DE2854332A1

DE2854332A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2854332A1
Application number: DE19782854332
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Etoh; Yasuhiko Nakagawa; Meroji Nakai; Ryoji Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: AU511290B2; CA1104893A; US4270500A; AU4212778A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit doppelter Ansauganlage, die eine Hauptansauganlage umfaßt, um eine erste Strömungsmittelladung in einen Zylinder zu lenken, um hierin unter allen Betriebsbedingungen des Motors einen Drall zu erhalten bzw. einen Wirbel zu bilden, sowie eine: Nebenansauganlage, um eine zweite Strömungsmittelladung in einen Zylinder in einer derartigen Richtung zu lenken, um die Durchwirbelung der ersten Strömungsmittelladung, die der Hauptansauganlage entstammt, unter vorbestimmten Betriebsbedingungen des Motors zu behindern und zu verringern, wobei der auf das Volumen bezogene Wirkungsgrad des Motors während dieser

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vorbestimmten Betriebsbedingungen bei einem hinlänglich hohen Niveau erhalten bleibt.

Zum Zweck der Reinigung von Abgasen, die aus der Verbrennung im Inneren eines Verbrennungsmotors entstammen, wird ein Luft-Treibstoffgemisch mit einem hohen Luft-Trelbstoffverhältnis während der Verbrennung verbrannt, oder es wird Luft-Treibstoffgemisch bei erhöhter Abgasrückführungsmenge (EGR-Menge) während der Verbrennung verbrannt. Da die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit abnimmt, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis erhöht wird oder die Abgasrückführungsmenge erhöht wird, ist es erforderlich und auch bekannt, das Maß der Durchwirbelung im Inneren eines Verbrennungsraumes des Motors bis zu einem derartigen Maß zu erhöhen, daß eine rasch abbrennende Verbrennung erzielt wird.

Verschiedenartige Einleitungsmethoden von Treibstoffgemisch wurden verwendet, um eine Verwirbelung des Treibstoffgemischs im Inneren eines Zylinders zu erzeugen, beispielsweise komplizierte Ansaugöffnungsformen oder umhüllte Ansaugventile. Wenn eine derartig komplizierte Ansauganordnung verwendet wird, dann wird bei hohen Belastungen der auf das Volumen bezogene Wirkungsgrad des Motors verschlechtert, und als Ergebnis fällt die Leitungsabgabe unter Vollastbedingungen oder Bedingungen hoher Belastung ab.

Doppelansauganlagen für Verbrennungsmotoren mit doppelten Kanälen und öffnungen für die Verbrennungsräume von Verbrennungsmotoren sind in der Technik bekannt. Diese doppelten Ansauganlagen umfassen einen kleinen Hauptkanal, der mit der Hauptseite eines Vergasers sowie mit einem kleinen Ansaugventil in einem Verbrennungsraum in Verbindung steht _r sowie einen großen Nebenkanal, der mit einer Nebenseite des Vergasers sowie mit einem großen Ansaugventil im Verbrennungsraum in Verbindung steht. Bei diesen Anlagen wird

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das Luft-Treibstoffgemisch für den Motorbetrieb bei niedrigen und mittleren Lasten dem Verbrennungsraum von der Hauptseite des Vergasers durch die kleinen Hauptkanäle zugeführt, und ein Neben-Luft-Treibstoffgemisch wird den Verbrennungsräumen von der Nebenseite des Vergasers zusätzlich zugeführt, wenn der Verbrennungsmotor unter hohen Lastbedingungen arbeitet, wie etwa unter den Bedingungen, die während Zeiträumen maximaler Beschleunigung und bei weit offfener Drosselklappe auftreten.

Diese Doppelansauganlagen weisen mehrere Vorzüge gegenüber den üblicherweise bei Verbrennungsmotoren verwendeten, herkömmlichen Einzelansauganlagen auf, die einen einzigen Ansaugkanal aufweisen, der von einem Vergaser zu einem Ansaugventil führt, das in einem Verbrennungsraum angeordnet ist. Bei niedrigen und mittleren Lasten weist der Luftstrom durch die Hauptansaugkanäle eine Geschwindigkeit auf, die ausreicht, um den Treibstoff vollständig mit der Luft zu vermischen. Diese Wirkung führt zu einer vollständigeren Verbrennung des Treibstoffs bei jedem Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors und führt hierbei zu einem besseren Motorbetrieb sowie zu einer Verringerung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide, die vom Verbrennungsmotor ausgeschieden werden.

Wenn das Luft-Treibstoffverhältnis ausreichend erhöht wird, um eine mager brennende Verbrennung zu erzielen, oder wenn die Abgasrückführungsmenge (EGR-Menge) hinlänglich erhöht wird, um eine deutliche Verringerung bei Stickoxiden zu erzielen, die vom Verbrennungsmotor ausgeschieden werden, dann fällt bei diesen Doppelansauganlagen die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit in jedem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors äh, wenn der Motor unter Betriebsbedingungen bei leichter Last mit niedriger Kurbelwellendrehzahl arbeitet, wobei sich ein schlechter Motorbetrieb ergibt.

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Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Verbrennungsraum oder einen Zylinder, in dem ein Kolben hin- und herbeweglich angebracht ist. Ein Zylinderkopf ist über einem Ende des Zylinders angebracht, und eine Haupt- und eine Nebenansauganlage sind für den Zylinder vorgesehen. Die Hauptansauganlage ist unter allen Motorbetriebsbedingungen des Motors wirksam, um eine erste Strömungsmittelladung in den Zylinder zu lenken, um hierin einen Wirbel zu bilden, und die Nebenansauganlage ist nur dann wirksam, wenn der Motor von allen Betriebsbedingungen unter ganz bestimmten arbeitet, um eine zweite Strömungsmittelladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung zu lenken, daß die Wirbelbewegung der ersten Strömungsmittelladung behindert und verringert wird.

Da die Wirbelbewegung der ersten Strömungsmittelladung aus der Hauptansauganlage von der zweiten Strömungsmittelladung aus der Nebenansauganlage behindert wird, um eine Verwirbelung zu erzeugen, die hinlänglich niedrig ist, um den auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors unter den vorbestimmten Betriebsbedingungen von allen Betriebsbedingungen des Motors bei einem hinlänglich hohen Niveau zu halten, kann die wirbelnde Bewegung der ersten Strömungsmittelladung aus der Hauptansauganlage weit genug gesteigert werden, um eine Verbrennung im Inneren des Motors bei magerem Abbrennen zu erhalten, oder um eine stabile Verbrennung mit einer hohen Abgasrückführungsmenge unter den Betriebsbedingungen des Motors zu erhalten, die obengenannten vorbestimmten Betriebsbedingungen des Motors ausgenommen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrenungsmotor mit einer Doppelansauganlage vorzusehen, die es bewirkt, daß eine Verbrennung mit magerer Abbrennung im Inneren des Motors oder eine stabile Verbrennung mit einer hohen Abgasrückführungsmenge im Inneren des Motors erreicht wird.

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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit Doppelansauganlage vorzusehen, die es bewirkt, eine hinlänglich hohe Wirbelbewegung im Inneren eines Zylinders zu erreichen, die ausreicht, um eine Verbrennung mit rascher Abbrennung eines mageren Luft-Treibstoffgemischs oder eines Treibstoffgemischs mit einer hohen Abgasrückführungsmenge während Motorbetriebsbedingungen zu erreichen, in denen nur eine Hauptansauganlage betrieben wird, und die es bewirkt, die Wirbelbewegung im Inneren des Zylinders während der Motorbetriebsbedingungen zu verringern, in denen auch eine Nebenansauganlage in Betrieb gesetzt wird, und zwar bis zu einem derartig niedrigen Ausmaß, daß ein hinlänglich hoher, auf das Volumen bezogener Wirkungsgrad des Motors bei diesen Betriebsbedingungen aufrechterhalten bleibt.

Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einera fremdgezündeten bzw. funkengezündeten Kolben-Verbrennungsmotor mit Doppelansauganlage, der im Inneren eines Zylin— derkopfes einen Hauptansaugkanal oder einen Hauptansaug— Öffnungskanal aufweist, um eine Strömungsmittelladung in einen Zylinder derart zu lenken, daß sie hierin einen Wirbel bildet, sowie einen Nebenansaugkanal oder einen Neben— ansaugöffnungskanal, um eine Strömungsmittelladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung zu lenken, daß die Wirbelbewegung der ersten Strömungsmittelladung behindert und verringert wird, um ein niedriges "Wirbelverhältnis" im Inneren des Zylinders zu erzielen und um hierbei den auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors bei einem hinlänglich hohen Wert zu halten. Ein Hauptdrosselventil ist vorgesehen, um die Strömungsmittelladungsmenge zu steuern, die in den Hauptansaugkanal eintritt, und ein Nebendrosselventil ist vorgesehen, um die Strömungsmittelladungsmenge zu steuern, die in den Nebenansaugkanal eintritt. Das Nebendrossselventil ist mit dem Hauptdrosselventil derart koordiniert, daß das Nebendrosselventil so lan-

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ge geschlossen bleibt, bis das Hauptdrosselventil weiter als ein vorbestimmter öffnungswinkel aufmacht. Unter Motorbetriebsbedingungen, in denen nur das Hauptdrosselventil öffnet, wird die Strömungsmittelladung aus dem Hauptansaugkanal unter einem hohen "Wirbelverhältnis" im Bereich von 1,5 bis 6 einen Wirbel bilden, während unter Motorbetriebsbedingungen, in denen sowohl Haupt— als auch Nebenansaugventil offen sind, die Strömungsmittelladung aus dem Nebenansaugkanal die Wirbelbewegung der Strömungsmittelladung aus dem Hauptansaugkanal behindern wird, um ein niedriges "Wirbelverhältnis" im Bereich von 0,5 bis 1 im Inneren des Zylinders zu erzeugen und um hierbei einen hinlänglich hohen, auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors beizubehalten.

Weitere Ziele der vorliegenden- Erfindung werden noch näher verständlich, wenn die Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen fortschreitet, in denen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, der in Fig. 2 gezeigt ist,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch den Motor ist, die in Fig. 1 gezeigt ist, durch eine Doppelansauganlage, eine Auspuffanlage, eine EGR- (Abgasrückführungs-) Anlage und eine Neben-Luftzuführungsanlage,

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die den Strömungsmittelstrom in einen Zylinder des in Fig. 1 gezeigten Motors zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem "Wirbelverhältnis" (0) der Ladung im Inneren des

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Zylinders und der Ladungsmenge im Inneren des Zylinders (%) zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem "Wirbelverhältnis" (0) und Ap/At zeigt, der im Zusammenhang zwischen der Wirksamkeit des Widerstands gegenüber dem Ansaugen (C ) und Ap/At, und den Zusammenhang zwischen der HC-Emission und Ap/At,

Fig. 6 ein Diagramm ist, das die Leistung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Motors zeigt,

Fig. 7 schematische Ansichten von Schnitten sind, die je^un weils einen modifizierten Verbrennungsraumaufbau des in Fig. 2 gezeigten Motors zeigen,

Fig. 9 die schematische Ansicht eines in Fig. 1 gezeigten Verbrennungsmotors sowie einer Doppelansauganlage mit Treibstoffeinspritzeinrichtungen ist, die so angeordnet sind, daß sie Treibstoff in die Haupt- und Nebenöffnungskanäle abgeben, die im Zylinderkopf angeordnet sind,

Fig. 10 die Ansicht eines Schnitts ist, der durch Linie X-X vorgenommen wurde, die in Fig. 9 gezeigt ist,

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Ansaugventil und ein Auspuffventil entfernt sind,

Fig. 12 die Ansicht eines Teilschnitts ist, der durch Linie XII - XII vorgenommen wurde, die in Fig. 11 gezeigt ist,

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Fig. 13 eine Ansicht längs eines Pfeiles XIII ist, der in Fig. 12 gezeigt ist, wobei jedoch das Ansaugventil entfernt ist,

Fig. 14 eine Ansicht ähnlich Fig. 12 ist und ein modifiziertes Teil eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors zeigt,

Fig. 15 eine Ansicht längs eines Pfeils XV ist, der in Fig. 14 gezeigt ist,

Fig. 16 eine schematische Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist,

Fig. 17 die Ansicht eines Teilschnitts eines Abschnitts des in Fig. 16 gezeigten Motors ist,

Fig. 18 die Ansicht eines Schnitts ist, der durch Linie XVIII - XVIII vorgenommen wurde, die in Fig. 17 gezeigt ist,

Fig. 19 die Ansicht eines Schnitts ähnlich Fig. 17 ist und ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors zeigt, und

Fig. 20 die Ansicht eines Schnitts ist, der durch Linie XX - XX vorgenommen wurde, die in Fig. 19 gezeigt ist.

Es wird nun Bezug auf Fig. 1 und 2 genommen; es ist ein fremdgezündeter Viertakt-Kolbenmotor gezeigt, der einen Zylinderkopf 1 aufweist, der über einem Ende eines jeden Zylinders angebracht ist, der in einem Zylinderblock 2 ausgebildet ist. Ein Kolben 3 ist hin- und herbeweglich im Inneren eines Zylinders des Zylinderblocks 2 angebracht, um einen halbkugeligen Verbrennungsraum 4 zu begrenzen. Der

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gesamte Verbrennungsraum 4 wird durch das Volumen des Spielraums zwischen der oberen Oberfläche des Kolbens 3 und der unteren Oberfläche des Zylinderkopfes 1 gebildet.

Der Zylinderkopf 1 weist einen Hauptansaugkanal oder Hauptansaugöffnungskanal 5, einen Nebenansaugkanal oder Nebenansaugöffnungskanal 6 und einen Auspufföffnungskanal 7 auf. Haupt- und Nebenkanal 5 und 6 erstrecken sich nach innen und unten durch den Zylinderkopf 1 von seiner einen Seitenwand her zu einem Haupteinlaßventil 8 bzw. einem Nebeneinlaßventil 9 hin. Diese Ventile 8 und 9 werden durch übliche Einrichtungen (nicht gezeigt) betätigt, um gemeinsam zu öffnen. Der Querschnitt des Haupteinlaßöffnungskanals 5 ist kleiner ausgebildet als der des Nebeneinlaßöffnungskanals 6. Der Auspuffkanal 7 erstreckt sich nach innen und unten durch den Zylinderkopf 1 von seiner gegenüberliegenden Seitenwand her zu einem Auslaßventil 10, das in der herkömmlichen Weise durch übliche Einrichtungen (nicht gezeigt) betätigt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Einlaßventile 8 und 9 innerhalb eines Bereichs auf derselben Seite angeordnet, von einer Mittellinie M aus gerechnet, die die Zylinderachsen der Zylinder des Zylinderblocks 2 schneidet, und das Auspuffventil 10 ist in einem Bereich auf der gegenüberliegenden Seite der Mittellinie M angeordnet.

Der Haupteinlaßöffnurigskanal 5, der Luft-Treibstoffgemisch während aller Betriebsbedingungen des Motors fördert, ist so geformt, daß er Luft-Treibstoffgemisch tangential in den Zylinder einleitet, um hierin rund um die Zylinderachse einen Wirbel zu bilden. Genauer gesagt, und wenn man Fig. 1 betrachtet, ist die Linie, die durch den mittleren Teil des Haupteinlaßkanals 5 hindurchführt, so gekrümmt, daß sie es dem Haupteinlaßkanal 5 gestattet, das Luft-Treibstoffgemisch tangential in den Zylinder abzugeben. Betrachtet man Fig. 2, dann ist der Winkel der Richtung des Luft-Treibstoffgemischs, das aus dem Hauptkanal 5 aus-

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tritt, bezüglich einer Ebene senkrecht nur Zylinderachse klein, um die Axialkomponente längs der Zylinderachse der Geschwindigkeit des Luft-Treibstoffgemischs zu verringern, das aus dem Hauptkanal 5 austritt.

Es kann auch eine andere Einlaßanordnung zum Erzeugen einer Wirbeltätigkeit für das Luft-Treibstoffgemisch im Inneren des Zylinders verwendet werden, wie etwa ein mit einer umhüllung versehenes Eaupteinlaßventil oder ein Haupteinlaßöffnungskanal mit einem Damm im Inneren. ■

Der Nebeneinlaßöffnungskanal 6, der das Luft-Treibstoffgemisch bei hohen Lasten fördert, ist so geformt, daß er Luft-Treibstoffgemisch in einer derartigen Richtung einleitet, daß die Wirbelbewegung des Luft-Treibstoffgemischs, das vom Haupteinlaßkanal 5 herstammt, behindert und verringert wird. Betrachtet man Fig. 2, dann ist ein Richtungswinkel des Luft-Treibstoffgemischs, das aus dem Nebenkanal 7 stammt, bezüglich der Ebene senkrecht zur Zylinderachse groß ausgebildet, um das Luft-Treibstoffgemisch wirksam in den Verbrennungsraum 4 während Betriebsbedingungen des Motcrs bei hohen Drehzahlen mit hohen Lasten einzulassen.

Die Wirbelbewegung des Luft-Treibstoffgemischs im Inneren des Verbrennungsraum 4 ist während des Motorbetriebs bei niedrigen Drehzahlen unter niedrigen Lasten am höchsten, nimmt jedoch während des Motorbetriebs bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten ab, um den auf das Volumen bezogene Wirkungsgrad des Motors und seinen thermalen Wirkungsgrad zu verbessern oder zu fördern.

Dies wird nachfolgend im einzelnen noch näher im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert. In Fig. 3 bezeichnet der Buchstabe ν den Kompcnentenvektor, der eine tangentiale Komponente einer Winkelgeschwindigkeit des wirbelnden Luf t-

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Treibstoffgemischs im Inneren des Verbrennungsraums 4 darstellt, während der Buchstabe u einen Komponentenvektor bezeichnet, der eine Axialkomponente längs der Zylinderachse der Winkelgeschwindigkeit darstellt. Nimmt man ein Verhältnis v/u und nennt man dieses Verhältnis das "Wirbelverhältnis ", dann wird eine gute Verbrennung erzielt, wenn das "Wirbelverhältnis" v/u =1,5-6 während des Motorbetriebs bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedriger und mittlerer Belastung, wobei Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum 4 nur aus dem Haupteinlaßöffnungskanal 5 eintritt, und wenn das "Wirbelverhältnis" v/u =0,5-1 während des Motorbetriebs bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten, wobei Luft-Treibstoffgemisch auch aus dem Nebeneinlaßöffnungskanal 6 derart eintritt, daß die Wirbelbewegung des Lüft-Treibstoffgemischs, das dem Haupteinlaßöffnungsventil 5 entstammt, verringert wird (siehe Fig..4). Die Verbrennung erreicht ein hinlängliches Niveau, wenn das "Wirbelverhältnis" für den Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen mit hoher Last etwa 1/2 oder die Hälfte des "Wirbelverhältnisses" für den Motorbetrieb bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten beträgt. Natürlich soll das "Wirbelverhältnis" für den Motorbetrieb bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten in dem obenerwähnten Bereich von etwa 1,5-6 liegen, so daß das "Wirbelverhältnis" für den Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen mit hohen Lasten im Bereich von etwa 0,75 bis 3 liegen soll. Die obere Grenze des Bereichs für das "Wirbelverhältnis" für Motorbetriebsbedingungen bei niedrigen und mittleren Drehzahlen ist auf etwa 6 festgesetzt, weil, wenn das "Wirbelverhältnis" für diese Motorbetriebsbedingungen einen größeren Wert annimmt, wie etwa einen Wert zwischen 6 und 10, der Einlaßwiderstand gegenüber dem Luftstrom übermäßig zunehmen wird und die Wirbelbewegung des Luft-Treibstoffgemischs im Inneren des Verbrennungsräumes 4 ihre Wirbelgeschwindigkeit zu sehr steigern wird, so daß sich eine harte Verbrennung und ein Abschrecken der Ver—

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- 16 brennungsflamme ergeben wird.

Wenn man das "Wirbelverhältnis" bestimmt, dann müssen auch die folgenden Faktoren zusätzlich zur Form des Einlaßöffnungskanals 5 berücksichtigt werden, wie etwa der wirksame Durchmesser des Einlaßventils 8 und sein Hub, die wesentliche Faktoren sind, um die Einströmgeschwindigkeit des Luft-Treibstoffgemischs zu bestimmen, das aus dem Einlaßöffnungskanal 5 in den Verbrennungsraum 4 einströmt.

Wenn beispielsweise die wirksame Fläche durch das Haupteinlaßventil 8, wenn es öffnet (Ap) (die wirksame Fläche ist eine Funktion des Ventildurchmessers und des Ventilhu— bes) ein Viertel (1/4) der Fläche eines einzigen Einlaßventils eines herkömmlichen Verbrennungsmotors beträgt, dann wird die Einströmgeschwindigkeit des Luft-Treibstoffgemischs aus dem Haupteinlaßventil 8 etwa das Vierfache der Einströmgeschwindigkeit des Luft-Treibstoffgemischs aus einem einzigen Einlaßventil betragen.

Die Gesamtheit (At) der wirksamen Fläche des Haupteinlaßventiles 8 und der des Nebeneinlaßventiles 9, wenn sie öffnen, wird etwa gleich der wirksamen Fläche eines einzigen Einlaßventils eines herkömmlichen Verbrennungsmotors festgesetzt, wenn es öffnet, der dieselben Charakteristiken aufweist und bei dem Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum aus einem einzigen Einlaßöffnungskanal gelangt, der mit einem einzigen Einlaßventil zusammenwirkt. Das Verhältnis des Durchmessers des Haupteinlaßventils 8 zum Durchmesser des Nebeneinlaßventils 9 liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 : 1 und 1:2. unter dieser Bedingung kann die Geschwindigkeit des einströmenden Luft-Treibstoffgemischs, das vom Haupteinlaßöffnungskanal herrührt, hinlänglich erhöht werden, um die gewünschte Verwirbelung für das Luft-Treibstoffgemisch im Inneren des Verbrennungsraumes 4 zu erzielen.

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Setzt man das Verhältnis des Durchmessers des Haupteinlaßventils 8 zum Durchmesser des Nebeneinlaßventils 9 in einem Bereich fest, wie er oben genannt ist, dann liegt ein Verhältnis das Ap/At der wirksamen Ventilöffnungsfläche Ap des Haupteinlaßventils 8 zur Gesamtfläche At aus der wirksamen Ventilöffnungsfläche des Haupteinlaßventils 8 und der des Nebeneinlaßventils 9 in einem Bereich von 0,2^ Ap/At ^ 0,5. Wie in Fig. 5 deutlich gezeigt ist, sind, wenn das Verhältnis Ap/At in den obenerwähnten Bereich fällt, die Emission von HC und der Wirkungsgrad des Ansaugwiderstandes Cv hinlänglich niedrig. Wenn es gewünscht ist, die Geschwindigkeit des einströmenden Luft-Treibstoffgemischs zu erhöhen, das vom Haupteinlaßöffnungskanal 5 herrührt, dann wird der Ventilhub für das Haupteinlaßventil 8 kleiner eingestellt als der Ventilhub für das Nebeneinlaßventil 9.

Da die Dauer der Wirbelbewegung im Inneren des Verbren— nungsraumes 4 zunimmt, wenn die Geschwindigkeit des einströmenden Luft-Treibstoffgemischs aus dem Haupteinlaßöffnungskanal 5 zunimmt/ sollte das Verhältnis des Durchmessers des Haupteinlaßventils 8 zum Durchmesser des Nebeneinlaßventils 9 im vorerwähnten Bereich festgesetzt werden, um die Wirbelbewegung bis zum letzten Stadium des Kompressionstaktes des Kolbens 3 aufrechtzuerhalten.

Ansaugverzweigerkanäle 12 und 13 stehen mit ihren einen Enden in Verbindung mit den Einlaßöffnungskanälen 5 bzw. 6 und weisen entgegengesetzte Enden auf, die mit einem Hauptansaugkanal 15 und einem Nebenansaugkanal 16 eines Verbundvergasers 14 mit zwei Trommeln bzw. zwei Gehäusen in Verbindung stehen.

Ein Hauptdrosselventil 17 des Vergasers 14 steht über eine mechanische Koppelung (nicht gezeigt) in. Verbindung mit einem Gaspedal (nicht gezeigt), so daß es durch die Handhabung des Gaspedales betätigt werden kann, während ein

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Nebendrosselventil 18 durch eine Membranvorrichtung 19 derart betätigt wird, daß die öffnung des Nebendrosselventils 18 beginnt, nachdem das Hauptdrosselventil 17 hinlänglich weit geöffnet hat.

Die Membranvorrichtung 19 ist in Abhängigkeit vom Unterdruck betätigbar, der aus dem jeweiligen Düsenunterdruck im Inneren einer Hauptdüse 20 bzw. einer Nebendüse 21 resultiert. Eine Unterdruck- oder Antriebskammer 24, die von einer atmosphärischen Kammer durch eine Membran getrennt ist, steht mit beiden Düsen 20 und 21 über einen Unterdruckkanal 22 in Verbindung, um die Unterdrücke in der Haupt- und Nebendüse 20 und 21 einzuleiten. Eine Betätigungsstange 25, die fest am einen Ende an der Membran 23 angebracht ist, ist mit einem Wellenhebel 26 gekoppelt, und eine Feder, die in der Unterdruckkammer 24 angeordnet ist, drückt die Betätigungsstange 25 und das Nebendrosselventil 18 so lange in die dargestellte Stellung, als der resultierende Unterdruck, der in die Unterdruckkammer eingeleitet wird, niedriger ist als ein vorbestimmter Wert. Wenn der Motor bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten arbeitet, wobei der resultierende Unterdruck höher ist als der vorbestimmte Wert, dann wird das Nebendrosselventil 18 geöffnet, wenn der resultierende Düsenunterdruck zunimmt.

In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 27 und 28 Treibstoff düsen, die mit der Haupt- und Nebendüse 20 bzw. 21 in Verbindung stehen. Diese Treibstoffdüsen stehen mit einer Schwimmkammer 30 in Verbindung.

Für den Motorbetrieb bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten, wobei nur das Hauptdrosselventil 17 zum öffnen wirksam ist, ist das Luft-Treibstoffverhältnis A/F auf einen Wert im Bereich zwischen 13 und 22 eingestellt, um eine Verbrennung mit ma-

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gerer Abbrennung im Motor zu bewirken und um den wirtschaftlichen Treibstoffverbrauch zu verbessern. Vorzugsweise ist das Luft-Treibstoffverhältnis A/F der Ladung aus Luft-Treibstoffgemisch im Inneren des Verbrennungsraumes 4 etwa bei 15 festgesetzt, was geringfügig größer oder magerer ist als das stöchiometrische Gemisch (A/F =14,7), wobei man die Menge der Abgasrückführung in Betracht zieht, die im einzelnen noch später beschrieben wird.

Für den Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten, wobei das resultierende Gemisch verbrannt wird, das aus Haupt- und Nebeneinlaßöffnungskanälen 5 und 6 stammt, ist das Luft-Treibstoffverhältnis A/F der Ladung aus Luft-Treibstoffgemisch im Inneren des Verbrennungsraumes 4 auf einen Wert im Bereich zwischen 12 und 18 eingestellt, um den Motor zu veranlassen, eine hinlänglich hohe Leistungsabgabe zu erzielen. Vorzugsweise wird das Luft-Treibstoffverhältnis A/F auf einen Wert im Bereich zwischen 13 und 14 eingestellt.

Wenn der Motor arbeitet, während nur das Hauptdrosselventil 17 öffnet, dann wurden die Abgasemissionen beträchtlich verringert, ohne daß der wirtschaftliche Treibstoffverbrauch verschlechtert wurde, weil während dieser Motorbetriebsbedingung dank der hinlänglich hohen Wirbelbewegung die stabile Verbrennung der Ladung, die eine hohe Menge an Abgasen sowie ein mageres Luft-Treibstoffgemisch enthält, möglich ist.

Wenn der Motor bei hohen Lasten arbeitet, in denen das Nebeneinlaßventil 18 ebenfalls wirksam wird, um Luft-Treibstoffgemisch an den Motor zu liefern, dann wird die Leistungsabgabe bei voll offener Drosselklappe vom Motor auf eine hinlängliche Höhe gesteigert, weil die Ladung aus

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Luft-Treibstoffgemisch im Inneren des Verbrennungsraumes 4 fetter wurde und die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraumes 4 verringert wurde, um den Einlaßwiderstand zu verringern.

Die Abgasrückführung wird nach einem aufgestellten Muster gesteuert, wobei ein Beispiel in Fig. 6 gezeigt ist. Fig. 6 zeigt die Leistung des Motors, wobei das aufgestellte Muster der Abgasrückführung dargestellt ist.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; mit einem Auspuffrohr 31 ist an einer Stelle stromaufwärts bzw. oberhalb einer katalytischen Vorrichtung oder eines Wandlers (ein katalytischer Oxidationswandler) 32 eine Abgasrückführungsleitung 33 (EGR-Leitung) angeschlossen. Die EGR-Leitung 33 führt vom Auspuffrohr 31 zum Hauptverzweigerkanal 12, um einen Teil des Abgases, das durch das Auspuffrohr 31 strömt, zum Hauptverzweigerkanal 12 zu überführen. Ein Abgasrückführ-Steuerventilteil 34 ist in der EGR-Leitung 33 angeordnet und wirkt mit einem Ventilsitz 34a zusammen, der in der EGR-Leitung 33 vorgesehen ist. Die Strömung der Abgase, die durch die EGR-Leitung 33 hindurchtritt, wird in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad gesteuert, der durch das EGR-Steuerventilteil 34 vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 6 verständlich wird, erreicht die EGR-Menge (Abgasrückführungsmenge) einen Höchstwert (beispielsweise 25%), wenn der Motor bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedriger und mittlerer Belastung arbeitet, und nimmt allmählich ab, wenn die Motordrehzahl gegenüber dem Motorbetrieb bei niedriger und mittlerer Drehzahl zu- oder abnimmt, wenn das Motordrehmoment das gleiche ist, oder wenn das Motordrehmoment gegenüber dem Motorbetrieb bei niedriger und mittlerer Drehzahl zunimmt, wenn die Motor— drehzahl gleich bleibt. Vorzugsweise soll die EGR-Menge

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nach dem obenbeschriebenen Muster gesteuert werden. Zu
diesem Zweck ist ein Steuerventil 35 vorgesehen, um ein
Unterdrucksignal zu erzeugen, mit dem das EGR-Steuerventil 34 betreibbar ist. Das Steuerventil 35 steuert oder
reguliert die Höhe des Unterdrucksignals in Abhängigkeit vom Abgasdruck und Düsenunterdruck.

Das Steuerventil 35 (siehe Fig. 2) weist eine Druck-Ausgleichkammer 36 vor, die an einer Stelle in der EGR-Lei— tung 33 zwischen dem Ventilsitz 34a, der mit dem EGR-Steuerventilteil 34 zusammenwirkt, und einer Blende 46
vorgesehen ist, die in der EGR-Leitung 33 stromaufwärts
vom Ventilsitz 34a vorgesehen ist, sowie eine Antriebsdruckkammer 37, die mit der Hauptdüse 15 in Verbindung
steht, um den Düsenunterdruck einzuleiten, der in dieser erzeugt wird. Das Steuerventil weist auch drei miteinander gekoppelte Membranen 38, 39 und 40 sowie eine Unterdruckleitung 41 auf, die sich mit dem einen Ende in den
Hauptverzweigerkanal 12 öffnet und mit einem entgegengesetzten Ende 42 in einer Druckregulierkammer oberhalb
der Membran 40 angeordnet ist, die zur Umgebung über öffnungen (kein Bezugszeichen) belüftet ist, und das entgegengesetzte Ende 42 der Unterdruckleitung 41 ist hinlänglich nahe an einem Ventilteilabschnitt an der Membran 40 angebracht, um hierbei ventilartig verschlossen zu werden. Eine Leitung, die von der Unterdruckleitung 41 zwischen einer Blende, die in der Leitung 41 angeordnet ist, und dem entgegengesetzten Ende 42 abzweigt, führt zu
einer Ünterdruckantriebskammer 43 für das EGR-Steuerventil 34. Die Luftmenge, die in die Unterdruckleitung 41
zur Ünterdruckantriebskammer 43 hin eingelassen wird,
wird in Abhängigkeit vom Öffnen oder Schließen des entgegengesetzten Endes 42 durch den Ventilteilabschnitt an der Membran 40 gesteuert. Auf diese Weise wird das Unterdrucksignal, das der Ünterdruckantriebskammer 43 für das EGR-Steuerventil 34 zugeführt wird, gesteuert.

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Mit dem Unterdrucksignal, wie es durch das Steuerventil 35 gesteuert wird, wird das EGR-Steuerventil 34 durch eine Membran 45 betätigt, die auf dieses Unterdrucksig— nal anspricht, um den zugehörigen Ventiloffnungsgrad derart zu steuern, daß, wenn der Düsenunterdruck in der Hauptdüse 15 zunimmt, der Druck stromabwärts von der Blende 46 und stromaufwärts vom Ventilsitz zunehmen wird. D.h., daß der Druck stromabwärts von der Blende 46 und stromaufwärts vom Ventilsitz 34a abnehmen wird, wenn die Einlaßluftströmung durch die Hauptdüse 15 zunimmt.

Mit dem EGR-Steuerventil 34 wird die Menge an Abgasen, die durch die EGR-Leitung 33 hindurchströmen, im Verhältnis zum Druckunterschied zwischen dem Gegendruck stromaufwärts von der Blende 46 und dem Druck im Inneren eines Bereichs stromabwärts von der Blende 46 und stromaufwärts vom Ventilsitz 34a geändert. Da sich der Auspuff— gegendruck im Verhältnis zu einer Änderung der Menge der Einlaß luftströmung durch die Hauptdüse 15 verändert, wird die Menge der Abgase, die zurückzuführen sind, in Abhängigkeit von dieser Ansaugluftströmung geändert.

Um einen Ausgleich für diese Änderung der Menge der rückgeführten Abgase infolge der Änderung des Motoransaugunterdrucks herzustellen, der auf den stromabwärts gelegenen Bereich im Inneren der EGR-Leitung 33 des EGR-Steuerventilteils 34 übertragen wird, wird der Druck im Inneren des Bereichs stromabwärts von der Blende 46 und stromaufwärts vom Ventilsitz 34a der Ausgleichsdruckkammer 36 zugeführt. Eine Zunahme beim Motoransaugunterdruck beispielsweise, die die übermäßige Rückführung der Abgase einleitet, veranlaßt die Membran 38, sich derartig zu senken, daß das Unterdrucksignal, das der Kammer 43 zugeführt wird, verringert wird, wodurch das EGR-Steuerventil 34 veranlaßt wird, seine Ventilöffnung zu verengen oder zu verringern.

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Wenn der Motor in einem Betriebszustand arbeitet, in dem die Menge der Ansaugluft durch die Hauptdüse 15 klein ist (die Motorbetriebsbedingung bei niedrigen Drehzahlen mit niedrigen Lasten), dann wird der Ventilöffnungsgrad des EGR-Ventilteils 34 niedriger gehalten als ein niedriger Wert unter Wirkung einer vorher eingestellten Membranfeder 47, so daß die EGR-Menge in diesem Betriebszustand so gering ist, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Wenn der Motor in einem Betriebszustand arbeitet, in dem die Menge der Ansaugluft durch die Hauptdüse 15 groß ist (der Motorbetriebszustand bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten) , dann wird die Strömungsgeschwindigkeit durch die Blende 46 die Schallgeschwindigkeit erreichen, so daß die EGR-Menge abnimmt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Dies liegt daran, daß selbst dann, wenn die Luftströmung noch weiter zunimmt, die Menge der Abgase, die durch die Blende 46 hindurchströmen, nicht zunehmen kann, da die Strömungsgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit erreicht.

Der Vorteil, der sich von der Tatsache herleitet, daß ein Teil der Abgase zurückgeführt und in den Hauptkrümmerkanal 12 eingeleitet wird, liegt darin, daß die Menge des Strömungsmittelstromes durch den Hauptverzweigerkanal 12 entsprechend der Menge der Abgase erhöht wird, die in den Hauptverzweigerkanal 12 eingeleitet werden, so daß die Wirbelbewegung dementsprechend verstärkt werden kann. Als Ergebnis liefert dies einen erheblichen Beitrag zur stabilen Verbrennung.

Falls gewünscht, kann ein Teil der Abgase auch in den Nebenverteilerkanal 13 eingeleitet werden. Wenn die Abgase in den Nebenverzweigerkanal 13 eingeleitet werden, dann wird der Ansaugunterdruck am Nebeneinlaßöffnungskanal 6 entlastet oder verringert, wodurch ein erheblicher Beitrag zum Verhindern der Rückwärtsströmung in den Öffnungskanal 6 hinein geleistet wird. Wenn allerdings die rück-

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geführten Abgase auch in den Nebenverzweigerkanal 13 eingeleitet werden, dann wird die Ladung von dem Nebenverzweigerkanal 13 auf die vom Hauptverzweigerkanal 12 kräftig auftreffen, verglichen mit dem Fall, in dem die Abgase nicht in den Nebenverzweigerkanal 13 eingeführt werden, und es wird hierbei wirksam die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraumes 4 verringert. Das Verhältnis zwischen der EGR-Menge und A/F ist von Fahrzeug zu Fahrzeug in Abhängigkeit von seiner Verwendung unterschiedlich. Für ein Fahrzeug, das beispielsweise für die Verwendung im Stadtbereich ausgelegt ist, in dem die Regulierung des NOx ein strenges Erfordernis ist, wird die EGR-Menge auf etwa 20% und A/F auf einen Wert zwischen 13 und 17 festgesetzt, während für ein Fahrzeug, das für die Verwendung im ländlichen Bereich ausgelegt ist, in dem die NOx-Regulierung nicht so strengen Erfordernissen unterliegt, die EGR-Menge etwa 10% und A/F zwischen 16 und 18 beträgt.

Es wird nun auf die Anbringungsstelle der Zündkerze 48 Bezug genommen; die Zündkerze 48 ist am Zylinderkopf derart angebracht, daß ihre Elektrode mit dem Verbrennungsraum 4 an der geneigten Wand in Verbindung steht, die der geneigten Wand gegenüberliegt, an der das Haupteinlaßventil 8 angeordnet ist, um eine Anordnung zu erzielen, bei der die wirbelnde Luft, die von dem Einlaßöffnungskanal 5 herstammt, gegen die Zündkerzenelektrode auftreffen wird, um einen Bereich rund um diese zu spülen.

Falls gewünscht, ist ein zufriedenstellender Betrieb des Motors mit einem Verbrennungsraum 4a mit halbkugeliger Ausbildung (siehe Fig. 7)oder einen Verbrennungsraum 4b (siehe Fig. 8) möglich. Jeder dieser Verbrennungsräume 4a und 4b wird durch einen Rotationskörper einer Erzeugenden um die Zylinderachse derart gebildet, daß die La—

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dung selbst dann einen Wirbel bildet, wenn der Kolben 52 ansteigt und sich der oberen Totpunktstellung während des Kompressionstaktes nähert.

Um die Ladung zu veranlassen, mit einer erhöhten Geschwindigkeit am Ende des Kompressionstaktes zu wirbeln, ist eine Quetschzone, wie sie in Fig. 7 und 8 an der Stelle 50 bzw. 51 gezeigt ist, vorgesehen, um am Ende des Kompressionstaktes das Gemisch zur Zylinderachse zu drücken.

Im Fall des Verbrennungsraumes 4a, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, weist der Zylinderkopf eine Wand auf, die eine kugelige Vertiefung begrenzt, und der Kolben weist eine flache Oberfläche an seiner Oberseite auf, mit einem Ringabschnitt, der die flache Oberfläche umgibt. Der Ringabschnitt des Kolbens und die Wand des Zylinderkopfes, die die kugelige Vertiefung begrenzt, legen zwischeneinander eine ringförmige Quetschzone 50 fest.

Im Fall des Verbrennungsraumes 4b, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist der Verbrennungsraum 4b durch das Volumen des Spielraums zwischen der unteren flachen Oberfläche des Zylinderkopfes und der oberen Oberfläche des Kolbens 52 sowie durch einen Hohlraum 53 gebildet, der im Kolben 52 gebildet ist.

Wenn die Quetschzone, wie etwa die Zone 50 oder 51, übermäßig groß ist undeine übermäßig starke Quetschwirkung verursachen kann, so daß die Verbrennungsflamme abgeschreckt wird, sollte die geeignete Flächengröße der Quetschzone so bestimmt werden, daß man die Auswirkung der Wirbeltätigkeit der Bewegungsströmung des Gemischs in Rechnung zieht.

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- 26 Der Betrieb des vorher beschriebenen Motors ist wie folgt:

Wenn der Motor bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten arbeitet, dann wird das Einleiten von Luft-Treibstoffgemisch über den Haupteinlaßöffnungskanal 5 bewirkt, weil das Hauptdrosselventil 17 bei dieser Motorbetriebsbedingung alleine offen ist.

Unter dieser Betriebsbedingung wird, weil der Einlaßöffnungskanal 5 als Wirbelöffnung dient um dem einströmenden Gemisch eine Kraft mitzuteilen, um es zu veranlassen, daß es im Inneren des Verbrennungsraumes 4 einen Wirbel bildet, und weil die Geschwindigkeit des einströmenden Gemischs durch die verringerte wirksame Öffnungsfläche des Einlaßventils 8 in hinlänglichem Maße erhöht ist, die hinlänglich kräftige Verwirbelung der Gemischladung im Inneren des Verbrennungsraums 4 während des Kompressionstaktes aufrechterhalten. Mit dieser kräftigen Wirbelbewegung werden die Treibstofftröpfchen in zufriedenstellendem Maße vergast. Da die Wirbelbewegung bis zum Beginn des Expansionstaktes aufrechterhalten bleibt, wird die Flammausbreitung beschleunigt. Als Resultat dieser Vorgänge stellt sich eine stabile Verbrennung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten ein.

Da, wie oben erörtert, die Randbedingungen für die Verbrennung verbessert sind, ist eine stabile Verbrennung mit einem magereren Gemisch als dem stöchiometrischen oder eine stabile Verbrennung mit Luft-Treibstoffgemisch möglich, das ein A/F-Verhältnis (Luft-/Treibstoffverhältnis) von etwa 15 mit hoher Abgasrückführung aufweist. Demzufolge ist es möglich, die giftigen Bestandteile der Abgase, insbesondere NOx bzw. Stickoxide, aus dem Motor beträchtlich zu verringern, während der Motor bei niedrigen und mittleren Drehzahlen mit niedrigen und mittleren Lasten arbeitet (dieser Betriebsbereich wird häufig ver-

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wendet), wobei Fahrverhalten bzw. Fahrfähigkeit und wirtschaftlicher Treibstoffverbrauch gut sind.

Wenn das Luft-Treibstoffgemisch auch vom Nebenluftöffnungskanal 6 zugeführt wird, während der Motor in einem Motorbetriebsbereich bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten eintritt/ wenn das Nebendrosselventil 18 beginnt, sich zu Öffnen, dann wird der StrömungsmitteIstrom aus dem Nebenöffnungskanal 6 in den Verbrennungsraum 4 gerichtet, um die Wirbelbewegung des Luft-Treibstoffgemischs aus dem Hauptöffnungskanal 5 zu behindern und zu verringern. Als Ergebnis wird die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraumes 4 in beträchtlicher Weise während dieses Motorbetriebszustandes mit hoher Drehzahl und hoher Last verringert.

Da der Nebeneinlaßöffnungskanal 6 bezüglich einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse einen großen Winkel aufweist, verglichen mit dem Haupteinlaßöffnungskanal 5, ist die Wirksamkeit der Einleitung des Luft-Treibstoffgemischs durch den Nebenlufteinlaßöffnungskanal 6 höher als durch den Hauptlufteinlaßöffnungskanal 5. Da die Menge des Gemischs/ das vom Nebeneinlaßöffnungskanal 6 zugeführt wird, größer ist als die vom Haupteinlaßöffnungskanal 5, ist die Wirksamkeit der Einbringung bzw. der Füllungsgrad während der Motortätigkeit bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten erhöht, verglichen mit dem während des Motorbetriebszustandes, bei dem nur der Haupteinlaßöff-. nungskanal 5 in Tätigkeit ist.

Wenn unter Motorbetriebsbedingungen mit hoher Drehzahl und hoher Last die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraums 4 bis zum selben Ausmaß erhöht wäre wie die, die für den Motorbetrieb bei niedrigen Drehzahlen geeignet ist, dann würde die Verbrennung mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit stattfinden, so daß ein wesentli-

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eher Anteil der Wärme, die von der Verbrennung erzeugt wird, veranlaßt würde, zum Körper des Motors abgeleitet zu werden. Als Ergebnis nähme ein Kühlungsverlust zu, wobei dementsprechend die Wärmeübertragung zum Motorkühlmittel erhöht wird.

Es wird nun verständlich, daß, da das einströmende Gemisch aus dem Nebeneinlaßöffnungskanal 6 die Behinderung und Verringerung der Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraumes 4 unter Motorbetriebsbedingungen bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten bewirkt, der Kühlungsverlust zum Kühlen des Motors verringert wird, wodurch der thermale Wirkungsgrad des Motors in diesem Betriebszustand erhöht wird.

Es ist deshalb möglich, den Motor zu veranlassen, eine Leistungsabgabe zu erbringen, die hoch genug ist, daß sie bei Motorbetrieb im Bereich der weit offenen Drosselklappe über oder auf einem annehmbaren Niveau liegt, wegen einer Zunahme im auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors und wegen einer Abnahme im Kühlungsverlust.

Um den auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad zu erhöhen, soll die Ventilüberdeckung zwischen dem Nebeneinlaßventil 9 und dem Auslaßventil 10 vorzugsweise groß sein. Die Ventilüberdeckung zwischen dem Haupteinlaßventil 8 und dem Auslaßventil 10 soll vorzugsweise klein oder Null sein, um Restabgase im Zylinder zu verringern, um die Verbrennung bei niedrigen Drehzahlen und niedrigen Lasten zu stabilisieren.

Um den obengenannten Anforderungen zu genügen, sind zwei getrennte, unabhängige Ventilbetätigungsmechanismen (Nokken, Kipphebel) für das Einlaßventil 8 bzw. 9 erforderlich, wodurch der komplizierte Aufbau erhöht wird. Wenn es nun gewünscht ist, diesen komplizierten Aufbau zu ver-

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meiden, sind die Ventilzeitpunkte von Haupt- und Nebeneinlaßventil 8 und 9 auf dieselben Zeitpunkte eingestellt, die zwischen einem geeigneten Zeitpunkt für das Haupteinlaßventil 8, um den bevorzugten Zuordnungen mit dem Auslaßventil 10 zu genügen, und einem geeigneten Zeitpunkt für das Nebeneinlaßventil 9 liegen, um den bevorzugten Zuordnungen mit dem Auslaßventil 10 zu genügen, und es wird ein gegabelter Kipphebel verwendet, der zwei Finger zur wirksamen Anschlagberührung mit dem Haupt- bzw. Nebeneinlaßventil 8 bzw. 9 aufweist, um diese Ventile gleichzeitig zu betätigen.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Ausbildung von NOx infolge der Verbrennung mit hoher Abgasrückführung oder infolge der Verbrennung mit magerer Abbrennung abgesenkt wird. Ferner wird eine Verringerung von HC und CO durch die oxidierende Reaktion in einem katalytischen Wandler 32 erreicht.

Um Sekundärluft in die Abgase einzuleiten, wenn das Luft-Treibstoffgemisch fetter eingestellt ist als das stöchiometrische Gemisch, ist ein Sekundärluftzufuhrkanal 54 mit dem einen Ende am Auspuffrohr 31 angeschlossen, und ein Blättchen- bzw. Klappventil 55 ist vorgesehen. Das Klappenventil 55 spricht auf Druckstöße der Auspuffgase an, um das Einleiten von Umgebungsluft in die Auspuffgase zu gestatten.

Es wird nun auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen; ein anderes Ausführungsbeispiel wird beschrieben, bei dem anstelle eines Vergasers 14 eine Treibstoffeinspritzanlage verwendet wird.

Treibstoffeinspritzdüsen 65 und 66 sind für einen Hauptverzweigerkanal 12' bzw. einen Nebenverzweigerkanal 13' vorgesehen. Obwohl nicht gezeigt, sieht ein Treibstoff-

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einspritzsteuerumlauf einen Treibstoffeinspritzimpuls auf herkömmliche Weise für diese Treibstoffeinspritzdüsen 65 und 66 vor, um diese zu veranlassen, Treibstoff in Übereinstimmung mit der Menge der Ansaugluft abzugeben.

Die Treibstoffeinspritzdüse 65 für den Hauptverzweigerkanal 12' ist während aller Motorbetriebsbedingungen tätig, um Treibstoff abzugeben, jedoch die Treibstoffeinspritzdüse 66 für den Nebenverzweigerkanal 13' ist nicht wirksam, während ein Sekundärdrosselventil 18' geschlossen ist. Die Treibstoffeinspritzdüse 66 ist während der Motorbetriebsbedingungen wirksam, in der das Nebendrosselventil 18' öffnet.

Die Betriebsart des Hauptdrosselventils 17* und die des Nebendrosselventils 18' sind im wesentlichen dieselben wie ihre Gegenstücke beim Vergaser 14. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist ein Luftstromfühler stromaufwärts von diesen. Drosselventilen 17' und 18' vorgesehen, um die Menge der Ansaugluft festzustellen, die dem Motor zugeführt wird.

Die Treibstoffeinspritzdüse 66 für den Nebenverzweigerkanal kann weggelassen werden, so daß der Treibstoff nur von der Treibstoffeinspritzdüse 65 alleine zugeführt wird. Wenn die Treibstoffeinspritzdüse 66 weggelassen ist, dann wird die Steuerung der Einspritztreibstoffmenge in Übereinstimmung mit der Ansaugluftmenge vereinfacht. Wenn zwei Einspritzdüsen 65 und 66 vorgesehen sind, ist es notwendig, die Gesamtmenge der Treibstoffeinspritzung aus der Treibstoffeinspritzdüse 65 und die aus der Treibstoffeinspritzdüse 66 in Übereinstimmung mit der Menge der Ansaugluft zu steuern, wodurch die Steuerschaltung bzw. der Steuerumlauf komplizierter wird.

Fig. 11 bis 13 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Hauptlufteinlaßöffnungskanal 5¹ und ein Nebenlufteinlaßöffnungskanal 6¹ mittels eines gemeinsamen Einlaßven-

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tils 57 verschlossen sind.

Eine kreisringförmige Trennwand oder ein kurzes Rohr ist vorgesehen, und der Haupteinlaßöffnungskanal 5' steht mit der Außenseite der ringförmigen Trennwand 58 in Verbindung, während der Nebeneinlaßöffnungskanal 6¹ mit der Innenseite der ringförmigen Trennwand 58 in Verbindung steht. Der Haupteinlaßöffnungskanal 5' steht somit mit dem Verbrennungsraum 4 an einer ringförmigen Öffnung rund um die ringförmige Trennwand 58 in Verbindung, und der Nebeneinlaßöffnungskanal 6' steht mit dem Verbrennungsraum 4 an einer kreisförmigen Öffnung im Inneren der ringförmigen Trennwand 58 in Verbindung. Der Haupteinlaßöffnungskanal 5' ist so gekrümmt, daß er Luft-Treibstoffgemisch tangential in den Zylinder einleitet, um im Inneren des Verbrennungsraumes 4 einen Wirbel zu bilden. Der Haupteinlaßöffnungskanal 5' weist hinsichtlich einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse einen kleinen Winkel auf , verglichen mit dem Nebeneinlaßöffnungskanal 6', und zwar aus demselben Grund, wie er hinsichtlich der Figuren 1 und 2 dargelegt ist.

Wenn das Einlaßventil 57 geschlossen wird, dann tritt eine ringförmige Ventilfläche 60 am Rücken des Ventilteiles des Einlaßventils 57 fest in Eingriff mit einem Ventilsitz 60. Der Ventilsitz 60 ist mit Preßsitz in den Zylinderkopf koaxial zur ringförmigen Trennwand 58 eingesetzt. Die ringförmige Trennwand 58 steht außer Eingriff mit der rückwärtigen Fläche des Ventilteils des Einlaßventils 57, und wenn sich das Ventil 57 in einer geschlossenen Stellung befindet, so daß ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Ende der ringförmigen Trennwand 58 und dem Ventilteil des Einlaßventils 57 verbleibt. Dieser Zwischenraum ist allerdings hinlänglich klein oder eng, um ein Vermischen der Strömungsmittel zwischen Haupt- und Nebeneinlaßöffnungskanal zu vermeiden.

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Falls gewünscht, sind zwei Ventilsitze 61 und 62, die durch mehrere Brücken 67 (siehe Fig. 15) miteinander verbunden sind, vorgesehen, wie dies in Fig. 14 und 15 gezeigt ist. Das Ventilteil des Einlaßventils 57 ist mit zwei Ventilflächen für den eng zusammenwirkenden Eingriff mit den Ventilsitzen 61 bzw. 62 ausgebildet. Wenn das Einlaßventil 57 geschlossen ist, sind auch Haupt- und Nebeneinlaßöffnungskanal 5' und 6¹ geschlossen.

Die Verwendung des Einlaßventils, wie es in Fig. 11 bis 13 oder 14 und 15 gezeigt ist, wird zu einer Vereinfachung des Ventilbetätigungsmechanismus des Motors beitragen .

Vorzugsweise, wie in Fig. 16 bis 18 gezeigt, ist eine Führungsschaufel oder Führungswand 70 an der Außenseite der ringförmigen Trennwand 58 angeordnet, um das Luft-Treibstoffgemisch, das durch den Haupteinlaßöffnungskanal 5' strömt, so zu lenken, daß es in einer Richtung rund um die ringförmige Trennwand 58 beim Eintritt in den Verbrennungsraum 4 strömt. Dadurch, daß die Führungswand 70 vorgesehen ist, wird der Teil des Luft-Treibstoffgemischs unterbunden, der sonst rund um die ringförmige Führungswand in der entgegengesetzten Richtung strömen würde.

Die Führungswand 70 weist eine Neigung auf, um das Luft-Treibstoffgemisch zu veranlassen, rund um die ringförmige Trennwand 70 nur in einer Richtung zu strömen.

Vorzugsweise erstreckt sich die Führungswand 70 so, daß ihre hintere oder stromabwärts gelegene Kante nahe der Rückenfläche des Einlaßventils 57 angeordnet ist (siehe Fig. 17).

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Vorzugsweise ist eine andere Führungsschaufel oder Führungswand 72 an der Außenseite der ringförmigen Trennwand 58 stromabwärts von der Führungswand 70 hinsichtlich der Strömung rund um die ringförmige Trennwand 58 vorgesehen, wie in Fig. 19 und 20 gezeigt ist. Durch das Anordnen einer anderen Führungswand 72 wird die Wirbelbewegung im Inneren des Verbrennungsraums 4 erhöht.

Obwohl bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Zeitpunkt, bei dem das Nebendrosselventil aufmacht, in Abhängigkeit von der Motorbelastung eingestellt wird, ist es möglich, den Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Motordrehzahl oder des gewählten Ganges des dem Motor beigeordneten Getriebes einzustellen.

Vorzugsweise ist der Zeitpunkt, bei dem das Nebendrosselventil zu öffnen beginnt, dann gewählt, wenn die Menge der Ansaugluft 30 bis 40% der Höchstluftmenge erreicht, die dem Motor zugeführt werden kann.

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Claims

PATEfJTAN WALTE A. H. KINKELDEY DRJNGl W. STOCKMAlR DK-KIG. · AeE(CMJEO* K. SCHUMANN Dft. BER NAT. · OU=1_-PH« P. H. JAKOB e. BEZOLD OR HER NAT- DIfL-CHHUl 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE A3 15. Dez. 1978 P 13 362 Nissan Motor Company, Limited No. 2, Takara-cho, Kanagavia-ku, Yokohama City, Japan Ansprüche

1.j Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- einen Zylinderblock, in dem ein Zylinder ausgebildet ist,

- einen Kolben, der in entgegengesetzten Richtungen beweglich im Zylinder angebracht ist,

- einen Zylinderkopf, der über einem Ende des Zylinders angeordnet ist,

- eine Hauptansauganlage (5, 12), die dazu eingerichtet ist, eine erste Strömungsmittelladung in den Zylinder während aller Betriebsbedingungen des Motors einzuleiten, um im Zylinder einen Wirbel zu bilden, und

- eine Nebenansauganlage (6, 13), die dazu eingerichtet ist, eine zweite Strömungsmittelladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung einzuleiten, daß die Wirbelbewegung der ersten Strömungsmittelladung behindert wird, um hierbei eine Verwirbelung vorzusehen, die hin-

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TBLCFON-{Öse)-32 OB O2 TELEX 00-30380 TeLEQRAMME MONAPAT TCLEKOPIEBtR

^ ORIGINAL INSPECTED

länglich niedrig ist, um bei bestimmten Betriebsbedingungen des Motors den auf das Volumen bezogenen Wirkungsgrad des Motors bei einem hinlänglich hohen Wert zu halten.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Zylinderkopf in seinem Inneren einen Haupteinlaßkanal (5) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die erste Strömungsmittelladung tangential in den Zylinder zu lenken, um hierin einen Wirbel zu bilden, sowie ein Haupteinlaßventil (8), das in entgegengesetzten Richtungen beweglich hierin angebracht ist und zu dem der Hauptansaugkanal führt,

- daß der Zylinderkopf in seinem Inneren einen Nebeneinlaßkanal (6) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die zweite Strömungsmittelladung in den Zylinder in einer derartigen Richtung zu lenken, daß die Verwirbelung der ersten Strömungsmittelladung behindert wird, sowie ein Nebeneinlaßventil (9), das in entgegengesetzten Richtungen beweglich hierin angebracht ist und zu dem der Nebenansaugkanal führt, und

- daß der Haupteinlaßkanal und das Haupteinlaßventil einen Teil der Hauptansauganlage bilden und der Nebeneinlaßkanal und das Nebeneinlaßventil einen Teil der Nebenansauganlage bilden.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf ein Einlaßventil (57) aufweist, das in entgegengesetzten Richtungen beweglich hierin angebracht ist und einen Schaft sowie einen Kopf mit einer Fläche aufweist, wobei der Zylinderkopf eine Hauptöffnung aufweist, einen Ventilsitz rund um die Hauptöffnung, um deren Außenumfang zu begrenzen und die Fläche aufzunehmen, eine ringförmige Wandeinrichtung (58), die den Innenumfang der Hauptöffnung begrenzt, und eine

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Nebenoffnung, die im Inneren der ringförmigen Wandeinrichtung angeordnet ist und von dieser begrenzt wird, und wobei im Inneren des Zylinderkopfs ein Haupteinlaßkanal (5¹) vorgesehen ist, der in Verbindung mit der Hauptöffnung steht, sowie ein Nebeneinlaßkanal (6¹), der in Verbindung mit der Nebenöffnung steht.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungsschaufeleinrichtung (70) rund um die ringförmige Wandeinrichtung angeordnet ist, um die erste Strömungsmittelladung so zu lenken, daß sie rund um die ringförmige Wandeinrichtung in nur einem Drehsinn strömt.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschaufeleinrichtung mehrere Führungsschaufeln (70, 72) aufweist, die rund um die ringförmige Wandeinrichtung angeordnet sind.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschaufeleinrichtung eine Führungswand umfaßt, die rund um die ringförmige Wandeinrichtung angeordnet ist und derart geneigt ist, daß sie die erste Strömungsmittelladung derart lenkt, daß sie nur in einem einzigen Drehsinn strömt.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelverhältnis unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors nicht größer ist als die Hälfte eines Wirbelverhältnisses unter den Betriebsbedingungen des Motors, die die bestimmten Betriebsbedingungen des Motors ausschließen.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strömungsmittelladung ein Luft-Treibstoff verhältnis im Bereich von 13 bis. 22 auf-

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weist, und daß die aus erster Strömungsmittelladung und zweiter Strömungsmittelladung resultierende Strömungsmittelladung ein Luft-Treibstoffverhältnis im Bereich von 12 bis 18 aufweist, und

daß die erste Strömungsmittelladung einen Abgasanteil aufweist, der vom Motor entstammt, wobei das Verhältnis der Menge des Abgases zur Menge der ersten Strömungsmittelladung unter den bestimmten Betriebsbedingungen verringert ist, verglichen mit dem Verhältnis bei Betriebsbedingungen des Motors, die die bestimmten Betriebsbedingungen ausnehmen.

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