DE2450994A1

DE2450994A1 - Viertakt-verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2450994A1
Application number: DE19742450994
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Matsumoto; Ryuichi Yamashita
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1491883A; DE2450953A1; DE2451068A1; SE7413140L; SE429369B; SE7413139L; GB1483408A; SE7413145L; SE429365B; DE2450977C2; GB1491884A; DE2451064A1; GB1491882A; DE2450977A1; DE2450969A1; SE429364B; SE410210B; DE2450969C2; SE7413144L; SE429368B

Description

Patentanwalt D'pl. Inc·. M. J. Hübner

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LiiiCfau&r Str. 32 -Telejon 0031/232*1 Z H D U D 5ί 4

2 5. υ. 1974

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Die Erfindung "betriff einen ViertakWVerbrennungsmotox·, der für .jeden Zylinder eine Ansaugleitung mit einer Ansaugöffnung und einem Ansaugventil; und eine Auspuffleitung mit einer Auspufföffnung und einem Auspuffventil aufweist und der mit' einer Einrichtung zur Zuführung von Luft und von Treibstoff in die Ansaugleitung, sowie mit einer Zündeinrichtung zur Erzeugung eines Zündfunkens an einer Zündkerze im Zylinder versehen ist.

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Kin solcher Verbrennungsmotor kann Mittel enthalten, die nur miniraalo Mengen und Konzentrationen von Stickstoffoxyden (NOx )· Kohlenmonoxyden (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) produzieren. Dor Hotor wird bei Niederbelastungs- und Hochbelastungszuständen mit einem nageren Luft/Treibstoffgemisch betrieben, wodurch der Ausstoss der vorstehend genannten Verunreinigungen miniiaalisiert wird. Die Verwendung von inajoren Gemischen bei H^ederbelastungszuständen wird durch Mittel und Methoden ermöglicht, mit denen ein geeigneter niederer numerischer Wert des Rückstandsbruches geschaffen wird, der als Verhältnis zwischen der Menge der in Zylinder verbliebenen Gasrückstände und der Gesamtmenge der Gasrückstände und der frisch in den Zylinder strömenden Gase definiert wird. Diese Mittel können Einrichtungen enthalten, mit denen die Zeitdauer der Ansaug- und Auspuffventilüberlappung verkürzt oder mit denen die Drosselklappe des Motors weiter als normal geöffnet \ind die Zündung zur Verringerung der Motorgeschwindigkeit bei niederer Belastung verzögert wird.Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, mit denen der Treibstoff im Luft/Treibstoffgemisch gut zerstäubt wird", wodurch sich ein gleichmSssigee und homogenes Gemisch ergibt. Einige dieser Mittel können Einrichtungen aufweisen, mit denen ein an der Ansauglei- tungswand haftender Treibstoffilm gesammelt und wieder in den Luftstrom zurückgeführt oder durch Wärme zerstäubt wird.

Der Ausstoss von Verunreinigungen infolge des Betriebes von Verbrennungsmotoren ist zu einer Sache von ernsten gesellschaftlichen Unruhen geworden, Es werden zunehmend strenge Beschränkungen für diese Luftverunreinigungen erlassen, und es werden dringend Motoren gebraucht, die die ne\ien Vorschriften erfüllen. Die beste Lösung wird so eine sein, bei welcher wesentliche Teile der bestehende» TgChnologie und der Werkzeuge verwendet wer-

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den können '^un<i welche für Motoren der gegenwärtigen Konstruktion vcrv.'oiidot werden kann^ohne dass radiakle Aenderungen notwendig sind. Lösun^sr^ die radikale Neukonstruktionen und extreme Veränderungen in KotorerJConzeptionen und K_onstruktionen mit sich bringen, sind wahrscheinlich wegen des Widerstandes gegen Veränderungen bei den Käufern und den Personen, dio das Herstellen und das Warten der neuen Mechanismen eriernön nüssen, wönigor wirksam. Demzufolgen können Verzögerungen und mangelnde .Leistungsfähigkeiten erwartet werden, wenn wesentliche Abweich-ungen von bestehenden Technologien notwendig sind.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, für eine Lösung für das Problem dos Ausstosses von Verunreinigungen zu -sorgen,bei welcher ein wesentlicher Teil der bestehenden Technologie verwendet werden kann und welche bei Vor- ■ Wendung·.· in einigen oder sogar den meisten konventionellen. Verbrennungsmotoren nur relativ kleine Veränderungen und Konstruktionen notwendig macht. Andere konventionelle Motoren können grössere* Modifikationen benötigen, welche aber klar verständlich und einfach in Gebrauch zu' nehmen sind. Es kann daher erwartet werden, dass diese nur einen minimalen Widerstand gegen deren Gebrauch hervorrufen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung Verbrennungsmotoren und Verfahren zum Betrieb dieser Verbrennungsmotoren zu schaffen, mit denen der Ausstoss von Verunreinigungen, speziell von Stickstoffoxyden (NOx), minimalisiert wird.

ErfindungsgemKss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ansaugleitungen über ein Ventil mit dem Auspuff· verbunden sind, wobei dieses Ventil die Strömung der Auspuffgase in die Ansaugleitungen steuert. Es hat sich herausge-

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stellt, dass sich die Rückführung eines Teils der Auspuffgase in den Verbrennungsraum vorteilhaft auf den Ausstoss von NOx auswirkt.

Die Tendenz eines Motors zur Fehlzündung bezieht sich direkt auf den numerischen Wert eines mathematischen Ausruckes, der nachfolgend "Rückstandsbruch¹¹ genannt wird. Der Rückstandsbruch ist wie folgt definiert:

Betrag der GasrückstSnde, die vom vorhergehenden Zyklus im Verbrennungsraum verbleiben

Rückstandsbruch

Betrag der Luft Betrag der GasrUck-(oder der Luft/ sta'nde, die vom vorTreibstoff mischung), + hergehenden Zyklus-; die für den nächsten in der Verbrennungs-Zyklus in die Ver- kammer verbleiben brennungskammer gesaugt wird

Der Ausdruck "Betrag" bezieht sich auf Gewicht oder Volumen, das bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gemessen wird. Wenn der numerische Wert des Rückstandsbruches abnimmt, nimmt auch die Tendenz des Motors zum Fehlzünden ab.

Um zu verhindern, dass bei NiederbelastungszustSnden der RUckstandsbruch Eu gross wird, wird das Auspuffgasregelventil durch den Druck in der Ansaugleitung gesteuert, sodass wenn der Druck in der Ansaugleitung abnimmt, die Strömung durch das Auspuffgasregelventil ebenfalls abnimmt.

Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich während des Ansaugtaktes der niedere Druck in einer der Ansaugleitungen nachteilig auf -den Zustrom des frischen Gemisches zum Zylinder auswirkt.

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Eine einfache Konstruktion kann dadurch erhalten werden, dass zwischen der Auspuffgasr^ckfUhrleitung und der jeweiligen Ansaugleitung eine kleine Düse oder ein Einwegventil angeordnet ist.

Um zu verhindern, das3 die ^li?e^mP^era't^ur des Gemisches in den Ansaugleitungen zu hoch wird, werden die. Auspuffgase zwischen der Auspuffleitung und dem Auspuffgassteuerventil durch einen Kühler geleitet.

Eine vorteilhafte Steuerung des Auspuffgasstroms wird dadurch erzielt, dass ein, vom Druck in der Ansaugleitung gesteuertes erstes Ventil zwischen der Auspuffleitung und einem zweiten, ebenfalls vom Druck in der Ansaugleitung gesteuertes Ventil angeordnet wird, wobei das erste Ventil den Zustrom von Auspuffgasen zum zweiten Ventil in Abhängigkeit des Ansaugdruckes und das zweite Ventil den Zustrom von Auspuffgasen in die Ansaugleitungen in Abhängigkeit des Ansaugdruckes reguliert.

Eine kompakte K_onatruktion des Motors wird erreicht, wenn eine Auspuffgasverteilerleitung in einem Ansaugverteiler angeordnet ist und wenn zwischen dem Ansaugverteiler und dem Zylinderkopf eine Platte angeordnet ist, an der Blattventile angeordnet sind, welche die Oeffnungen zwischen dieser Auspuffgasverteilerleitung und den Anaaugleitungen bei kurzen Druckspitzen in den

ι;

Ansaugleitungen verachliessen.

I.

Diese einfaohe AusfUhrungsform kann dadurch erzielt werden, dass die Ansaugleitungen mit nach oben gerichteten Ausnehmungen zur Aufnahme der Blatt- ventile versehen sind.

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Die Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erla'utert werden und zwar zeigt : '«·

Fig· 1 eiⁿ Diagramm, das den Ausstoss von bestimmten Verunreinigungen in Bezug auf die Luft/TreibstoffVerhältnisse zeigt, mit denen ein Motor arbeitet,

Pig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäase Au3führungsfonn eines Motors, wobei einige Teile aus VereinfachungsgrUnden weggelassen sind,

Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Pig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht "auf eine weitere erfindungsgemlisse AusfUhrungsform eines Motors,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Pig.· 4, Figuren 6, 7» 8 und 9 sohematische Querschnitte durch Teile der Pig. 2 und Fig. 10 eine Ausführungsfora einer Ausgleichsleitung in einem Ansaugverteiler.

Da's in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt in einer verallgemeinerten und nicht dimensionalen Form den Ausstoss von Verunreinigungen.dia auf der Ordinate aufgetragen sind in Bezug auf das Luft/Treibstoffverhältnis , das auf der Abszisse aufgetragen iet. Dieses Diagramm ist ganz allgemein für alle Verbrennungsmotoren gültig. Zusätzlich zu den Verunreinigungen CO, HC und NOx sind auch die einwandfreien Gase, Kohlendioxyd (CO2) und Sauerstoff (Og ) in den Auspuffgasen enthalten, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist.

In Fig. \ i«t ebenfalls gezeigt, dass bei Verwendung von magereron-Ge- mitohen als das stoöohiometrische Gemisch (ungefähr. 15 für Benzin) in einem -Motor, der Ausstoss der Verunreinigungen HC und CO im Vergleich

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zuv Verwendung einer reichen Mischung rapide abnimmt. Dasselbe gilt auch für den Ausstoss von Stickstoffoxyden^ wenn Gemische mit einem Verhältnis von mehr als 16 verwendet werden. Es ist daher ein wesentlicher Vorteil, einen Motor mit einem Luft/Treibstoffgemisch anzutreiben,dessen Luft/Treibstoffverhältnis magerer als das stoechioraetrische Verhältnis ist und das vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 16 und 20 ist, um den Ausstoss der Verunreinigungen zu minimalisieren.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung gezeigt. Viie aus den Figuren ersichtlich, enthält ein Viertaktverbrennungsmotor vier Verbrennungsräume 11a,11b, 11c und 11d. Der Ausdruck "Zylinder" ist manchmal gleichbedeutend mit dem Ausdruck "Verbrennungsraum" gebraucht. Der Motor 10 ist mit einer Drosselklappe 30a, 30b , 30c und 30d und mit einem Vergaser 20a,20b,20c und 2Od für je einen Verbrennungsraum versehen.Individuelle Ansaugleitungen 12a,12b,12c und 12d sind mit jeweils einer der Einlassöffnungen 15a,15b,15c und 15d des Verbrennungsraumes 11a, 11b, 11c und 1ld verbunden.Die Ansaugleitungen 12a,12b,12c und 12d stellen eine Ausführungsform der "Einspritzmittel dar, die zur Zuführung des Gemisches in den Verbrennungsraum dienen .

Auspuffleitungen 14a,14b,14c und 14d sind mit den Auslassöffnungen 16a, 16b, 16c und I6d der Verbrennungsräume 11a, 11b, 11c und 11d verbunden und nehmen die Auspuffgase auf. Die Auspuffleitungen 14a,14b,14c und 14d und ein Auspuffsystem P, das die Auspuffgase von den einzelnen Leitungen sammelt, stellt eine Ausführungsform der"Auspuffmittel" dar, die zum ' Abführen der verbrauchten Gase aus den Verbrennungsräumen 11a,11b, 11c und 11d dienen.

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AuspuffgasrlickfUhrleitungen 13a,13b,15o, und 13d sind mit den Ansaug leitungen 12a,12b,12c und 12d verbunden. Die Leitungen 13a bis 13d sind ebenfalls mit einem Auspuffgasrückführventil V verbunden. Eine Vakuumleitung 12e ( Figuren 2 und 3) verbindet die Oeffnung 12f in der Ansaugleitung 12d und die Oeffnung 12g im Steuerventil V. Die Ansaugleitungen 12a, 12b und 12d sind nicht mit der Oeffnung 12g verbunden. Die AuspuffgasrUckfUhrleitungen 13a,13b,13c,und 13d werden dann gebraucht,wenn der NOx-Gehalt durch die Rückführung eines Teils der Auspuffgase in das angesaugte Luft/Treibstoffgemisch gesteuert wird.

Fig. 3 zeigt in einer detaillierten Form Teile der Figur 2 und speziell die Teile, die direkt mit dem Verbrennungsraum 11b in Verbindung stehen. Die anderen Zylinder 11a,11c und 11d und die damit zusammenhängenden Teile sind mit Fig. 2 identisch, sodass diese nicht individuell beschrieben werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Ansaugöffnung 15b von einem Ansaugventilsitz 18 umgeben, während die Auspuffventilöffnung 16b von einem Auspuffventilsitz 18a umgeben ist. Bin Ansaugventil 21 und Auspuffventil 22 sind verschiebbar im Zyliriderkopf gelagert und sind so ausgelegt,' dass sie bei>einer Bewegung gegen den jeweiligen Ventilsitz die jeweilige Oeffnung verschliessen und bei einer Bewegung vom jeweiligen Ventilsitz weg.die jeweilige Oeffnung freigeben. Nocken 81a und 82a.sind an den dazugehörenden Nockenwellen 81 und 82 befestigt und dienen zum Oeffnen der Ventilöffnungen 15b und 16b, wobei die Ventile 21 und 22 federbelastet sind, damit die Ventilö'ffnungen 15b und 16b verschlossen bleiben, wenn die Nocken die jeweiligen Ventile 21 und 22 nicht offen halten.Die gleichen

Ansaug- und Auspuffventile und -sitze, Nocken und Nockenwellen und

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Rückführfedern sind auch für die anderen Verbrennungsräume vorgesehen.

Der Zylinderkopf H des Verbrennungsraumes 11b ist zusammen mit einem Kühlmantel C gezeigt. Dieser Kühlmantel C schirmt nur die an die Auspuff-· öffnungen i6b angrenzende Auspuffleitung Hb und den Verbrennungsraum 11b* selbst ab. Ein Abschnitt 17, der sich' vom Einlassvent^lsitz 18 nach oben in die Ansaugleitung 12b erstreckt, wird vom Kühlmantel C nicht gekühlt. Statt·'dessen wird erlaubt, dass dieser Abschnitt 17 vom Verbrennungsraum 11b' aufgeheizt wird, aus Gründen die nachfolgend noch beschrieben werden. Dieser Abschnitt 17 kann sogar nach aussen isoliert oder heiss ummantelt werden, um die erhöhte Temperatur beizubehalten.'

Dieser Abschnitt 17 erstreckt sich vorzugsweise mindestens über-eine Strecke von 60"bis 70mm vom Einlassventilsitz 15b nach oben in die Ansaugleitung 12b .und wird als Teil dar_Ansaugleitung 12b betrachtet,obwohl der ganze Abschnitt 17 oder ein Teil davon ein integrierter Teil des Zylinderkopfes H bildet. Der Abschnitt 17 wird durch die Innenwandung 19 der Ansaug- leitung 12b begrenzt, wobei die Wandung thermisch mit dem Zylinderkopf K zusammenhängt, das heisst, die Innenwandung 19 der Ansaugleitung 12b wird .durch Wärme aus dem Verbrennungsraum 11b erhitzt. Dies ermöglicht eine • Erwärmung der Innenwandung 19 des Abschnittes 17, wobei es nicht wünschenswert ist, dass dieser Abschnitt durch Kühlmittel wie etwa einem Kühlmantel C gekühlt wird. Jedes Kühlmittel sollte genügend weit vom Abschnitt .17..entfernt gehalten werden, sodass die Innenwand 19 infolge de.r vom Zylinder 11b zugeführten Wärme die notwendige Temperatur erreichen kann. Ein Teild dos Kühlmantels C ist in EjLgur 3 ia Zylinderkopf H über der Ansaugöffnung 15b gezeigt. Ia flüesigkoitsgakühltea Motorea sollten aioh die Kühlöffnungoa auf dieaa Seite des Zylinderkopfes aratreolcta, obwohl as aioht notwendig let,

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dass diese Region gekühlt wird. Sa ist ei^e ausreichend dicke MaL'erialschicht zwischen dem Teil C1 des Kühlmantels 0 und der Innenwandung 19 vorhanden, dass sich die Innenwandung 19 genügend erwärmen kann, obwohl der TeilCI des Kühlmantels C vorhanden ist. Der warme Abschnitt 17 ist ein Ausführungsbeispiel von Zerstäubungsmitteln, um den an der Innenwandung 19 der Ansaugleitung 12b anhaftenden Treibstoff zu zerstäuben.

In Fig. 2 ist ein Zündverteiler 23 schematisch dargestellt. Konventionelle Kondenser, Unterbrecherpunkte, Unterbrechernocken und Unterbrecherwelle werden verwendet, um einen Funke zu erzeugen^mit dem das Geraisch im Verbrennungsraum gezündet wird.

Das AuspuffgasrUckführventil V enthält einen von einer Feder 201 belasteten K_Qlben 200, der mit. einer Membrane 202 verbunden ist, die an der Wandung eines Gehäuses 203 befestigt ist. Das Gehäuse 203 enthält eine gelüftete Kammer 204 und eine Vakuumkammer 205. Die Feder 201 hebt den Kolben 200 in die in Figur* 4 und 8 mit ausgezogenen Linien dargestellte Position. Bei Zunahme des Vakuums in der Vakuumkammer 204 wird der Kolben 200 nach unten bewegt. Wenn eich der Kolben 200 eine genügend grosae Strecke nach unten bewegt hat (siehe Fig. 9), reduaiert oder unterbindet dieser den Durchstrom von Auspuffgasen von der Einlassöffnung 206, von wo das Gas sonst auf vier Auslassöffnungen 207 zur Rückführung in die AuspuffgasrückfUhrleitungen 13a,13b,13c und 13d verteilt würde. Daraus folgt, dass die Menge des rückgeführten Auspuffgases eine Funktion der Gröesa des Vakuums in der Ansaugleitung 12b bildet.

Der prinzipielle Vorteil der Verwendung einer Drosselklappe für jeden Verbrennungsraum ist, dass der Druck in einer Ansaugleitung durch den Druck in ' einer anderen Ansaugleitung nicht reduziert wird. Bei Motoren, wo eine

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Ansaugleitung und eine Drosselklappe eine Kehrzahl von Verbrennungsräumen versorgt, kann der niedere Druck in einem Verbrennungsraum beim Ansaugtakt

den Druck an der Einlassöffnung der anderen Verbrennungsräume nachteilig beeinflussen. Die Verwendung von einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erlaubt es, dass in jedem Verbrennungsraum eine eigene Ansaugbedingung .eingestellt werden kann. Dadurch, dass die Rückführioitungen 13a "his '; 3d alle Ansaugleitungen 12a bis 12d vorbinden, ergibt'sich eino Tendenz zua Druckausgleich in den Ansaugleitungen 12a bis 12d, vodurch einige der ¥erte reduziert werden, die sonst durch den Gebrauch von einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erreichbar wären.

Um dieses nachteilige Resultat zu vermeiden, sind Trennmittel in den jowoiligejr Rückführleitungen 13a bis 13d vorgesehen, Wie aus Figur .6 ersichtlich, enthalten diese Trennmittel Absperrventile 208 , Als Beispiel sind Absperrventile. 208 gezeigt, die ein flexibles Blatt 208 enthalten, das mit einem Befestigungsmittel 208b an der Geha'usewand befestigt ist, wobei jedes Blatt 208a die jeweilige Rückführloitung verschliesst, ausser wenn ein ausreichender Druckunterschied herrscht, durch den. es abgehoben wird. Eines der Ventile 208 der Ansaugleitung 12c ist bei einer ausreichenden Druckdifferenz in abgehobenem Zustand gezeigt. Wenn vom Ventil V ein ausreichender Druck kommt, können alle Ventile 208 auf einmal geöffnot sein. Wenn aber ein ausreichender grosser, negatiyor Druck in der Leitung vom Ventil V herrscht, eventuell auf Grund eines hohen Vakuums in einer der Ansaugleitungen 12a bis I2d (i2c in Figur 6 ),sind die'übrigen Ventile 208 geschlossen, wie in Figur 6' dargestellt. ' · ' "

Mimchmal ist es bei Motoren-die eine Drosselklappe und einen Vergaser für jeden Zylinder aufweisen recht vorteilhaft, wenn die Ansaugleitungen bei

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Hochbelastungsbedingungen miteinander verbunden sind. Wenn diese Verbindung vorhanden ist, ist es zweckmässig, die in Fig,7 gezeigte Ausführungsforai zu verwenden, in der die Trennmittel Düsen 209 enthalten,deren Bohrung einerseits klein genug ist, um den Gasstrom als Reaktion von kurzen Druckspitzen zu reduzieren und andererseits gross genug ist, um eine graduelle Anpassung an Druckveränderungen in den Ansaugleitungen zu gestatten. Durch die Verwendung von solchen Trennmitteln während des Leerlaufzustandes, wo der Druck in der Ansaugleitung relativ gering ist, wird der Druck in einer Ansaugleitung im Wesentlichen nicht durch den Druck in einer anderen Ansaugleitung beeinflusst, während bei Hochbelastungszuständen die Leitung , die die Ansaugleitungen miteinander verbindet, einen Auslgeicheffekt auf die Druckdifferenzen in den Ansaugleitungen ausübt, wobei diese Leitung auch zur Rückführung von Auspuffgasen verwendet werden kann.

In jedem Verbrennungsraum ist ein Kolben 150 hin und her bewegbar angeordnet, Der Kolben 150 dreht eine Kurbelwelle über einen konventionellen Kurbelzapfen und über nicht gezeigte Pleuel- und Kurbelteile.

Jeder Vergaser 20a bis 2Od enthält einen Hochbelastungskreis 50, einen Niederbelastungskreis 60 und Anlasskreis 70. Die Kreise 50 und 60 führen ein mageres Gemisch mit dem korrekten Verhältnis dem jeweiligen Verbrennungsraum zu. Der Anlasskreis 70 führt ebenfalls ein mageres Luft/Treibstoffgeraioch dem jeweiligen Verbrennungsraum zu, aber das Misohverhäitnis kann einen etwas kleineren numerischen Wert aufweisen als das Mischungsverhältnis bei den Kreisen 50 und 60, sodass wenn der Motor langsam wird, das kombinierte Gemisch vom Anlasskreis und vom Niederbelastungskreis 60 etwa einem steochiometrischen Verhältnis entspricht. Wenn zum Anlassen des Motors 10 nur ein

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Luft/Treibstoffgemisch vom Anlasskreis 70 verwendet wird, so ist dieses mager (etwa14:1).Wenn das Gemisch mit Luft kombiniert wird, die über eine Drosselklappe strömt, wird das Gemisch reicher, sodass das daraus resultierende Gemisch geeignet ist. Die Drosselklappenventile 30a bis 3Od ( von denen das Drosselklappenventil 30b als Beispiel gezeigt ist), enthalten einen Drosselklappenschaft 31, der drehbar in der Wandung der Ansaugleitung gelagert ist. Das Ventil enthält ebenflass eine am Schaft 31 befestigte Scheibe 32, die als Drosselklappe wirkt, wenn sich der Schaft 31 dreht. Ein Drosselklappenarm 32a ist am Schaft 31 und an dem nicht gezeigten Vergaser befestigt. Durch Drehen des Armes 32a dreht sich der Schaft 31 mit und verstellt die Position der Drosselscheibe 32 im Ansaugrohr, um den Querschnitt im Ansaugrohr zu variieren, der für den Durchfluss von Flüssigkeit offen ist.

Der Abschnitt 17 der Ansaugleitung, der an den Ansaugventilsitz angrenzt, bildet ein Zerstäubungsmittel. Die Innenwandung 19 in diesem Abschnitt weist eine erhöhte Temperatur auf, die etwa zwischen 90 C und 135 C gehalten werden sollte. Bei flüssigkeitsgekUhlten Motoren werden bei etwa 110⁰C optimale Ergebnisse erzielt, da ein Treibstoffilm bei dieser Temeperatur verdampft. Die Temperatur sollte aber wiederum nicht so hoch sein, dass das gesamte Gemisch erhitzt wird, da dies ein Nachteil wäre. Wandtempersturen zwischen ungefähr 90 C und 135 C scheinen diesen Nachteil zu verhindern. Jedee der beiden Zerstäubungsmittel (die warme Wandung 19 und die Nut . ) kann vorteilhaft allein verwendet werden. Der Qebrauch von beiden Zerstöubungamitteln zusammen ist noch vorteilhafter.

Der Ausdruck "Zerstäuben" bezeichnet lediglich den Uabergang¹ des flüssigen Treibstoffes in das Luft/Treibstoffgemi3oh und bedeutet nicht unbedingt,

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dass der Treibstoff in ein Gas umgewandelt wird. In der Tat befindet sich, der überwiegende Teil des Treibstoffes in kleinen Tröpchen im Gemisch, die aber^N auf Grund des niederen Siedepunktes des Treibstoffes zum Teil.auch von· Treibstoffgas umgeben sind. Der Ausdruck "Zerstäuben" ist im weiten Sinne für die Entfernung· der Flüssigkeit von der Oberfläche und deren Einbringung in den Geraischstrom gebraucht.

Wenn ein Aluminiumzylinder mit einer Bohrung von etwa 70 bis 90mm verwendet wird, ist eine axiale Länge des Abschnitts 17 von etwa 60 bis. 70 mm sinnvoll. Die Materialdicke des Zylinderkopfes angrenzend an die Ansaugleitung sollte etwa 13 bis 15mm betragen. Die Wanddicke im Abschnitt 17 sollte nicht weniger als 6mm sein. Es wird auf die Tatsache hingewiesen, dass die Zylinderkopfdicke bei konventionellen Zylindern nur etwa 9mm und die Wanddicke der Absaugleitung nur etwa.4mm beträgt. Die grb'ssere Materialdicke, speziell in der Verbrennungsraumkuppel in dieser Erfindung, sorgt für eine gute leitung der Wärme in den Abschnitt 17 und schirmt diesen Abschnitt gegen «inen eventuell verwendeten Kühlmantel ab.

Die in Fig. 2 und 4 gezeigte Ausführungsform mit der erwärmten Wandung arbeitet ohne Isolierung oder Ummantelung im gewünschten Temperaturbereich·. Dennoch kann dieser Abschnitt auch isoliert oder mit einem Heizmantel versehen ¹UnCl durch heiaae Auspuffgase erwärmt werden, falls dies notwendig ist.

HC-Verunreinigungen können durch die Verwendung eines thermischen Reaktors 40 reduziert werden, der die aus den Auslassöffnungen ausströmenden Auspuffgas· aufnimmt und auf einer erhöhten Temperatur hält, damit das HC durch den

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im Auspuffgas verbliebenen Sauerstoff oxydiert wird. Solch ein Reaktor 40 bildet einen Teil der Auspuffmittel. Ein brauchbarer thermischer Reaktor 40 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Der Reaktor 40 enthält ein äusseres Gehäuse 41 und ein zwischen diesem und der Auspuffleitung 14 liegendes Gehäuse 42. Ein Zwischenraum 43 liegt zwischen den beiden Gehäusen 41 und 42. Dieser Zwischenraum 43 kann mit einem guten Isoliermaterial oder einfach mit Luft gefüllt werden, die ebenfalls als Isolierung dient. Dieser Zwischenraum 43 und was auch immer darin eingefüllt ist, dient als Isoliermittel um den Reaktor durch Zurückhaltung seiner Wärme heiss zu halten .

Um die Bildung von NOx zu verhindern, werden die Auspuffgase durch eine Oeffnung 44 ( siehe Pig. 3) aus dem Reaktor entzogen und durch einen Kühler 45, ein Auspuffgaskontrollventil 46 und letztendlich durch eine Leitung 44b zum AuspuffgasrückfUhrventil V geleitet. Ein konventionelles Auspuffgaskontrollventil 46 enthält einen membranbetätigten Kolben 46b, dessen Bewegung durch ein Vakuum in der Leitung 12e über der Membrane 46a erzeugt wird. Bei richtigem Ansaugdruck ist das Ventil 46 geöffnet, wodurch ein Teil der Auspuffgase durch die Leitung 44b in das Ventil V und von da in die Ansaugleitung zurückgeleitet wird.

Nachstehend wird nun die Ausführungsform nach den Figuren 4 und 5 beschrieben. Der prinzipielle Unterschied zwischen der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 und der Ausführungsform der Figuren 4 und 5 besteht darin, dass nur eine Drosselklappe zur Steuerung des Luftstroraes für eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen vorgesehen ist, während in den Figuren 2 und 3 eine Drosselklappe für jeden Verbrennungsraum vorhanden ist.

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In den Figuren 4 und 5 ist ein Viertaktverbennungsraotor 100 gezeigt, der vier Verbrennungsräume 111a, 111b, 111c und 111d aufweist. Da alle Verbrennungsräume gleich gestaltet sind, ist nur der Verbrennungsraum 111b detailliert gezeigt. Die Ansaug- und Auspuffventile 115, 116 sind hintereinander in abwechselnder Reihenfolge im Zylinderkopf angeordnet und sind jeweils gegen den dazugehörenden Einlassventilsitz 115a oder xluslassventilsitz 116a bewegbar, um die Ansaugb'ffnung 115b oder die Auspuff öffnung 116b zu verschliessen oder in umgekehrter Richtung zu Öffnen.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist eine Nockenwelle 181 für jedes Ventil 115, 116 eine Nooke 181a auf, um die Ventile 115, 116 über eine konventionelle Kipphebelvorrichtung 181b zu öffnen. RUckfUhrfedern 181c schliessen die Ventile, wenn diese nicht durch die Nocken 181a geöffnet sind. In dieser AusfUhrungsform wird nur eine Nockenwelle 181 verwendet,, an der die Nocken ·· 181a angeordnet sind.

Wie ebenfalls in Fig. 5 gezeigt, enthält ein Vergaser 120 zwei Düsenhülsen 121 und 122, die jeweils ein Luft/Treibstoffgemisch in Richtung einer Drosselklappe 130 nach unten leiten. Die Dttsenhülse 121 bildet zusammen mit den entsprechenden Treibstoffleitungen einen Hochbelastungskreis, mit dein das Gemisch bei Hochbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt wird, während die Düsenhülse 122 zusammen mit den entsprechenden Treibstoff leitungen einen Niederbelastungskreis bildet, mit dem das Gemisch bei Niderbelastungszuständen dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Der letztgenannte Kreis arbeitet auch bei Hochbelastungszuständen. Beide Kreise,erzeugen eine magere Mischung, vorzugsweise in einem Mischbereich zwischen 16 und 20. Die Drosselklappenmittel 130 enthalten eine Drossel-

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klappe für jede der DUsenhUlsen 121 und 122, wobei diese Drosselklappen miteinander koordiniert sind und für die gleiche Anzahl von Verbrennungsräumen verwendet werden. Es wird daher von einer Einzeldrossel gesprochen.

Der in Pig. 5 dargestellte Vergaser ist ein konventioneller Vergaser und weist keine speziellen Merkmale auf. Die Punktion des Vergasers ist dieselbe wie beim Vergaser 20, indem er Luft von einem Luftfilter A erhält und eine bestimmte Menge Treibstoff durch die DUsenhUlsen in den Luftstrom mischt, um ein Luft/Treibstoffgemisch zu bilden, das in die Ansaugleitung strömt. Der Ansaugverteiler leitet das Luft/Treibstoffgemisch dann über die Ansaugleitungen 112$, 112b, 112c und 1T2d in den jeweiligen Verbrennungsraum. Die Ansaugleitungen 112a bis 112d sind Zweige des Ansaugverteilers, die mit dem jeweiligen Verbrennungsraum verbunden sind.

Auspuffleitungen 114a, 114b, 114o und'114d sind mit den Auspufföffnungen 116b verbunden und leiten diese in ein Auspuffsystem 147» das einen thermischen Reaktor 140 enthält, der mit dem thermischen Reaktor 40 identisch ist.

Ein Abschnitt 280 der Ansaugleitung 112b entspricht in Konstruktion, Zweck und Wirkung dem bereits beschriebenen Abschnitt 17 und ist ebenfalls angrenzend an die Ansaugöffnung angeordnet, um an der Ansaugleitung haftenden Treibstoff zu verdampfen. Der Absohnitt 280 ist ebenfalls nicht ummantelt oder gekühlt und arbeitet im selben Temperaturbereich und fttr denselben Zweck wie der Absohnitt 17. In einer Ansaugverteileranordnung wie in Pig. 4 gezeigt, reicht der an jede Anaaugöffnung angrenzende Abschnitt 280 meist aus, um den flüssigen Treibstoff zu verdampfen, der an der Ansaugleitung

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haftet oder an dieser entlang fliesst.

Auspuffgasrückführraittel 143 zur Minimalisierung des NOx-Aubstosses nind gleich wie die in Fig. 2 und 3 verwendeten Rückführmittel, indem die Auspuffgase durch eine Oeffnung 144 aus dem Reaktor 140 gezogen werden. Das Auspuffgas strömt dann durch die Leitung 144a, durch ein Kühlsystem 145, durch ein AuspuffgasrückfUhrventil 146 und durch .eine Leitung 144h in den Ansaugverteiler zurück. Das RUckfUhrventil 146 wird durch ein Vakuum in der Leitung 112a gesteuert, welche unterhalb der Drosselklappe am Ansaugverteiler befestigt ist. Da alle Ansaugöffnungen direkt mit dem Ansaugverteiler in Verbindung stehen, werden keine Trennmittel verwendet, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt.

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Einrichtungen und Methoden können besser verstanden werden, wenn einige der Bedingungen betrachtet werden , die in einem Zylinder während der Vollendung des Ausstosstaktes und während des Beginns des Ansaugtaktes herrschen. Der Druck in der Auspuffleitung erreicht nahezu atmosphärischen Druck, da. es sich um eine relativ grosse Leitung handelt . Der Druck in der Ansaugleitung oder im Ansaugverteiler nach dem Vergaser variiert und hängt hauptsächlich von der Drosselklappeneinstellung ab. Vor dem Vergaser herrscht oder ist nahezu Umgebungsdruck, das heisst Atmosphärendruck.

Wenn nur eine Drosselklappe für einen Zylinder verwendet wird und· die Drosselklappe für Hochbelastungszustände geöffnet ist, erreicht der Ansaugdruck an der Ansaugöffnung nahezu atmosphärischen Druck. Bei nahezu beendetem Auspufftakt und vor dem Erreichen de3 oberen Totpunktes, ist es gebräuchlich das Ansaugventil zu öffnen während das Auspuffventil immer '

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noch offen ist. Dieser Bereich wird"Ueberlappung" Genannt. Die Tendenz der sich im Zylinder befindlichen Gase während der Ueberlappungszeit durch das geöffnete Auspuffventil auszutreten ist um so grosser, je höher der Ansaugdruck ist. Wenn der Ansaugdruck relativ gering ist, ergibt sich eine wesentliche Druckdifferenz, die der vorstehend beschriebenen Tendenz entgegenwirkt und sogar einen-Ausstrom der Gasrückstände in umgekehrter Richtung in die Ansaugleitung hervorrufen kann. Demzufolge wird die Menge der Gasrückstände im Verbrennungsraum für den nächsten Takt um so grosser, je langer die Ueberlappungsperiode dauert oder je geringer der Ansaug druck ist.

Wenn für jeden Verbrennungsraum eine Drosselklappe vorhanden ist und die Ansaugleitungen nicht mineinander verbunden sind, herrscht in jeder Ansaugleitung ein Druck, der von den eigenen Bedingungen in jeder Ansaugleitung abhängt. Sind aber die Ansaugleitungen miteinander verbunden, wie etwa durch NOx-RUckfUhrleitungen, oder wenn nur eine Drosselklappe für mehrere Verbrennungsräume vorhanden ist, kann ein eventuell existierender niederer Druck an einer Ansaugöffnung auf die Ansaugöffnung eines anderen Verbrennungsraumes übertragen werden, wodurch der Ansaugdruck oder der Durchschnittsdruck im Ansaugsystem herabgesetzt wird. Diese Erscheinung kann während der Ventilüberlappzeit eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Ansaug- und dem Auspuffsystem hervorrufen und die Gasrückstände wie bereits vorstehend beschrieben erhöhen.

Die Vervrendung·einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum und die Trennung der Ansaugleitungen voneinander, optimalisiert die Bedingungen während der Ueberlappzeit,sodas s die ^enge der Gasrückstände reduziert wird, da kein

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Verbrennungsraum den Druck in einer anderen Ansaugleitung reduziert.

Wenn eine AuspuffgasrUckfUhrung verwendet wird und der Druck in einer Ansaugleitung den Druck in einer anderen Ansaugleitung beeinflussen könnte, kann dies durch Verwendung von Trennmitteln wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, verhindert werden. Daraus folgt, dass die durch den Gebrauch einer Drosselklappe pro Verbrennungsraum erreichbaren Vorteile auch dann erreicht werden können, wenn eine AuspuffgasrUckfUhrung zur Verringerung des NOx - Ausstosses verwendet wird.

Wenn der Motor nach den Figuren 2 und 3 unter HochbelastungszustSnden arbeitet, bei denen die Drosselklappe ziemlich weit geöffnet ist, und in den Ansaugleitungen ein relativ kleines Vakuum (relativ hoher Ansaugdruck) herrscht, entsteht eine Schwierigkeit beim Betrieb des Motors mit einer mageren Mischung.

Beim Anlassen des Motors bleibt das AuspuffgasrUckfUhrventil V geschlossen, wodurch die AuspuffgasrUckfUhrung während der Anlasszeit verhindert oder begrenzt wird. Es ist vorteilhaft ,während dieser Zeit die Auspuffgase

nicht in das System zurückzuführen, da die Auspuffgase den numerischen ¥ert des Ruckstandsbruches erhöhen wurden, was den Lauf des Motors nachteilig beeinflussen könnte.

Das Auspuffgaskontrollventil 46 öffnet sich durch Reduktion des Vakuums in der Ansaugleitung (Zunahme des AnsaugdruckesJ, wobei die jeweilige Oeffnung.. des Ventils 46 entsprechend dem Grad des Vakuums in der Ansaugleitung variiert. Auspuffgase werden durch die Austrittöffnung 44, Leitung 44a, Auspuffgaskontrollventil·46 und Leitung 44b geleitet. Wenn kein ausreichendes Vakuum

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herrscht, schliesst sich das Ventil 46. ' '

Es ist ersichtlich, dass die Menge der GasrückstMnde im AusfUhrungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 vom Oeffnungsgrad des Auspuffgasrückführventils V abhängt. Die Steuerung der Begrenzung der Auspuffgasrückführung dient zur Erhaltung eines geeigneten Rückstandsbruchwertes bei liiederbelastungszuständen im Motor. Das Ventil V kann entweder ein einfaches Ein- Ausventil öder ein Regulierventil sein, das ebenfalls eine Ein- Auspositon aufweist.

Beim Betrieb des Motors nach den Figuren 4 und 5 bei Niederbelastungsbedingungen, wird vom Niederbelastungskreis des Vergasers ein mageres Gemisch erzeugt, das dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Die Zerstäubung des flüssigen Treibstoffes, der an der Wandung der Ansaugleitung haftet, wird durch die Erwärmung der Ansaugleitung 112 verbessert. .Die Wärme der Ansaugleitung ist gros's genug um den Treibstoffilm an der Wandung im Bereich des Abschnittes 280 zu verdampfen, reicht aber nicht aus um das ganze Gemisch zu erhitzen. Wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3» wird das Gemisch im Verbrennungsraum durch die heissen Gasrückstände weiter verdampft.

Beim Betrieb des Motors nach den Figuren 4 und 5 bei Hochbelastungszuständen, wird der überwiegende Teil des Luft/Treibstoffgemisches vom Hochbelastungskreis 150 erzeugt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 kann die Auspuffgasrückführung bei Niederbelastungszuständen ausgeschaltet werden, um den numerischen Wert des Rttckstandsbruches durch das Weglassen von Auspuffgasen im neuen Gemisch zu reduzieren. Diese Steuerung kann stufenweise erfolgen, sodass ausser bei den

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niedersten Belastungszuständen wenigstens eine Teilrückführung ermöglicht wird.

Die vorliegende Erfindung wird normalerweise bei Viertaktverbrennungsmotoren benutzt und kann bei Motoren mit jeder beliebigen Zylinderzahl, wie bei Sechszylinderreihenmotoren, V-8-Motoren und Vierzylindermotoren verwendet werden. Die erfindungsgemässen Merkmale können auch bei sogenannten geschichteten Ansaugsystemen mit Hilfsverbrennungskammern verwendet werden.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, in der die Ansaugleitung für jeden Zylinder eine nach oben gerichtete Aussparung 12e aufweist. An den freien Enden jeder Anaaugleitung ist eine Platte 250 angeordnet, die sich zwischen dem Zylinderkopf und einem Ansaugverteiler 251 befinden. In diesem Ansaugverteiler 251 sind Bohrungen 252 angeordnet, die mit den Ansaugleitungen 12 in Verbindung stehen, um das Gemisch dem Motor zuzuführen. Oeffnungen 253 in den Platten 250 werden durch Blattventile 254 verschlossen, die den Blattventilen 208 in Pig. 6 entsprechen.

Im .Ansaugverteiler 252 ist eine Leitung 255 angeordnet, die eine RUckführleitung für die Auspuffgase bildet. Die L_eitung 255 ist durch Bohrungen 257 mit Aussparungen 256 im Ansaugverteiler verbunden. Die Bohrungen 257 sind den Oeffnungen 253 in den Platten 250 gegenüberliegend angeordnet.

Auf diese Weise wird eine kompakte Ausführungsform des Auspuffgasrückführsystems erreicht.

Es ist ebenfalls sehr vorteilhaft das Kurbelgehäuse und/oder den Treibstofftank ' mit einer AuspuffgasrUokfUhrleitung zu verbinden. Auf diese Weise können Gase,

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die eventuell neben dem Kolben in das Kurbelgehäuse gelangt,sind und /oder im Treibstofftank verdunsteter Treibstoff im Motor verbrannt werden, wobei der Ausstoss von Verunreinigungen ebenfalls minimalisiert

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Claims

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PATENTAKSPEUBCHE

Viertaktverbrennungsmotor, der für jeden Zylinder eine Ansaugleitung mit einer Ansaugöffnung und einem Ansaugventil und eine Auspuffleitung mit einer Auspufföffnung und einem Auspuffventil aufweist und der mit einer Einrichtung zur Zuführung von Luft und von Treibstoff in die Ansaugleitung, sowie mit einer Zündeinrichtung zur Erzeugung eines Zündfunkens an einer Zündkerze im Zylinder versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitungen mit dem Auspuff des Motors über ein Ventil verbunden sind, das den Zustrom von Auspuffgasen zu den Ansaugleitungen reguliert.

2) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil mit einer vom Druck in einer Ansaugleitung abhangigen Steuerung versehen· dst, die bei Verringerung des Druckes in der Ansaugleitung auch den Durchstrom von Auspuffgasen durch das Ventil verringert.

3) Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitungen durch eine Auslgeichsleitung miteinander verbunden sind, wobei die Auspuffgase über diese AusgleichBleitung in die einzelnen Ansaugleitungen strömen und dass in dieser Ausgleichsleitung Mittel angeordnet sind, die bei kurz auftretenden Druckspitzen den Zustrom von Auspuffgasen in die Ansaugleitungen begrenzen.

4) Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Begrenzuntfsmittel als kleine Dttaen in dieser Ausgleichsleitung ausgebildet sind.

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5) Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Begrenzungsmittel als Einwegventile in dieser Ausgleichsleitung ausge-.bildet sind.

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β) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auspuffleitung und dem Steuerventil ein Kühler für die Auspuffgase angeordnet ist.

7) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten.vom Druck in einer Ansaugleitung gesteuerten Ventil und der Auspuffleitung ein zweites, vom Druck in einer Ansaugleitung gesteuertes Ventil.angeordnet ist, das den Zustrom von Auspuffgasen zum ersten Ventil in Abhängigkeit des Druckes in den Ansaugleitungen reguliert, während das erste Ventil den Zustrom von Auspuffgasen in die Ansaugleitungen in Abhängigkeit des Druckes in den Ansaugleitungen reguliert.

8) Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsleitung in einem Ansaugverteiler angeordnet ist, und dass zwischen dem Ansaugverteiler und dem Zylinderkopf eine Platte montiert ist, an der Blattventile angeordnet sind, die bei kurzen Druckspitzen die Verbindungsbohrungen zwischen der Ausgleichsleitung und den Ansaugleitung verschliessen.

9) Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dasa di· Ansaugleitungen mit nach oben gerichteten Ausnehmungen versehen sind, in denen die Blattventile untergebracht sind.

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