DE2434862C3 - Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches bei mit Schichtladebetrieb wirkenden Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches bei mit Schichtladebetrieb wirkenden Brennkraftmaschinen, bei der die gesamte zugeführte Brennluftmenge in zwei Teilluftmengen aufgeteilt ist, von denen die erste die Einlaßleitung durchströmt und die zweite einer Gemischbildungseinrichtung zugeführt wird, die das Gemisch über mindestens einen Ausgang einem Jeweils dem Einlaßventil vorgelagerten Einlaßleitungsbereich zuführt

Eine derartige Vorrichtung ist durch die DD-PS 471 bekanntgeworden. Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs wird das von der Gemischbildungseinrichtung geschaffene fettere Gemisch über eine gesonderte Zuführungsleitung in das Ansaugsammelrohr geführt und dort gemeinsam mit der Teilluftmenge des Ansaugsammelraumes der Einlaßventilkammer zugeleitet. Stromab der Kraftstoffeinführang und stromauf der Mündung in das Ansaugsammelrohr ist dort eine Drosselklappe vorgesehen, die zur Luftmengenregelung des Gemisches der Gemischbildungseinrichtung bestimmt ist. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, daß, bedingt durch diese Drosselklappe, im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine nur niedrige Strömungsgeschwindigkeiten am Ausgang der Gemischbildungseinrichtung vorliegen. Dadurch bedingt

s ergibt sich aber eine nur schlechte Verteilung des fetteren Gemisches in der Brennluft des Ansaugsammelrohres, Darüber hinaus besteht die Gefahr der Kondensation und der .Tröpfchenbildung, wobei die Tröpfchen in die Einlaßventilkammer geleitet weiden.

ίο Als Folge davon ergeben sich relativ hohe Giftgasanteile im Abgas, die nach heutigen behördlichen Zuschriften nicht mehr zulässig sind.

Die »MTZ«, 1972, S. 469 bis 474, beschreibt zwar eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schichtladung bei

is Brennkraftmaschinen, wobei zur Erzielung geringer Emmission schädlicher oder störender Abgasbestandteile der Kraftstoff in eine Teil-Verbrennungsluftmenge gegenüber dem Vollastbedarf an Verbrennungsluft eingebracht wird und diese Kraftstoffeinbringung erst im zweiten Teil der Öffnungsperiode eines Einlaßventils erfolgt

Dieser Literaturstelle ist jedoch nicht der Gedanke zu entnehmen, die gesamte zugeführte Brennluftmenge in zwei verschiedene Teiliuftmengen aufzuteilen. Vielmehr erfolgt dort die Niederdruck-Kraftstoff-Einspritzung direkt von der Einlaßkammer.

Da die Luftgeschwindigkeit vor der Einlaßventilkammer aber im Teillastbereich nur niedrig ist wird der dort eingebrachte Kraftstoff nicht kondensat- und tropfenfrei vernebelt Eine Reduzierung der insbesondere schädlichen CH- und NO-Anteile im Abgas ist damit nicht gewährleistet

Die DE-OS 15 26 294 beschreibt eine Luftmengensteuerung einer Teilluftmenge, die einer Gemischbildungseinrichtung zugeführt wird. Dies ist aber aufwendig und bewirkt darüber hinaus ebenfalls eine Geschwindigkeitsverringerung. Die DE-OS 22 17 873 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Hilfsbrennkammer, so daß also das Kraftsto'f-Luft-Gemisch nicht direkt der Einlaßventil-Hauptkammer zugeführt wird. Dadurch ergibt sich ein komplizierter Aufbau.

Die DE-OS 14 51 645 schließlich zeigt eine Luftmengen-Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches einer Gemischbildungseinrichtung, wobei ebenfalls nur niedrige Geschwindigkeiten im Teillastbereich vor der Einlaßventilkammer erreichbar sind, so daß auch dabei keine kondesat- und tropfenfreie Aufbereitung des Gemisches erzielt werden kann. Durch diese Druckschrift ist die Vorheizung des Gemisches durch

Wärmeaustauscher an sich bekannt

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiterzubilden, daß bei Beibehaltung der Verwendung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-

ss Gemisches eine kondensat- und tropfenfreie Verteilung dieses Gemisches in der Einlaßventilkammer gewährleistet ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet daß die Gemischbildungseinrichtung ohne Luftmengenregelung arbeitet der Kraftstoff der Gemischbildungseinrichtung stromauf eines in dieser vorgesehenen Drosselquerschnitts zugeführt wird und die Kraftstoffeinbringung in den Brennraum erst im zweiten Teil der Offnungsphase des Einlaßventils erfolgt.

Durch diese Maßnahmen werden insbesondere die CH- und NO-Anteile im Abgas reduziert, weil der Kraftstoff von der hohen Luftgeschwindigkeit im

Drosselquerschnitt feinverteilt wird und mit hoher bis Schallgeschwindigkeit aus dem Ausgang der Gemischbildungseinrichtung in das Ansaugsammelrohr gelangt Von dort wird das Gemisch direkt der Einlaßventilkammer zugeführt

Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Drosselquerschnitt als Teilbrennluftmenge 10 bis 30% der gesamten bei Vollast benötigten Brennluftmenge durchläßt

Es dient dem gleichen Zweck, wenn die Teilluftmenge _!0 aufgeheizt ist

Hierzu wird es bevorzugt, wenn stromab des Drosselquerschnitts ein elektrisch oder auspuff-beheizbarer Wärmeaustauscher angeordnet ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die wesentlichen Bauelemente einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Teil des Zylinderkopfes.

Bei der nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten einfachen Konstruktion einer unterteilten Brennkammer mit nur zwei Ventilen befindet sich über dem Arbeitszylinder 1 der Zylinderkopf 2 mit dem Einlaßventil 3 und dem Auslaßventil 4.

Der Brennraum ist in zwei Teile unterteilt wovon einer 5 sich am Auslaßventil 4 oberhalb des Arbeitszylinders 1 befindet

Der zweite Teil 6 des Brennraumes ist seitlich verschoben und befindet sich unterhalb des Einlaßventils 3. An diesem Brennraum; ist auch die Zündkerze mit ihrem Sitz 7 angebracht

Das normale Ansaug-Sammelrohr 8 für die anzusaugende Brennluft erhält eine Luftregelung (Drosselklappe o.a.), die hier nichit gezeichnet ist Dieses Ansaugsammelrohr 8 versorgt üblicherweise mehrere Zylinder, sofern es sich um. einen Mehrzylindermotor handelt

Nahe des Eingangs der Einlaßventilkammer 13 ist die Gemischbildungs-Einrichtung angebracht Diese besteht aus dein Lufteingang 9, einem Lufttrichter (Venturi) IO und einem Wärmeaustauscher 11, dessen Ausgang 14 in das Ende des Ansaugsammelrohres 8 nahe der Einlaßventilkammer 13 hineinragt Dieses Auslaßende 14 kann auch direkt in die Einlaßkammer 13 ragen.

Wegen der -Bestimmungen der Abgasentgiftung ist es besonders im Teillastbereich notwendig, daß sehr wenig Giftgasanteile entstehen.

Würde der Motor nur mit Kraftstoffmengenregelung und ohne Dosierung der Breunluft betrieben werden, so zeigt es sie«, daß im Teillastbereich bei einer Luftzahl von 1,6 bis 2,0 die CH-Anteile auf über 400 ppm ansteigen, während sie im oberen Lastbereich bei 1,2 bis

.,4 sich bei etwa 50 bis 80 ppm bewegen.

Es ist deshalb notwendig, daß insbesondere im ^₅ unteren Teillastbereich der Kraftstoff ganz hervorragend aufbereitet werden muß, und außerdem sollte die Lufttemperatur höher als normal sein, damit nicht wieder ein Teil des Kraftstoffes auf dem Weg in den Arbeitszylinder bzw. in der Brennkammer kondensiert

Das wird nach einem die Erfindung weiter ausbildenden Gedanken dadurch erreiicht. daß in der besonderen Gemischaufbereitungs-Einrichtung die Luftmenge durchtritt, die nach dem System dieses Motors mit Schichtladung nur für etwa 10 bis 20% der Vollastlei- _()<I stung; benötigt wird.

Somit wird es möglich, rr.i'. einer Luftzahl von 1,2 bis

1.5 die unteren Teillasten zu fahren.

Da der Kraftstoff in der Gemischeinrichtung dahin eingespritzt wird, wo die Luft die höchste Geschwindigkeit erreicht — nämlich am Venturi bzw. Lufttrichter 10

— entsteht eine kondensatfreie Vermischung, die außerdem noch frei von größeren Tropfen ist

Infolge Wegfalls einer Dosierung nach dem Venturi 10 entsteht an dieser Stelle im unteren Teillastbereich des Motors sehr hohe bis Schallgeschwindigkeit

Die gute kondensat- und tropfenfreie Aufbereitung des Kraftstoffes wird zusätzlich noch dadurch unterstützt daß die Brennluft auf ca. 100" und eventuell mehr aufgeheizt wird. Beim Kaltstart des Motors ist eine Beheizung der Brennluft mittels Auspuffgasen nicht möglich. Da jedoch gerade der Kaltstart und Warmlauf des Motors die meisten CO- und CH-Anteile im Abgas bringt, ist es zweckmäßig, mittels eines elektrisch beheizten Wärmeaustauschers 11 das gebildete Kraftstoffluftgemisch beim Start und während des Warmlaufs des Motors aufzuheizen.

Nur so entsteht gleich nach dem KaU°iart des Motors in der Gemischbildung eine solch gute Aufbereitung des Kraftstoffes, wie sie sonst nur beim bereits warmgelaufenen Motor vorhanden ist

Dies ist für die Erfüllung der verschärften Abgasbestimmungen und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs

— insbesondere im Kurzstreckenverkehr — notwendig. Im unteren Teillastbereich ist die Bildung von UO_x bei

einem Motor mit Schichtladung sowieso sehr gering.

Die Prüfungsergebnisse zeigten nur ein^n Anteil von 50 bis 70 ppm im Abgas, ganz gleich, ob die Brennluft kälter oder aufgeheizt war.

Zwecks Senkung der CH-Emmission ist deshalb die Aufheizung der Brennluft im unteren Teillastbereich notwendig, wobei auch die CO-Werte, die jedoch an sich schon niedrig sind, noch weiter herabgesetzt werden. Man erreicht damit den gewünschten niedrigen CH-Anteil bei niedrigen CO- und NOj-Emissionen im Abgas. Die Aufheizung der Luft für diese Gemischbildungs-Einrichtung bewirkt zusätzlich die Aufbereitung des Kraftstoffes zu einem kondensatfreien feinsten Nebel. Beides zusammen führt zur Senkung der CH-Anteile im unteren Teillastbereich.

Im oberen Lastbereich wird sowieso mit 1,2 bis 1,4 gefahren, wodurch sich niedrige CO-und CH-Werte ergeben.

Hier ist es jedoch notwendig, mit kälterer Brennluft zu fahren, um die NO_x-Werte niedrig zu halten.

Nach Überschreiten des unteren Teillastbereiches wird die Drosselklappe des Ansaugrohres 8 mehr und mehr geöffnet, so daß mehr und mehr Kaltluft hinzukommt

So ergibt sich automatisch die jeweils immer richtige Gesamtluft-Temperatur der angesaugten Brennluft — je nach Leistungsbereich des Motors.

Auch für die Giftgasbildung im Gesamtlebtungsbereich des Motors ist es von besonderer Notwendigkeit, daß der Kraftstoff zu feinstem kondensatfreiem Nebel aufbereitet ist Dies verhindert in hohem Maße Niederschlag an den Wänden der Brennkammer, der zu höheren CH-Werten im Abgas führt

Bei einem solchen aufbereiteten Kraftstoffnebel ist die exakte Trennung zwischen den beiden Drennkammern nicht so notwendig, da auch Kraftstoff-Teilchen in der Brennkammer 5 noch gut nachverbrennen, nachdem die Verbrennung in dft Brennkammer 6 eingeleitet vorden ist.

Dieser feinstaufbereitete Kraftstoff sorgt im hohen Maße für eine eleichmäBiee Verbrennung ohne Snitzen

mit höherer Temperatur. Auch dadurch wird im mittleren und oberen Teillastbereich die NO,-Bildung niedriger gehalten als üblich.

Es hat sich gezeigt, daß in bestimmten Leistungsbereichen sich Vorteile ergeben, wenn der Hauptbrennluft etwas Kraftstoff zugeführt wird, so daß sich ein mageres Gemisch ergibt. Dieses Magergemisch wird vom fetteren bzw. zündfähigen Gemisch, welches in der Vorrichtung der Teilbrennluft gebildet wird, gezündet.

Es konnte weiter festgestellt werden, daß die Bildung des Leerlaufgemisches weniger problematisch mit gleich guten Werten erreicht wird, indem die gesamte Kraftstoffmenge hierfür der Hauptbrennluft zugeführt wird.

In diesem Fall muß bei Leerlauf die Teilluftmenge abgesperrt werden.

Durch die geschilderten Einrichtungen und Maßnah

men wird in jedem Bereich eines so einfachen Motors mit Schichtladung die Bildung von Giftgasanteilen aul ein Minimum gehalten.

Dadurch wird es möglich, die zukünftigen verschärften Abgasbestimmungen ohne Nachverbrennung einzuhalten bei gleichzeitig sehr wirtschaftlichem Verbrauch.

Letzteres, weil eine enge Einschnürung zwischen dei Vor- und Hauptbrennkammer nicht erforderlich ist.

Dadurch bleibt außerdem die übliche Liter-Leistung _lr, eines Otto-Motors erhalten im Gegensatz zu Motorer mit Schichtlddung, die diese enge Einschnürung benötigen.

Dort entsteht ein Leistungsverlust von ca. 30% verbunden mit einer Verbrauchserhöhung von mehr al· 20%.

Alle diese Nachteile entfallen bei der Einrichtung nach der Erfindung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches bei mit Schichtladebetrieb wirkenden Brennkraftmaschinen, bei der die gesamte zugeführte Brennluftmenge in zwei Tejlluftmengen aufgeteilt ist, von denen die erste die Einlaßleitung durchströmt und die zweite einer Gemischbildungseinrichtung zugeführt wird, die das Gemisch über mindestens einen Ausgang einem jeweils dem Einlaßventil vorgelagerten Einlaßleitungsbereich zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischbildungseinrichtung (9 bis 12) ohne Luftmengenregelung arbeitet, der Kraftstoff der Gemischbildungseinrichtung stromauf eines in dieser vorgesehenen Drosselquerschnitts (10) zugeführt wird und die Kraftstoffeinbringung in den Brennraum (6, 5) erst im zweiten Teil der Öffnungsphase des Einlaßventil(3) erfolgt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt (10) als Teilbrennluftmenge 10 bis 30% der gesamten bei Vollast benötigten Brennluftmenge durchläßt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbrennluftmenge aufgeheizt ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Drosselquerschnitts (10) ein elektrisch oder auspuff-beheizbarer Wärmeaustauscher (11) angeordnet ist

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß in der Einlaßleitung (8) eine Mengenregelung vorgenommen wird.

6. Vorrichtung nach mindeste js einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Brennluftmenge Bestandteil eines Magergemisches ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei Leerlaufbetrieb die Kraftstoffzufuhr zur Gemischbildungseinrichtung unterbunden ist