DE2045874C3 - Brennkraftmaschine, deren Zylindern jeweils ein Brennraum und eine Vorkammer zugeordnet sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-AS 24 750 bekannt. Dort erfolgt zwischen Leerlauf und etwa halber Belastung eine Füllungsregelung durch Drosselung der Zufuhr zum Brennraum, während das Mengenverhältnis des armen Gemischs im Brennraum praktisch konstant gehalten wird, dagegen das Mengenverhältnis des reichen Gemischs in der Vorkammer durch Veränderung der der Vorkammer zugeführten Kraftstoffmenge praktisch konstant gehalten wird. Bei höheren Belastungen erfolgt dagegen eine Gemischregelung. Diese Kombination von Füllungs- und Mischungsregelung kann durch Steuerung der Kraftstoffpumpe für die Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe der Gemischzuführung, beispielsweise durch mechanische Kopplung, erfolgen. Die Mischungsregelung soll dabei durch Beeinflussung der Zusammensetzung des armen Gemischs im Brennraum erfolgen, während die in die Vorkammer eingespritzte Kraftstoffmenge konstant gehalten wird. Als besonderer Vorteil wird die Möglichkeit einer Vermeidung der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei höheren Lasten angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so auszulegen, daß bei niedrigeren Bremslasten einschließlich des Leerlaufbetriebs die für die Zündung und die Abgasemission optimale Luftüberschußzahl eingestellt werden kann, während bei höhreren Bremslasten unter Vermeidung von Instabilitäten die dem maximalen Motordrehmoment zugeordnete Luftüberschußzahl einzustellen sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale gemäß Hauptanspruch; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird also, ausgehend vom Leerlaufbetrieb, zunächst eine reine Füllungsregelung vorgenommen bis zu einer Teilbremslastlinie, und dann erfolgt bei weiterer Vergrößerung der Last gleichsam eine Umschaltung auf Gemischregelung durch Einschalten einer geregelten Kraftstoffzufuhr zur Einspritzdüse. Die Einspritzvorrichtung wird also nur bei höheren Bremslasten und damit in einem begrenzten Regelbereich, in dem eine Füllungsregelung zur Instabilität neigt, wirksam.

Zur Veranschaulichung der Erfindung betrachtet man zweckmäßigerweise das Motorkennlinienfeld gemäß Fig. 1, das heißt den bekannten Zusammenhang zwischen dem mittleren Zylinderdruck pme in kp/cm² und der Motordrehzahl n, die in Umdrehungen je Minute gemessen wird. Der Zylinderdruck pme ist bekanntlich eine Funktion der Bremslast des Motors. Für die verschiedenen Lastzustände der Maschine erhält man bekanntlich verschiedene Kurven, von denen hier die Kurve a für einen Teillastbetrieb, beispielsweise für ¹A der vollen Bremslast im unteren Drehzahlbereich, und die K arve b für Vollast interessieren. Die Kurve a ist hier so gelegt, daß sie die Vollbremslastlinie b in einem Drehzahlbereich schneidet, der etwa zwischen den Punkten maximalen Drehmomentes und maximaler Leistung liegt. Nach einem Gedanken der Erfindung ist die Maschine so ausgelegt, daß in dem Bereich I, das heißt unterhalb der Kurve a für eine bestimmte Teilbremslast, nur das den Brennraum zugeordnete Einlaßventil, nicht aber die in die Vorkammer einmündende Einspritzdüse wirksam ist. Demgemäß erfolgt in dem in F i g. 1 mit I bezeichneten Lastbereich, der auch den Leerlauf umfaßt, eine reine Füllungsregelung. Enthält die Gemischzumeßeinrichtung eine Drosselklappe, so ist ihr Antrieb so dimensioniert, daß die Drosselklappe bei der bestimmten Teilbremslast, also beim Erreichen der Kurve a, ganz geöffnet ist und auch beim Einstellen höherer Bremslasten geöffnet bleibt.

In dem mit II bezeichneten höheren Lastbereich, der sich also zwischen der der Kurve a zugeordneten Teilbremslast und der durch die Kurve b in F i g. 1 wiedergegebenen Vollast erstreckt, ist dagegen die Einspritzdüse der Vorkammer wirksam, so u,;ß in diesem Lastbereich eine Gemischregelung vorgenommen wird. Zu diesem Zweck kann die Einspritzvorrichtung /wischen einer Kraftstoffpumpe und einem auf die Einspritzdüsen der verschiedenen Zylinder arbeitenden

Verteiler ein Ventil einen Betätigungsmechanismus enthalten, der das Ventil beim Überschreiten der Teilbremslastlinien öffnet Zweckmäßigerweise wird man diesen Betätigungsmechanismus mit einem Antrieb der Gemischzumeßeinrichtung kombinieren, so daß bei einem Kraftfahrzeugmotor der erfindungsgemäße Obergang von der Füllungsregelung zur Gemischregelung beim Oberschreiten der Kurve a in F i g. 1 und umgekehrt automatisch bei entsprechender Ändei jng der Gaspedalstellung erfolgt.

Vorteilhafierweise wird man bei der Füllungsregelung ein Gemisch mit einer Luftüberschußzahl zuführen, bei der die Schadgasanteile im Abgas, also insbesondere die CO- und die NCVAnteile, bei einer Vergrößerung der Luftüberschußzahl praktisch konstant bleiben. F i g. 2 erläutert dies anhand des bekannten Zusammenhanges für den CO- und den NOx-Gehalt im Abgas mit der Luftüberschußzahl λ. In dem rechts vom Kurvenmaximum liegenden Bereich A bewirkt eine weitere Vergrößerung der Luftüberschußzahl praictisch keine Änderung der CO- und der NO,-Anteile.

Während die F i g. 1 und 2 mehr der theoretischen Erläuterung der Erfindung dienen, beziehen sich die F i g. 3,4 und 5 auf vorteühafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei zeigt F i g. 3 schematisch anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung denjenigen Bereich der Maschine, der die die Einspritzdüse erst bei einer höheren Bremslastlinie entsprechenden Bremslasten freigebenden Glieder enthält F i g. 4 zeigt eine konstruktive Ausführungsform bei einer mit einer Drosselklappe ausgerüsteten Maschine, während das Diagramm nach Fig.5 die Wirkungsweise der Regelung bei der in Fig.4 dargestellten Anordnung veranschaulicht.

In Fig.3 ist mit t ein Kraftstofftank, mit 2 die Zuführungsleitung der Pumpe 3, mit 4 die Ausgangsleitung der Pumpe und mit 5 eine über den Druckregler 6 führende Rückleitung zum Tank 1 bezeichnet. Die Leitung 4 erstreckt sich über das Ventil 7, das antriebsseitig mit der in dieser Figur nicht dargestellten, an sich bekannten Betätigungseinrichtung für eine Drosselklappe im Saugrohr des dem Brennraum zugeordneten Einlaßventils in Verbindung steht. Das bedeutet, daß das Ventil 7 den Kraftstoffzufluß zu dem den Kraftstoff auf die verschiedenen Zylinder verteilenden Verteiler 8 erst bei höherer Bremslast freigibt. Bei niedrigerer Last fließt der gesamte Kraftstoff über die Einrichtung 6 zum Tank 1 zurück.

In F i g. 4 ist das Ventil 7 mit seinem Betätigungsmechanismus dargestellt Es ist. angenommen, daß die Gemischzuführung zum Brennraum eine Drosselklappe 10 enthält, die in bekannter Weise im Verlauf des Saugrohres angeordnet ist Sie sitzt auf der Betätigungswelle 11, die über eine Hebelanoidnung, die hier durch die Hebel 12 und 13 charakterisiert ist in bekannter Weise mit dem Gaspedal in Verbindung steht. Es ist angenommen, daß die Drosselklappe 10 in ihrer gezeichneten Stellung voll geöffnet ist In diesem

ίο Ausführungsbeispiel wird sie bis zu der gezeichneten voll geöffneten Stellung durch die Welle 11 mitgeriommen; sie kommt dann zur Anlage an dem Anschlag 14 am Saugrohr. Da die Verbindung zwischen der Drosselklappe 10 und der Welle 11 nach Art einer Reibkupplung ausgebildet ist kann die Welle 11 aber weiter verdreht werden. Sobald die Kurve a in F i g. 1 erreicht ist legt sich der auf der Welle 11 drehfest angeordnete Nocken 15 gegen den Ventilstößel 16 des Ventils 7, wobei das Ventil so ausgebildet ist, daß es jetzt sofort voll öffnet Die Gemischregelung erfolgt über den in Fig.3 mit 8 bezeichneten Verteiler, während die Luftzufuhr in dem in Fig. 1 mit II bezeichneten Bremslastbereich konstant ist Der Nocken 15 kann zugleich zur Steuerung des Einspritzsystems verwendet werden.

Die Anordnung nach F i g. 4 arbeitet also gemäß dem in Fig.5 wiedergegebenen Diagramm für konstante Drehzahl. Dort ist über dem Gaspedalweg g die Bremslast B der Maschine aufgetragen und — was für

jo die Erfindung aber nicht wesentlich ist — ein linearer Zusammenhang zwischen der Leerlaufstellung L und der Vollaststellung Vdes Gaspedals angenommen. Man erkennt daß zunächt nur die Drosselklappe bis zur voll geöffneten Stellung D geändert wird, das heißt bis zum Erreichen der Kurve a in F i g. 1. Demgemäß kann man auch in F i g. 5 einen Bereich I definieren, in dem die Regelung durch Füllungsregelung erfolgt Von der Stellung D des Gaspedals an erfolgt in einem wiederum mit II zu bezeichnenden Bremslastbereich die Gemischen regelung durch Einschalten der in die Vorkammer mündenden Einspritzdüse für den Kraftstoff. In diesem Bereich gelangt über das der Drosselklappe zugeordnete Einlaßventil also ein Grundgemisch in den Zylinder, und zur Regelung wird die Zusammensetzung desjeni-

., gen Gemischteils geändert, der über die Einspritzvorrichtung in die Vorkammer gelangt ist. Verständiicherweise ist es auch möglich, eine gewisse Überlappung der Bereiche I und II einzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine, deren Zylindern jeweils ein mit einem Einlaßventil einer Gemischzuführung versehener Brennraum und eine mit diesem in Verbindung stehende Vorkammer zugeordnet sind, in welche die Einspritzdüse einer mit einer Dosiereinrichtung versehenen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung einmündet und die Elektroden einer Zündkerze hineinragen, wobei eine Zumeßeinrich- ι ο tung der Gemischzuführung so ausgelegt ist, daß von Leerlauf bis zu einer Teilbremslastlinie eine Föllungsregelung erfolgt und die Zumeßeinrichtung und die Dosiereinrichtung so zusammenwirken, daß im Bereich höherer Bremslasten als durch die Teilbremslastlinie definiert eine Gemischregelung erfolgt, indem eine der beiden Einrichtungen in diesem Bereich in vollgeöffnetem Zustand verbleibi, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (7) nur in diesem Bereich (D- V) Kraftstoff >o in geregelter Menge zur Einspritzdüse freigibt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbremslastlinie im unteren Drehzahlbereich zumindest ungefähr einem Viertel der vollen Bremslast zugeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzumeßeinrichtung eine Drosselklappe mit einem derart dimensionierten Antrieb enthält, daß sie bei der Teilbremslastlinie entsprechenden Bremslasten und jo bei höheren Bremslasten ganz geöffnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung zwischen einer Kraftstoffpumpe und einem auf die Einspritzdüsen der verschiedenen Zylinder arbeitenden Verteiler ein Ventil mit einem Betätigungsmechanismus enthält, der das Ventil beim Überschreiten der Teilbremslastlinie öffnet.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus mit einem Antrieb der Gemischzumeßeinrichtung kombiniert ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Füllungsregelung ein Gemisch mit einer Luftüberschußzah! zugeführt wird, bei der die Schadgasaniei-Ie im Abgas bei einer Vergrößerung der Luftüberschußzahl praktisch konstant bleiben.