für eine Acht-Zylinder-riaschine hat.

2. Yiertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsvorrichtung einen einzigen Venturikanal (26) in einem Vergaser (23) hat.

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