DE1526294A1 - Verbrennungsverfahren und Zylinderkopfausbildung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Patentanwalt 8 München 13, de« 12. NOV. 1965

Dipl,- Ing. Karl Wessel ι

8 München 13 , Ι

Hohenstaufenstr. 2, Tel. 33 8111 τ?Κ'\^τ~13 ^Jf β

Ford- Werke Aktiengesellschaft Köln -~Miehl, Henry-Ford-Strasse

"Verbrennumrsverfahren und Zylinder1confat*rt5Tldung für

nrennkrnftmaschinen."

diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Ser/io. i*17 328 vom in, Dezember 1964 in den Vereinirten Staaten von Mordamerika in Anspruch genommen.

Die Erfindung be?,i3ht r.i.ch .ⁿ.uf eine .-brennkraftmaschine mit Zündun^ durch Zündkerzen. Insbesondere bezieht sich die Krr.'ndun"· auf ein Verbrennun'vsverfahren nit geschichteter Auf-1-i.dun™, bei welchem der Brennstoff in einem Luftüberschuss verbrannt i-rird und bei allen Belastungen und Drehzahlen vor eier* ^ündun-": eins Tchichtun"; existiert.

•.ine übliche Brennkraftmaschine verbrennt ein homogenes Gemisch von Luft und brennstoff, welches durch einen Vergaser oder andere ~eei -.nete Mittel der Maschine von aussen zugeführt wird. Diese !laschinen sind nicht so ausgebildet, dass sie stets mit vollständiger Berbrennunn; arbaiten und zwar aus mehreren Hründen.

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Ein Grund liegt darin, dass ein Luftüberschuss bei Teilbelastungen notwendig ist, um nicht nur die Brenngase innen zu kühlen, damit die auf das Kühlmittel übertragenen Wärmeverluste reduziert werden und der Wirkungsgrad der Expansion verbessert, sondern auch deswegen, um die gesteigerte Saugwirkung zu reduzieren, die durch die Drosselung hervorgerufen wird, um die Pumpverluste zu verringern. Aus diesem Grunde muss hierbei die homogene Mischung mager sein.

Andererseits wird für maximale Kraftleistung zusätzlicher Brennstoff benötigt, um sicher zu stellen, dass sämtlicher Rauerstoff in der Luft verbrannt wird, da die maximale Leistungsfähigkeit der Maschine durch die Lufttnenge, die sie aufnehmen kann, beschränkt ist. Aus diesem Grunde nuss die Mischung reicher sein, als bei einer vollkommenen Verbrennung.

Die übliche Brennkraftmaschine erfordert daher stets einen überschuss an Luft oder Brennstoff, abhängig von den Betriebs zuständen. Bei der normalen Maschine wird das Brennstoff-Luft-Verhältnis üblicherweise nur in engem Bereich aufrecht erhalten, da homogene Mischungen mit einem überschuss an Luft nicht gezündet? werden können unrl da ein Brennstoffüberschuss nicht wirtschaftlich ist. Vierer, dieses beschränkten ^!3oreiches wir el daher die zusätzliche Luft, die bein Betrieb unter Teilbelastungen erforderlich ist, üblicherweise nicht zugeführt und die Brennkraftmaschine neigt daher dazu, hierbei unter reduziertem Wirkungsgrad zu arbeiten.

Die Verwendung einer homogenen Aufladung bringt auch einen Nachteil mit sich. Bei einer Zündung durch eine in der Mitte anr^e-

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ordnete Zündkerze z.B. bei üblichen Brennkraftmaschinen verursacht die progressive Expansion der Verbrennungsprodukte gegenüber den unverbrannten Molekülen des Brennstoff-Luft-Gemisches eine rasche Steigerung in der Druckaunbreitung nach den Umfanr; der Verbrennungskammer. Bei einer Maschine mit hohem Kompression^· .verhältnis erzeugt dieses einen Anstieg der Temperatur der unverbrannten Partikel derart, dass diese sich entzünden, bevor die Flamme Zeit hatte, die Mischung zu erreichen. Ein solcher Vorzün/dungs- oder Detonationseffekt verursacht nicht allein Geräusch und Kraftverlust, sondern kann auch die Wände Λ der Verbrennungskammer infOL ge der hohen Geschwindigkeiten der Selbstzündung beschädigen, indem die schützende Luft ,~renz lage an den Zylinderwänden weggezogen wird, üblicherweise zwingt dieses dazu, ein niedrigeres Kompressionsverhältnis für die Haschine zu benutzen.

Ein weiterer Nachteil der üblichen Brennkraftmaschinen lien;t darin, dass die forcierte Benutzung relativ reicher ilischungen höhere Glastemperaturen ergibt. Dadurch entstehen unerwünschte Elemente in den Absasstrom an Ende der Verbrennung und unge- " nürcend Sauerstoff, um die unverbrannten Brennrr-toffpartikel auf weniger schädliche Formen zu reduzieren.

Die Erfindung vermeidet die oben angegebenen 'Tachteile durch Schaffung einer ßrennkraftnaschine, die stets eine wirksame Verbrennung aufweist. Die Brennkraftmaschine gemäss der Erfindunf benutzt ein Verbrennunpsverfahren mit geschichteten, durchsetzten l.'irbellagen. Das heisst der Zylinder nimmt eine Ladung ι von Frischluft oder sehr mager mit Brennstoffluftremisch versehaae Ladun™ in einer "'e'.re^ung auf, -reiche die Luft in parallele

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Strömungsschichten schichtet, die sämtlich um eine gemeinsame Achse wirbeln. Der Brennstoff wird in der Weise eingeführt, dass er die Wirbelbewegung nicht, wesentlich beeinträchtigt und keine besondere Mischung zwischen der mit Brennstoff durchsetzten Schicht und der Frischluftschicht erzeugt.

Im allgemeinen erfolgt das Verbrennungsverfahren gemäss der Erfindung in folgender Weise:

Es wird eine Luftladung im wesentlichen tangential in den Zylinder unter einer Wirbelbewegung in parallelen Stromlinien eingeführt. Der Brennstoff wird entweder direkt in die ankommende Luftschicht eingeführt oder er wird gegen eine Fläche gesprüht, über welche eine Frischluftschicht hinwegströmt, so dass er die Schicht durchsetzt und durch die Wirbelbewegungiund um die Zylinderbohrung herum getragen wird. Einige der schwereren Brennstoffpartikel werden an der Brennkainmerwand niedergeschlagen und anschliessend verdampft, so dass sie sich nit der Luft in der Schicht infolge der Wirbelbewegung mischen.

Die Luftschichten, die den Brennstoff in den Zylinder treten, sind daher im Anfang überreich. Die Wirbelbewegung der Luft erzeugt unmittelbar eine langsame natürliche Diffusion dieses Brennstoffes in die daneben liegende parallele Frischluftschicht. Die Anreicherung dieses mit Brennstoff imprägnierten Teiles steigt daher. ?,ine weitere leichte D-tfusion oder Abmagerung der Mischung tritt während des Kom^ressionshubes auf, ehe r?ie obere Totnunktlafte des Kolben.* erreicht ist. • Diese Vermischung ist indessen nicht rasch rsnu-, u-n "lie "irbol-

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bewegung der Luft wesentlich zu beeinträchtigen. Eine zusätzliche rasche Vermischung beginnt die Wirbelbewegung der Luft zu beeinträchtigen, wenn die Druckwirkung einsetzt. Indessen ist in keinem Falle diese Druckwirkung stark genug, um eine Vollständige Mischung zwischen allen Schichten vor der Zündung zu bewirken. Daher ist stets eine Schicht an Frischluft bei der Zündung vorhanden, um Kühlzwecken oder anderen Zwecken zu dienen, wie sie beschrieben wurden,

Mit anderen Worten ist die zeitliche Einstellung- der Zündung stets so, dass sie eine ausreichende Abmagerung der anfänglich reichen Mischung durch Diffusion und Druckwirkung ermöglicht, abhängig von der Belastung um die richtige Mlschungsstprke an der Zündkerze bei der Zündung zu erzeugen. Bei leichten Belastungen z.B. wird die mit Brennstoff durchsetzte Schicht -ez'indet, ehe die Druckwirkung desKolbens stark genu-r wird, die '/Jirbelbewe -um; zu beeinträchtigen und eine zusätzliche "Ilschung zwischen Frischluft- und mit Brennstoff durchsetzter Schicht hervorzurufen. Bei höheren Belastungen ist die mit |

Brennstoff durchsetzte Schicht reicher und die Zündung wird daher verzögert, um eine ^e'Ίπse Druckwirkung zuzulassen, welche die 'U'beIberregung beeintrr.chtigt und eine rasche !lischung der von Brennstoff durchsetzten Schicht mit der daneben liegenden FrischluFtschicht oder Schichten vor der Zündung voran zu treiben. Die Zündverzögerung ermöglicht eine ausreichende Druckwirkung, um die Mischung zur Zeit der Zündung auf da^ rishtlge "nnr; .'ibzunagern. DIo 3ttnrtzelt wird so gesteuert, dr.ss selbst bei voller Belastung die Stärke der Druckwirkung nicht ausreicht, ^ine vollständige Mischung zwischen sämtlichen Schichten Hervorrufen. _β0β|31/β|_Μ BAD ORIGINAL

Daher hat die mit Brennstoff durchsetzte Schicht bei der Zün- " dung einen angereicherten Teil und einen mageren Teil. Die Zündkerze wird im allgemeinen so ausgerichtet und angeordnet, dass sie dem reicheren Teil der mit Brennstoff durchsetzten Schicht zv7ecks leichtaer Zündung zugewandt ist«

Das Endergebnis der Schichtung bei dem Verfahren nach der Erfindung liegt darin, dass bei der Zündung der JZylinder eine mit Brennstoff durchsetzte Schicht und eine Prischluftschicht oder eine Schicht mit sehr magerer Mischung (mehr als ¹IO-I) enthält. Die mit Brennstoff durchsetzte Schicht besitzt einen reichen Teil und einen mageren Teil, Der Brennstoff in dem mageren Teil wird durch den Luftüberschuss gekühlt, der ihn umgibt und erfordert daher eine Zündungstemperatur, die höher ist als diejenige, die notwendig· ist, um den Brennstoff in dem reicheren Teil zu entzünden. Dadurch wird im wesentlichen die Möglichkeit der Detonation oder Vorzündung verringert. Die ■frischluftschicht, die bei der Zündung stets vorhanden ist, ermöglicht die Expansion der Verbrennungsgase sowie der unverbrannten Flüssigkeitspartikel nach der Zündung ohne Detonation. Sie liefert ausserdem Luft zur Hachmischunⁿ; und Verbrennung während der umgekehrten Druckwirkung des Kolbens. Das heisst also, es zündet bei der Zündung nicht sämtlicher Brennstoff in dem reichen Teil der Mischung. Dieser Brennstoff mischt sich alsdann mit der Frischluft, die noch nach der Zündung in dem Zylinder vorhanden ist und wird durch die flamme entzündet und verbrannt.

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Der Verbrennungsprozess mit geschichteter Aufladung genass der Erfindung wird durch eine Anzahl dargestellter Konstruktionen durchgeführt» Bei allen Ausführungsformen tritt die Luft in dichten parallelen Stromlinienschichten in die Verbrennungskammer ein, wobei jede Schicht eine Wirbelbewegung: ausführt. Bei einer Ausführungsform wirbelt die Luft um eine Achse, die ttrwa senkrecht zur Mittellinie der Zylinderbohrung 3teht. Der Brennstoff wird durch Niederschlagung an einer -fand der Einlass vent ilöffnung eingeführt, so dass er durch eine Schicht der einströmenden Luft in die Verbrennungskammer eingeführt _Λ wird. Etwas von dem Brennstoff benetzt die Zylinderkopffläche, wenn er sie überstreicht, während der Rest von Brennstoff sich In der Endschicht m-it der Luft vermischt und zwar infdfee der Wirbelbewegung der Luft, Der Brennstoff an der benetzten Fläche wird rasch verdampft, da die Wirbelnde Luft darüber streicht und iiffundiert in die mit Brennstoff durchsetzte Schicht. Die Wirbelbewegung der Luftschichten erzeugt eine langsame natürliche Abmagerung der Mischung in'die daneben liegende Frischluftschicht hinein. Der Anfangsteil des Kompressionshubes erzeugt ebenfalls eine leichte Mischung zwischen diesen Schichten. | Eine zusätzliche schnelle Mischung mit den Frischluftschichten infolge der Druckwirkung tritt entweder als Funktion der Belastung nuf oder nicht.*Selbst bei voller Belastung ist der Zündzeitpunkt ro, dfss die Zündung auftritt, ehe die Drucki.'irkun^r· stark -enug ist, um die gesamte Wirbelbewegung vollständig aufzuheben und eine uollständir^e Durchmiochung zwischen allen Schichten hervorzurufen. Bei der Zündung ist daher eine mit Brennstoff durchsotzte Endschicht und e5ne ^rischluftschicht vorhander.

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Bei einer anderenAusführüngsform der Erfindung wird der Brennstoff mit niedriger Partikel ge schwindigke it eingeführt, indem er gegen eine Kante des Einlassventiles gerichtet ist, so dass er in eine Endschicht der Frischluft ladung abgelenkt und gegen die Zündkerze bewegt wird.

Hoch eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Rippe oder eine Trennwand in der Eirlassventilöffnung vor, um die einströmende Luftladung in Teile grösseren und kleineren Volumens zu unterteilen. Der Brennstoff wird mit niedriger Partikelgeschwindigkeit in die Luftaufladung kleineren Volumens eingespritzt und in der Verbrennungskammer in die Endschicht an Frischluft eingetragen. Bei dieser Ausführung^ form ist ausserdem eine Wirbelbewegung der Luftladung um die Längsachse oder Mittellinie der Zylinderbohrung vorgesehen,

Weiterhin sieht eine Ausführungsform zwei parallel arbeitende Lufteinlassventile vor. Der grössere Anteil an Frischluft wird durch ein erstes !Einlassventil eingelassen, während der Brennstoff mit der übrigen Luft 3η der zweiten Einlassöffnung vermischt wird und in den Zylinder als Endschichten eingeführt wird.

Bei noch einer anderen Ausführungsform werden zwei Einlnsrventile benutzt, die nacheinander wirken, so dass etwa drei Viertel der Frischluftladung durch das erste Einlassventil eingelassen wird, bevor dieses schliesst, wobei das übrige Viertel mit Brennstoff in der zweiten Einlassventilöffnung vermischt und alsdann in

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die Verbrennungskainmer als oberste Schicht eingeführt wird,

Weitere Ausführungsformen erläutern Konstruktionen, bei denen die Luftschichten horizontal angeordnet rfund radial geschichtet sind und bei denen der gesamte Brennstoff entweder direkt in die oberste Luftschicht eingespritzt wird oder gegen entweder die Zylinderkopffläche oder die Oberfläche des Kolbens, Das gleiche Betriebsverfahren, wie in den bereits besäiriebenen Ausführungsforraen wird dabei durchgeführt, inden je nachdem die oberste oder unterste Wirbelschicht mit Brennstoff durchsetzt wird, wobei -die leichte natürliche Diffusion und die schnellere Druckwirkung die Durchmischung mit den daneben liegenden Frischluftschlchtan proportional zur Belastung voran treiben, niemals jsäoch ausreichen, dass eine vollständige Durchmischung tischen sämtlichen Schichten vor der Zündung erfolgt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Brennkraftmaschinenkonstruktion zu schaffen, bei der ein Verbrennungsverfahren angewendet wird, welches Brennstoff in einem Luftüberschuss in einer VJeisc verbrennt, dass stets eine wirksame Verbrennung infolge partieller dauernder Schichtung erreicht wird,

¹^ine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Anwesenheit unerwünschter To 11·^ in den Abgasstrom herabgesetzt ist.

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Ausserdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Konstruktion für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der der Brennstoff in die Verbrennungskammer in einer Weise eingeführt wird, dass er keine Störung der Luftbewegung hervorruft oder eine besondere Mischung zwischen den mit Brennstoff durchsetzten Schichten und denPrischluftschichten,

Ausserdem ist es Aufgabe der Erfindung eine Maschinenkonstruktion zu schaffen, bei der das beschriebene Verfahren benutzt wird, k vrodurch eine Leistungsänderung nicht allein durch Steuerung des Beginnes und des Endes der Brennstoffzufuhr bewirkt vrird, sondern ausserdem durch Steuerung des Zündzeitpunktes als Punktion des Druckanstieges, derart, dass das Ausmass der Mischung zwischen den mit Brennstoff durchsetzten Schichten und den daneben liegenden Frischluftschichten als Punktion der Belastung gesteuert wird.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach in der Konstruktion ist, f einen guten Wirkungsgrad hat und wirtschaftlich herzustellen ist.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend an Hand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeisnielen der Erfindung,

Auf den Zeichnungen zeigen:

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Pig, 1 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, die nach dem Schicht-Verbrennungsverfahren der Erfindung arbeitet.

Fig, IA einen Querschnitt in Richtung der Linie IA - IA der

Piß. 1·
Fig. 2 einen Querschnitt ebenso wie Fig. 1 durch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,

Pig, 2A ist ein Querschnitt nach Linie 2Λ - 2A der Fir. 2,

^iH Fig. 3 ist ein Querschnitt wie Fig. 1 und erläutert eine %

weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig« 3A und 33 sind Querschnitte nach den Linien 3A - 3A und

3B - 3^T3 der Fi». 3 und 3A.
Fig. ^t ein Querschnitt wie Fi^. 1, der eine weitere AucfÜhrungs-

fo-rm der Erfindung darstellt.
Fie-,. ¹IA und JJB sind Querschnitte nach den Linien *JA - HA und

HB - 1ie der Fi-. H und 'IA.
Fig. 5 und 6 Querschnitte wie Fi~. 1 und erläutern vettere

Ausführungsformen der Erfindung.
Fig, 5Λ, 6a und 6b sind Querschnitte nach den Linien 5A - 5Λ,

6a - 6a und 6h - 63 der Fic. 5, 6 und 6A. Fig. 7» fi und 9 Querschnitte wie Fir, 6 und zeilen weitere Abänderungen,

Die ^Tili~. 1 zei~t ledic-lich einen Zylinder einer Brennkraftmaschine

mit
bei dem das Verbrennunrsverfahren/geschichteter Aufladung gemäss der Erfindung durchgeführt vrird. Selbstverständlich können ebenpoviel gleiche Zylinder vorgesehen vierden, wie notwenrii-: sind, • so lan.re jeder Zylinder so konotruiert ist, dass er den

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gleichen zu beschreibenden Arbeitsvorgang ausführt. Bei allen Ausführungsformen, wie sie beschrieben werden, haben gleiche Teile die gleichen Bezugs zeichen..

Die Brennkraftmaschine nach Pig. I besitzt einen Zylinderblock 10 mit einer Zylinderbohrung 12, Die Zylinderbohrung nimmt den Kolben lh auf, der das eine Ende der Bohrung dicht abschliesst. Das andere Ende der Bohrung ist durch den Zylinderkopf 16 abgedeckt, der gemeinsam mit den Wänden des Zylinders und der Ober- * fläche des Kolbens eine Verbrennungskammer 18 mit veränderlichem Volumen bildet. Der Kolben lH ist in der üblichen Weise mit der ■ nicht dargestellten Kurbelwelle■der Maschine verbunden, durch die er aus der dargestellten Stellung in die obere Totpunktstellung nahe der Fläche des Zylinderkopf^ 16 hin und her bewegt wird.

Der Zylinderkopf ist mit einer Lufteinlassöffnung 22 versehen, die mit einer Elnlaesarmatur 24 verbunden ist. Die öffnung 22 wird durch die Bewegung eines Ventlies 26 geöffnet und abge-F schlossen_s welches Iu einer Bohrung 28 des.Zylinderkopfes gleitenc geführt ist. In das Ansaugrohr 2^A< hinein ragt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 30e Diese besitst eine Düse 32, welche unter einem geringen Winkel und mit niedriger Partikelgeschwindigkeit einen Brennstoff strahl 3¹' gegsn die Wand 36 der Einlass öffnunr 25 spritzt. In die Vsrbrennungskarumer IB ragt eine Zündkerze 38 bis unter die Flachs 20 des Zylinderkopfes«

Sowohl der Kolbenkopf Ik als auch der gegenüberliegende Teil des Zylinderkopfes 16 sind mit flachen Hohlräumen ko und *J2 versehen, die zwischen der. flachen Flächenteilen des Kol

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und der Zylinderkopffläche 20 einen Druckbereich k'4 erzeugen. Der Zylinderkopf ist ausserdem mit einem Sitz HS für den Kopf 48 des Einlassventiles versehen.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, sind das Lufteinlassrohr 2^;i und die öffnung 22 so ausgebildet, dass die Luftmasse in die Verbrennungskammer hinein beschleunigt wird. Zusammen mit der gekrümmten Gestalt der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche leiten sie also einen Luftstrom in die Verbrennungskammer In parallelen Luftströmungsschichten und zwar mit einer Wirbelbewegung um ^ eine Achse, die etwa senkrecht zur Mittellinie 50 der Zyiinderbohrun:; 12 verläuft. Diese Wirbelbewegung wird während des Einlas shubes und eines Teiles des Kompressionshube?; aufrecht erhalten. Durch geeignete Steuerung der Geschwindigkeit- l.es ^inlassluftstrahles und der Turbulenz erfolgt ledi'dii ■:■;, eine verhältnismässig längspme ?^Tischung oder· Diffusion suischen den Schichten, Die frischluft Int auf diese Weise auf jeaenFail in Sinsellagen geschichtet gehalten,

Während der Einführung der Luft ladung in die Veri-reniurgskammer

1° ::ird aus der Düse 32 Brennstoff eingespritzt, entweder in kontinuierlicher orter unterbrochener ::inr,r>vxbzn:i * uru 3v;a:e ^c-s^n die "7,1.1Ti 36 der EinlassePfnun-?, um dien-3 ^läohe ::u :>en^tzen unrl \υλ eine Schicht 5? (Pi", IA) an ΓνΐΆϊΆΙαίt _s die :-vi'. -er Plr.che in :er^;3hrun^ tritt, ^u aurchsetzen, Dle&e? T-.vj-.nr.atoti' v.'Iri soenrjo v.ie der bereit? verda?npt*t-5 Brennsto'i z.^ae.m In dio V-sr'-ir'onnunrT'kamn^r aln ^r;naBchicht getragen '-cy'X einige der •r'>rr:"--"r:-n ."n;i.iJ::r.i.;:kß1t3nartllⁱ:el v/oräen an eine¹¹: Teil der Z'/luLC^y 20 niedergenchl'i^en. Die "^T:I.cbalhewegung 5c:: r:dt ß-?nn

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stoff iu^Qlissfcstea Sonlcht ¥srdampfi; dsn Brer-natoff aus der* bsnecsüea Fiäelis rasen uad ils allniählicha ü^ * Ur *,ioha Durch- ■ mischung awisöhsE den Sciilohtsn vei'tt^aabht, a&ss eini_oer Brennstoff In als Luft dsi^! daiie-ben liegenden Sohlen,, diffundiere» De? Brennstoff öu^stisetst also is-i Anfaiig aine 2ndschlchtj f-'U~ "i ?!?;r/üifsm ί1ΐ?ΐ·»θΗ fi'i^ ß"^i[ff5i*f»T^!f5n⁰' Λ>&" ''ή'ί,^'^.ϊΛΓί'"-' "Iu *ΪΙ*Γ '· "^"t'OSffetl·"

den P^lseliluf^SoMeIiV iiiaexnwa-shBt und ^wa?^ iiifc:^;¹? der leichten ns/bür-liöhsn Klaoliiig siiisilia:! &m 'SahichtiJii divrsh «li- Molekular»

j3i?uök;v ^,pkunG; 3~?'ΆΤ'-Ζ ϊΐ&ΐιΐ'^ ^ίνΛ-. uoi "Hb Mis>\-~,'- r-^ ^λιό*! 2'ί

B'?-^iiii2t iQv Ko'ieen ^« d^n h^;3;«'pfes3i^ß;öMiu_s so wc^^v-e!i die -;e-■-■■'ϊηίϊ.νϊ"-.ς-ί;όθίϊ .υάgCTi ίάΐώίϋί.:-!: JäUi-iäüiriiGii g&.?i^:u ',:"·., v?or-.>tr«-ij iⁱi;ie

üie ffiiv bi-is='ir>^v.üfi ---.·>—ii&e^gtt; 8ch;iC-irü_s Ä^^gPö'-^'i- auf 'ijnen tindtei-t QtB ;?Λ?Ιΐηί3οΐ·ί imo aI^ feiwu ·:-ΐι^ Drittel tier geraunten Lüft"<a;^l:3^lIaäuns bwi etwa 35° ν©I^s oberem 'totpurüctla«?:? des Kolben« „ In diesem Zeitpunkt, xst- die D;;^;iiokfi5rkune: noch nicht st^rlc ße-IVtI^j uiü d:> G Hirbfei üsvi&^-ng Bu fcc-einträchti^er;, Be:! ]elcl)tei»

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Ansammlung von Partikeln an Brennstoffflüssigkeit in der Tasche, die später verdampfen und die einen angereicherten Bereich unmittelbar rund um den Zündspalt ergeben, so dass die Zündung der Ladung sicher und mit hoher Energie erfolgt.

Bei höheren Belastungen 1st die mit Brennstoff durchsetzte Schicht anfänglich reicher. Die Zündung wird daher nunmehr verzögert, bis die Druckwirkung ausreichend Beeinträchtigung der Wirbelbewegung erzeugt, damit eine ausreichende Durchmlschtmg des Brennstoffes mit den daneben liegenden Frischluftschichten erfolgt, um eine sachgemässe Durchmlechung an der Zündkerze sur Zeit der Zündung hervorzurufen. Die Anreicherung oder Stärke der mit Brennstoff durchsetzten SbMent steigt daher proportional der Belastung, Bei höheren Belastungen it Hirt die Mischung s,i., eine Hfelfte att Volumens der Verbrennung:,-'.αγι!ώ--γ ein»

Bei voller Belastung senkt das weitere Ansteigen aei Anreicherung und die notwendige längere Zündverzögerung die Anreicherung der Frischluftschichten, die in der Zylinderbohrung verbleiben. Hierbei wird die Druckwirkung sehr stark und erzeugt daher eine rasche Ahma^erun^ des Brennstoffluftgemisehes in die daneben liegenden Frischluftschichten hinein. Die Zündzeitpunkteinstellung wird indessen se gesteuert, da3s, ehe die Druckwirkung eine vollständige Auf ISsunr; des Brennstoffes in sämtlichen Frischluftschiehten hervorrufen kann, ale Mischung ς-ezündst vrlrd, so dass eine geschichtete, im v;e&entl:ieben Frischluft enthaltende Endschicht in denjenigen Teil der Kam.™ ar aufrecht erhalten ^ird, jiie von der Zündkerze am weitesten entfernt ist. Dadurch wird die Möglichkeit der Detonation verringert und es wird möglich, höhere

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Kompressionsverhältnisse anzuwenden.

Bei sehr leichter Belastung oder weniger als ein Drittel Belastung findet die Zündung bei etwa 35° vor dem oberen Totpunkt statt und die Luft ladung,- die durch die öffnung 22 aufgenommen wird, ist leicht durch eine nicht dargestellte Einrichtung gedrosselt, derart, dass die sachgemässe leichte Mischung bei-der Zündung erreicht ist.

Die Fig, 2 erläutert eine Konstruktion, liel der die Brennstoffzuführung in die Verbrennungskammer in anderer Weise er- · folgte Das Gesamte-Verbrennungs-verfahrsn bleibt indessen das gloiöhe» Fige 2 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Einlass 5Λ. einer EinlassÖffnung 56 und einem Einlassventil 58. Das Einlassventil ist mit Begüg auf die Mittellinie der Zyllnder- bolwung isysiieteiseh angeordnet und v&Psetst gegenüber der anderen iii'v&sllini'S* Eis Zylinderkopf fläche 20 ist, ebenso wie in Fig.

2& ausgebildet^ fisss si$ mit der Gestalt eier Kclfcenoberfläclie ieis vrl^ktf., mn einen LnftstP&H in parallelen Luftstrom¹- in öiG Virai^miURgskasHae? -sinsuleiten; -.vobei diese ein® Wi^bslbsiie^-ing um eine MhBB auLführen» die ißliSE EG:/E?⁵Gi3i£3 :m?> Mittellinie d«i- Bohrung lieKi;,

Ρθρ "pyp&mis^oi:? -rli'ä währmia des Eiiilasehytos direkt ge^en die .·.■ "■"■"■-. dss EiiiiSiSSföivüilss 5ß ei2v'ssS(::.^:iv^·._: i.·:·.·;- -::; ohtunr" des £\'-.^hlGS i::-^ so ai^g©?;£uilt_s äati ij^öli Abi^fcuüg dürch die Ventil -^:-^::.äuhs_P ε£2ΐι ä:".s ^ifJ^siglisitBpö^tii^^ ξι:ϊ^; Lüi-dkarze 38 hin be-J7-5?£s:, SiE Teil äss Epe2i?i3toffes wircl an der- Zylinderkop.ffläche 20 niedergeschlagen,- während äsr übrig bleibende Teil von der

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Kantenschicht an Luft mitgenommen wird. Die Endluftschicht nimmt daher den Brennstoff mit und vermischt ihn mit der Luft, wobei die .Wirbelbewegung der Schicht den Brennstoff von der Fläche rasch verdampft und eine leichte Mischung des Brennstoffes mit der daneben liegenden Frischluftschicht hervorruft. Die Zündkerze 38 sitzt vorteilhafterweise so, dass sie in die mit Brennstoff durchsetzte Schicht hineinragt.

Der Verbleibende Teil des Verfahrens ist im wesentlichen der gleiche, wie er bereits in Verbindung mit Fig» I beschrieben worden ist, D,h, also die Höhe der Druckwirkung, die zur Abmagerung der Mischung vor der Zündung notwendig 1st, wird als Funktion der Belastung regiLiert, ist indessen niemals ausreichend, um eine vollständige Durchmischung hervorzurufen.

Die Fig. 3 zeigt einen unterteilten Einlass, um das Verbrennungsverfahren mit geschichteter Ladung, wie es an Hand der Fig, I und 2 beschrieben wurde, auszuführen. Nach F±<*. 3 ist der Lufteinlasskanal 62 mit einer Rippe oder Trennwand 64 versehen, die bis abwärts an den Ventilkopf reicht und die den Kanal in zwei Kanüle 66 und 68 von srösserem und kleinerem Volumen unterteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Hauptfrischluftladung durch den Kanal 66 ^rösseren Volumens eingelassen, während der Brennstoff auf einer Einspritzdüse '.70 in die Luft des kleineren Kanales 68 eingespritzt wird. Der- Brennstoff wird daher» n.ber das Einlassventil 72 in das Zylindervolumen in der Endluftschicht eingetragen und mit der Wirbelbewegung der Endschicht rundherum getragen. Es werden die gleichen Einrichtungen ⁿn yihntufunr. dos Ventilumfan^es und an Gestaltung der Einlassöffnung benutzt, ?'ie bei den vorauf gehenden Konstruktionen, um

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der in parallelen Stromlinienschichten einströmenden Luft eine Wirbelbewegung zu erteilen. " «

Die grösseren Brennstoffpartikel werden an einem Teil der Zylinder kopf fläche niedergeschlagen und durch die Wirbelbewegung der Endluftschicht rasch verdampft. Die Zündkerze 38 ist wiederum so angeordnet, dass sie in die mit Brennstoff durchsetzte Schicht hineinragt. Obgleich der Brennstoff nach,der Darstellung in den Kanal 68 durch die Einspritzvorrichtung 70 eingespritzt ) wird, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den Brennstoff mit der Luft des kleineren Kanales 68 mittels eines eine reiche Mischung erzeugenden Vergasers zu mischen.

Die Pig, 4, 4A und 4b erläutern eine Konstruktion, bei der ein zweites Einlassventil 74 verwendet wird und bei der die beidenEinlassventile parallel arbeiten. Beide Einlassöffnungen 76 und 22 und beide Ventile 74 und $8_wirken mit der Gestalt der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche so zusammen, dass die· Einlassluft in das Zylindervolumen in parallelen Stromlinien geschichtet wird, wobei jede Schicht eine ¥irbelbewegung um eine Achse ausführt, die etwa senkrecht zur Mittellinie der Zylinderbohrung liegt.

Das zweite Einlassventil 74 liegt in der J-ütte -ler Zylinderbohrung:, Die beiden Ventile bewegen sich parallel uncl können durch ctönselben, nicht dargestellten I'in^hec^l betätigt- werden. Das Hauptvolumen an Frischluft wird durch 5es erste Einlassventil ¹^B eingeführt und gleichseitig wird- ein Brennst rf f-Luft-Ggmisch 78 durch das zweite Einlassventil 74 einrplK!

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Der Brennstoff kann mit der durch die zweite Einlassöffnung eintretenden Luft entweder durch einen eine reiche Mischung erzeugenden Vergaser gemischt werden, oder durch eine im Ein-

! lass vorgesehene Einspritzvorrichtung» Die zweite Einlassöffnung ' kann leicht gedrosselt werden, um eine reiche Durchnischung der reichhaltigen Mischung mit dem Luftstrahl durch die erste Einlassöffnung sicher zu stellen.

Diese Art der Brennstoffzuführung ergibt eine Durchsetzung einer mittleren oder Zwischenschicht der gesamten Liftladung·, (f wobei zwei Endschichten an Frischluft verfeleibert, t-Ic aus- den Fig. 4 urvi 'HTi erkennbar« Während das zweite Ventil in der Mitte angeordnet 5.sr, Vr.nte es auch gegebenenfalls sr: der Seite der Zylinderbchrun:-. ~r,r - "^dnet wer de ν-, ·; - e'.-rj- Erir^M-Cbt der^!

wirbelnder Luft :·■■ ■ -■ - '■*■■■-■ ·'

Der weitere Betrieb erfolgt ir. wes<*r ■' ' ■■ Weise, wie sb bereits beschrieben wo-'ipi" -t -: -. -^; ■.·.: ^ vs-λ Brennstoffrartik«! benetzen einen TeiÄ "^r ·:-:' ^e-'-y-iT^oli^ 20 an der ^i tt lere η Luftschicht und wsri^n "\v-.i-:': .1\-^ ·-^--h Jurch ™ die Wirbel!'β ν; ^ίτ:ί η v: ^e ρ Schichten verdar.pft, ^riie le'C¹ItS Diffusion swisehe:·. ;f>n^cnlchten verursacht _t clast ii: "ischund nach auseer hin \"-m ^«^'Fit^e aus ab^%n^ert, r:.- An^-.-.nr^Vo·^.-pression durch der ;'cl:"'?n' bsvirkt eine v*;ite^^:e lai .'·*:?. ^IscI;i::i:T de« Brenrstoffe? ^J.r. l:>r ^ΐΓ^^τθΓβη Soliicht r:it ie:: ·;-'"tc^eiV''■'::

Luft» Je r^oh Belastung wire eine zt-T^ti:":^{J r}".<" ^⁵;?¹'- Durchs: cc;:u:-

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mit den Frischluftschichten erreicht, indem die Druckwirkung die Wirbelbewegung beeinträchtigen kann.

Nach den Ausführungsformen der Fig, 1 bis ¹J sind die Einlassöffnungen und Ventile so ausgebildet, dass sie der Einlassluft eine Wirbelbewegung um eine Achse aufzwingen, die im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie der Zylinderbohrung steht. Nach den . Fig, 5 bis 9 sind die Einlassöffnungen und Ventile so ausgebildet, dass sie eine Wirbelbewegung um die Achse der Zylinderbohrung erzeugen, so dass die Luftschichten horizontal angeordnet sind und radial geschichtet.

Die Pig. 5 zeigt eine Konstruktion, bei der zwei Einlassventile hintereinander betätigt werden, um das Verbrennungsverfahren gemäss der Erfindung mit geschichteter Aufladung durchzuführen. Die Zylinderkopffische ist flach ausgebildet und das erste Einlassventil 80 sowie die öffnung 82 sind so ausgebildet, dass sie der eintretenden Luft eine Wirbelbewegung um die Längsachse der Z^lindspboiiraßg ©stellen« Das Ventil und die öffnungen führen lediglich fpisohl'-Lft- unä besitsen eine Abmessung, dass sie etwa drei Viertel ösp gesamten Frischluft in die Zylinderbohrung leiten, ehe das Venfeil 80 sich s.chlissst und das zweite Einlassventil BH sich öf^uist.

Γι- 3:;-??;ns^öff "$ii~C in ü@t sweitin EiPlassöffnunn Pt entweder ii:Z^:0u .- --.mn '7si^;gG-SS2? fib? reiche Mischung oder durch eine JEiLni'pri^gfci^iölviL^g in dem Elnlassrohr, die nicht dargestellt sind, vermisohtc Alsciann wird der Brennstoff mit de:^i verbleibenden ■ Viertel an in den Zylinder einströmenden Luftvolunen so eln<?eführ-':.-dass die mit Er-snnstoff durchs^tgte iehicht ob<=n ^u^ -Ie^

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Frischluftschichten aufliegt.

Die zweite Einlassöffnung 86 kann so ausgebildet werden, dass sie der mit Brennstoff durchsetzten oberen Schicht einen I-Jirbel erteilt, oder die obere Schicht kann die Wirbelbewegung durch Reibung mit den wirbelnden unteren Luftschichten annehmen, Das zweite Einlassventil 84 ist in der Pi-, 5Λ an der Seite der Zylinderbohrung angeordnet, es kann jedoch auch in der Mitte angeordnet sein, wie es in der Fig, 4B dargestellt, ist. Das zweite Ventil 84 ist mit einer hin- und hergehenden Ventilwir- (| kung ausgebildet. Der Ventilsitz ist in die Zylinderkopffläche am Boden der zylindrischen Öffnung versenkt, Die öffnung hat etwas Spielraum gegenüber dem Aussendurchmesser des 7entilkopfe3, Bei dieser Ausbildung kann das zweite Ventil sich zu bewegen beginnen, ehe die erste öffnung sich öffnet, wodurch ein schnellerer Übergang zwischen den beiden Ventilen ermöglicht wird und eine bessere Belastung des Antriebes für das zweite Ventil, Im Betrieb sind die offnungs- und Sehliessbe;/e.';;ungen der beiden Einlassventile ^c;0 und 84 so eingeplant;, aass im Anfang, während des erstenTeiies des Einlasshubes etwa drei Viertel der gesamten Luftladung durch das erste Ventil mit einer achcialen Wirbelbewegung eintreten. Von hier an bsw. bis zum

J₀ Ende des Einlasshubes wird eine reiche Mischung, die etwa ein

to Viertel der Gesamt ladung darstellt, auf die Oberseite dee Luft-

Wirbels durch das zweite Ventil eingeführt, Während de-: Kom-Q nrencionnhubes des Kolbens mischt sich die obere s.rx^ere

k> :?ischung mit der daneben liegenden unteren ?riεe-hlufr.schicht, zo dnss etwa ein Drittel der gesamten IiuFt. bei fttwa 33" vor a-äin obaren Totpunkt den Kolbeno durchsetzt nind, ehe -Ils Druckwirkung aine zusätzliche Mist^w.^ hervoi·· zu-f-wfen berinnt. Der verbleibende

- da -

Abmagerungsvorgang der.Mischung ist ähnlich dem bereits beschriebenen '"organg. Die Zündkerze 38 wird wiederum dicht neben die Mitte dar Kit Brennstoff durchsetzten ober-en Schicht gesetzt. "

Bei den Konstruktionen nach B¹Ig₈ 3. bis 4 wurde der Brennstoff nicht direkt gegen d©a ZylinderkcpfflSche oder die Kolbenoberflache gerichtet eingeführt, sondern er wurde mit Luft vermischt entweder in. die erste oder die zweite Ventileinlcxsöffnurg eingelassen oder gegen öle Wand der Einlassöffnung gespritzt oder •tfon"dsr Kante des Einlassventllkopies abgelenkt * Dieses bedeutet, dass mix- ein Teil de? BrennstoffpartikeX öle Eylinderkopffläche . oder die Wände clep Yerbreiinungakammei? benamsen« Auch war der Luftwirfc-ei iitöhö gl&eb ausgebildet, aa der Wirbel um eine Achse, ate sesuiw?«ehi; sur Mittellinie aer gy-linderbohrüng verläuft_?

Liif·.' In ©ine h&hn %m,r-.i .= _s ύ;..>; sicfit 7oilSvi>;ilg zylindrisch

ΰ α*?-· Breams-Doff wird

i.sfc"h-.i--%?s «i-rig

li fc-Fguu, vmr daher

och iahten durch

aehslale Wirbelbewegung um die Längsachse der Bohrung erteilt und zwar mit der Gestalt der Verbrennungskammer, die diese Bewegung unterstützt.

Die Lufteinlassöffnung wird durch eine Rippe 87 unterteilt, die parallel zum Ventilschaft 22 verläuft und die sich längs der Ventilumrisslinie erstreckt, wobei ein schmaler Spalt 88 verbleibt. Die unterteilte öffnung macht eine Veränderung des Verwirbelungsausmasses der Luftladung möglich. Eine teilweise Drosselung an der Innenseite 89 ruft eine erhöhte Luftgeschwindigkeit im äusseren Teil 90 hervor und dadurch eine erhöhte Luftverwirbelung in dem Zylinder. Ein kompletter Abschluss der inneren Seite 89 ruft die höchste Verwirbelung hervor.

Eine Brennstoffe« ^-:vV:z^ ;/ ' -h+w.-,; ul. pi-i-ri- *■-■■ ^v- ^c--eits der Zylinderbohruns; 1' \r.\ ■":..■' ..", -"-r-- < > <r " τ <■</■ ^ΑΛ -» "-'linriarkopffläche 20 nahe am Einlassventil "'-. :^l :,., - ; ::/■ ι.

91 ist in diesem Falle eine einfache, άι in -·^το^--·'-.Vl·.; : 3:le einzige Forderung besteht, das-s der Brennst;":" , pä^l ^er-zn die

Zylinderkopf fläche gespritzt wird. Obgleich öz'r.e? ^r.n-pritsdiisen * verv/endet werden, u~ den Brennstoff direkt in 6en ''ischinenaylinder einzuspritzen und obgleich daher eine ^uie /^diehtung für die Einspritivcrrichtuns notwendig ist, '-önner? s.^J.ne Anzahl Steuereipenschaften der üblichen Brennstoffeins^rit :?:^rSuenie weggelassen werden, to νή.^'- :..?. eine ;Iiich^^ssl; ? Herrtäuburr der '-rannstο^fes nicht erforderlich, D?.iur?-h '-'lra '?.:*.2 V-r^T-:endting von Einspritzvorrichtungen ™it fester ^;''-"Τπ-α^:~-~ - ' :-^elrixen ^ins-5ritzdruc!c morlic":-. Die Aufrechterhait-xr~ vL.a~ :.dhus-

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Winkels für den Sprühstrahl ist nicht wichtig, ebenso sind die Charakteristiken von Anfang und Ende der Einspritzung sowie die Gleichmissigkeit des Ausnasses der Einspritzung nicht bedeutend. Auch kann die Dauer der Einspritzung so ausgebildet werden, dass eine billige Einspritzpumpe verwendet werden kann. Die Einspritzung erfolgt in dienern Falle während des ·Kompressionshubes bald nach dem unteren Totpunkt, wenn der Zylinderdruck niedrig . ist. Daher ist eine Einspritzung gegen einen hohen Zylinderdruck nicht erforderlich und die Verwendung von billigen Einspritzfe düsen und Einspritzag~regaten ist möglich.

Venn der i3rennstoff direkt gegen die Zylinderkonffläche eingespritzt wird und die Luftschichten in glatter Kreisbahn um die Bohrungsachse wirbeln,, wird eine sekundäre Luft bewegung bemerkbar. Einer der Gründe hierfür liegt, wie bereits erwähnt, darin, dass, wenn die Luft rund um die Verbrennungskammer j»hr um eine in wesentlichen senkrecht zur Bohrungsachse verlaufende Achse wirbelt, die Virbelbahn nicht so gleichförmig ist, als wenn die Luft um die Bohrungsachse herun wirbelt, und den glatten S«itenwänden der »Bohrung folgt. Deswegen ist die sekundäre Luftbewegung beim senkrechten Wirbel im Vergleich zur Gesantluftbewegung vernachlässigbar. Auch neigt die Einführung des Brennstoffes in die Schicht an Stelle von oben auf die Verbrennungskammerwand dazu, diese sekundäre Luftbewegunr weniger bemerkbar zu machen.

In der Fig. 6 ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 91 ir. die Zylinderwand eingesetzt, derart, dass der Brennstoffrtr°hl ■ niedriger 'Geschwindigkeit auf den Zylinderkopf ?.uftrifft unf sämtlichen Brennstoff auf ihm absetzt. Die .\insnritzun~ finret

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des Kompressionshubes statt, wenn der Zylinderdruck noch niedrig ist. Während des Kompressionshubes verdampft der Brennstoff und misclit sich mit der Luft in der Grenzschicht der ^T.-rirbelnden Luft. In der Grenzschicht an der Zylinderkopfflache ist die tan^entiale Luftgesclr./indip-keit ~erinn;er als in der Hauptluftmasse. Daher reicht die Zentrifugalkraft, die auf die Holsküle der wirbelnden Luft einwirkt, nicht aus, um den Saur;effekt des wirbelnden Kernes auszubleichen. Diese Unaus-'-e^lichenheit erzeugt einen sekundären nach innen °-erichteten Stron in der Grenzschicht. Die Luft^artikel naha der Zylinderlauffläche beveger sieh nach innen und versuchen den Kern aufzufüllen. Der Ersatz dieser Luftnartikel stammt aus der ϊ-iauptluftnasse. Der ^rennstoffda^.nf und die Partikel, die an der Zylinderkopffläche neben der Grenzschicht niedergeschlagen sind, '■rerden daher⁵ in den Kern des "Jirbels hinsinretra^en und ermögliche] es, dass neua ^rischluftnartikel an die noch nn^se Z;/lind er kopf- ^l-.che -elan-en. Diesen Ilschverfahren ergibt eine DurchsetzunK d?r obf-ren '"'c-iicht des Luft^T:irbels mit Brennstoff und die ^r/chi ent erhält eine leichte nach innen berichtete Anschwellung in der i''itte.

j'ie rokundäre ""i^ch^irl-'in^ ergibt daher eine Durchset zun_;"i; der oberen ">.hicht der -^rirbelnrien Luftschichten mit Brennstoff und l^J.e -''rbleibanden unteren frischluft schichten bleiben ^schichtet und Y '.nitzt-n eins VJirbelbevje^un.-* um die Längsachse der Z3^rlinderbohrun".

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Bei niedriner Verwirbelung ruft die langsame Mischunr oder Diffusion des Brennstoffes in der durchsetzten Pchicht in die daneben liegenden Frischluftschichten hervor, dass die Mischung auf etwa ein Viertel der Luftladung beschränkt bleibt, etwa 35° vor oberer Totpunktlar_;3, ehe die .°t".rke der Druckvrirkun;? ausreichend wird, um eine zusätzliche rasche Mischung oder Ablagerung der Mischung in i-i-3 weiteren cnstossenden Frischluft.schichten hinein hervorzurufen. Dies3 'Jirkunr, ist f-lhnlich derjenigen, vie sie für die vorh'-ri^er Konstruktionen bereit? b3scLrieben worden i^t. Bei ein Viertel Pelastum; wird daher die Zündunr; ir. diesen Zeitpunkt stattfinden. Die Zündkerze 3" ist, wie dargestellt, in einer Lage angeordnet, die es ermöglicht, dass der Zündsoalt nicht an der Mitte der Bohrun~ lie^t.

Bei höherer ^;'elartunr; "rird eine höhere Verwirbelun-; und Z-'lndverzö^e^unr benutzt. Die höhere Verwirbelung kann durch ::esif;n9-te Blockierung der Einlassöffnung, wie sie beschrieben wurde, erreicht werden. Dies ergibt eine schnellere Verdampfung der Brennstoffpartikel aus der benetzts-n Fläche und eine dickere mit Brennstoff durchsetzte obere Schicht. Die spätere Zündunr ":entsttet er., dass die Druckwirkung ein ''Jachstun der nit Brennstoff durchsetzten Schicht in die daneben liegende "rischluftschicht hinein ermöglicht, um eine ausreichende Abrtanerunn der Mischunr bis zur sach-;emässen Mischung im Zeitpunkt der Zündunr, zu erreichen.

Wie bei den vor auf gehenden Ausführung formen wird ein Betrieb mit leichter Belastmr* oder ein Betrieb mit -rGniger ^.Is ein Viertel Last zum Beispiel durch teilweises Abdrosseln des Lufteinlasses erreicht. 909831/0624 ^^ ^

Ein Betrieb bei sehr leichter Belastung kann auch ohne Drosselung erreicht werden, wenn eine veränderliche Einspritzzeit verwendet wird. Eine späte Einspritzung geringer Mengen an Brennstoff ergibt eine kleinere Brennstoffdispersion und auf diese Weise eine zündfähige obere Mischungsschicht von geringer Stärke.

Fig. 7 zeigt eine Abänderung der Konstruktion nach Fig. 6, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung 90 im Hittelpunkt des Zylinderkopfes angeordnet ist und·bei der sie mit einem breiten Konusdüsenwinkel versehen ist, der den Brennstoff an die gegenüberliegenden Seiten der Zylinderkopffliiche einspritzt. Diese Art der Anordnung 1st für Konstruktionen günstig, bei denen Einheitsin.iektionsvorrichtungen verwendet werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Abänderung der Fi^. 6, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung 92 in der Zylindervand angeordnet ist und zwar nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens. Der Brennstoff wird hierbei an der Kolbenoberfläche niedergeschlagen. Der Kolben besitzt wiederum einen Hohlraum 44, der gegebenenfalls nach der einen Seite versetzt sein kann, um günstigere Bedingunger für den Niederschlag des Brennstoffes zu schaffen.

Die T?ir;. 9 zeigt noch eine andere Abänderung der Ausführung nach Fig. 6, bei der die obere "Wirbelschicht mit Brennstoff durch Direkteinspritzung durchsetzt ist. Die Zylinderkopffläche 20 ist in dieser Falle flach, während der Hohlraun 44 in dem Kolben tiefer ist. Diese OestaltunTen erzeugen in Verbindung mit in geeigneter Weife aungebildeter Ventileinlassöffnung (nicht darcre-

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stellt) eine hohe Verwirbelung der einströmenden Luft. Die Zündkerze 38 ist so eingesetzt, dass der Zündspalt dicht an der Mitte der Bohrung liest.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 9^ ist in den Zylinderkopf eingesetzt und zwar in Längsrichtung"zur Zylinderachse. Gegebenen· falls kann sie.leicht geneigt sein, oder etwas versetzt aus der Hitte angeordnet und geneigt sein. Der Brennstoff wird während des Kompressionshubes eingespritzt und zwar etwa unter einem weiten Konuswinkel von 90° bis 180°. Die Zerstäubung des Brennstoffes ist fein und gleichmässig und die Partikelgrösse kann · etwa 6 bis 10 mal grosser sein als sie bei Dieseleinspritzungen beispielsweise geeignet ist. Die Anfangsgeschwindigkeit der Brennstoffpartikel sind niedrig. Geschwindigkeiten, die durch

10 erreicht

einen Druckabfall von aete«· bis 55 at'i z.B. eingeführt werden, sind ausreichend.

Das Ende der Einspritzung ist konstant von Hull bis Ilalblast und zeitlich so eingestellt, dass es etw.a 90° bis 30° vor oberem Totpunkt eintritt, über Halblast wird das Einspritzende vorverlegt, um ausreichend Zeit zur Abmagerung der reichen Hi^chunzu geben. Der Beginn der Einspritzung nuss eine funktion der Beiast ung sein, sofern ein konstantes ^ri,insnritzverhältnir angewendet wird. Bei leichter Belastung wenn die "insnritzung kurz ist, dringen die Brennstoffpartikel nit niedriger Geschwindigkeit nur ein kurzes Stück in die obere Schicht ier wirbelnden Luft ein, ehe die Zugkräfte ien "irennctof nit der Luft belegen. Inzwischen verdampfen die "Jrennstcfftrö^fcher.

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und mischen sich mit den Molekülen der umgebenden Luft, um die oberste Schicht der wirbelnden Luft zu durchsetzen, die infolge der sekundären Luftbewegung eine Ausbauchung in der Mitte des Wirbels besitzt. Die Einspritzgeschwindigkeit wird so gewählt, dass z.B. bei einem '.-Jinkel von 20° bis 6o° nach Beendigung der Einspritzung, wenn die Zündung stattfindet, die durchsetzte Schicht die richtige Mischung für die leichteste Belastung enthält,

jsi hohen Belastungen ist die Einspritzdauer länger. Daher ™

dringt der Brennstoff strahl tiefer ein. Das bedeutet, dass, ,je eher die Einspritzung beginnt, die früher eingespritzten Partikel in die Luft mit niedrigerer Dichte eingespritzt werden und auf diese V^Teise weiter eindringen. Dadurch ergibt sich mehr Dispersion grösserer Brennstoffmengen und dadurch die Durchsetzuneiner grosseren oberen Luftschicht mit einer richtigen "unerring. Die Zündung lie^t bei grösseren Lasten später, so d£ss die Druckwirkung eine zusätzliche Mischung hervorruft. "Λο.± voller Belastung ist die Ladung bei der Zündung noch leicht Jj f3cchichtet, so dass die Gefahr eine:.- Detonation vermindert ist.

Cb ;;·=■'~t sich also, dass die Erfindung ein Verbrennungsverfahren ""nschlchtetar Ladung benutzt, b^i dem ein Luftstrom in die Verbrsnnun-'-skammor in dichten parallelen Stromlinienschichten mit "/irbolbe^e^un': um eine '^vemeinsame Achse eingebracht wird. Der '.srennr.toff wird in eine Schicht in der V/eise eingebracht, dass ο" ks-lne wesentliche Beeinträchtigung der Luftbewerunn; oder

BAD ORIQiNAL 90Ö831/062A

wesentliche Durchmischung zwischen der durchsetzten und der Frischluftschicht hervorruft. Eine rasche Durchmischung zwischen der durchsetzten und der Frischluftschicht durch die Druckwirkung wird abhängig von der Belastung gesteuert, indessen vrird in keinem Falle eine vollständige Mischung zwischen allen Schichten ermöglicht.

Es sind Abänderungen der Erfindung möglich, ohne aus dem Rahmen des" ErfindunpsGedankens herauszutreten.

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Claims (1)

1. fflr Brennkraftmaschinen, tel dera doit Brennefcoff-Luft-fiteiifleh durch eine 28ndkerse .-,esflndet wird, dadurah g«ktnns«lchn«t_f d&sn die Ladunr Verbrennung«» luft unttr Wirbelbildung in parallelen Stromlinien schichtweise in den Cylinder <!er Hrennkraftnaeehin· «rfcvl^.t» das« die Br#nrsetofriedunr nur in ·1η# der Luftechichton mit neringer ^:«- aehwindiriieit dtr Pnrtlk«! *»Iar*l>rAcht t^ird und diui? die s#!.t~ Hche CineteXlune d*r Hr«nn«toffKttfuhr eo =r««tea«rt vflrd_# vtr.se die «it ίtrennet©ff duroha«txttn "ehicht^n zur ".«it d#r ZJindunr xdndfllhi? sind, «Ehrend «lie Sündunf? statt findet _y ehe die Druck- «firkun.s d«s Μο(φΓΐ9ΐ·Γ«ηα·η Kol^na «ine vollttt;.n»ilre Durch* der *#8fuQt«rn .«ehlchten bewirkt hat»

   2· Vepbr*nnun(te#*rffthr«n n*cr. Artspruch 1, dcdurnt* t-.tk<.nneeieh«· net, da· κ dtr Brennstoff alt niedri r*r fte.tebwiruti^fceit .{--en eine von einer Luftschicht fineretrlohen« Flache /re«prfl;<t wird_# «β dnss er ver<l*er»ft und la den Luftwlrböl {-*lenirtt_t nowie in «Inen benaehbitrten Luft wir bei nlnein diffundiert, ohne snmtlleh« parallelen Luftwirbel su erreichen.

   .1· yerUrennunRefrerfuhren naoh An«prucii 1 ur.d 2_t dr:_;duroh g# l:er:ntelchnet, d«er, dl« neoenelnaitder lie 'er:d«m Luftwtrt>el u» eine aenkreeht *ur ".ylinderiertse Rteaeiide- ACh^e «irbeln.

   H₉ Verbre inunraVfirffthren rftC Annprue-S 1 und 2, dadurch "e ker.f.aeioimet, <ia«.« dii· n^bepf-!»ander llccndei! ;*urttftriitl u« «./linderte! sft herum wirbeln,

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   Verbrennung» νβι» fahren nach Anspruch 1 &ie *, dadurch , dm« der Srennefcoff in «in*» OpensWirbel tl wird, cter die Sylinderfipent hestreioht.

   6· Verbr*nnuneererfRhren nach Anbruch 1 bis ** d&dureh kemiKe lehnet» dl«·* der Brennstoff In'»Inen sswlechtn dtn «irb#ln i-elögenen LuftMrirt«*l «tngttprüht wird.

   7_# Verrbrennunsovtrfahr«n nach Aneprutfh I bis 6, dadurch u-e· k«nnseiohttet_t des« die Ladung: im ilnlaesluft In alnt« rröfisex wnd ein·« kl«in«r«n Ttil unterteilt wird, dats. der Brennstoff :ita kleineren T»iX <1·γ Ladunf: tuf^ef12hrt μΧρΛ und fine <lle ϊ;(InUUn₁T tntepreehend <1θγ E«Xaitun^ 4er H*schine so «eit ver· E5g#rt xlrd, <iaes eint *usreichende Fiaehun«; von Luft und etoff duroh atm Kolbenilruck bei der Κοτ_:ρΓ*$»1ση in elni -er '. oeleohlchten «rreieht wlrtl, jedoch nicht in allen

   Z* VerbrennunfT ever fahren nach Anspruch l «i» 7, dadurch --.e· kennet lehnet, dar? β der Sprvlhstrahi des »JrennstoffoR 'e^-en eine Flficne des. Klnlaeirentlle« der Brenntcraftisneehlne wirvl, die ihn s*f,en die EylinderflÄche und In der: Ablenkt» wodurch er

   9· Verbrennunpc/iverfahren :i»:ch Antprucii 1 biß % dadurch .-.*· kennie!ehn*t, dft»a uin Teil der ?.inlaBfluft in re.tnera Zustand durot/ ein Klnlaaaireritil #in**ela«nen wird, ^fthr+tnd ein weiterer Teil der riinlaesluft in Poras «Ines i-eclrASRcltc '!«Biisches niedriger OesehvlndtKkeit iurch ein ,-felteres ventil U-' der Hitte der Hrer-rikam:»«?? »a^enihrt ^irrt, -·οΐβί » ainlaai?:Veatile parallel arbeit«^,

   90983 1 / 062 A

   5 O

   10* Verbrennung«verfahren niuih Anspruch 1 Ma 9_P dadureh k*nn**.tchn*t, dass die beid*n Einlassventil· nacheinander öffnst

   11, V«rbrenim»c;ev*rfalir«n nach Antpruoft 7 bis 10, dadurch ·*- k«nnselehn*t» daes 4er grosser« Luftanttil in radial t3#r an^eordn^tftn v;irfeel»chicht#R in

   wirrt»

   12, Vei^rtmmttffsverf&iiren naeh Anaorueh 1 bis ll_t rifeduroh

   di«t ^eaamte Yerbrennunislttft In radial su

   Kirbelachi«^!itaa in d#ri iylind»r und der -Brennstoff ^«iron <ii0 ?!ylliK!#rktjpfflÄehe i<«apr,Jht

   13« V«rbreiinunp;av*rrahr*n nnch Ansrruoh X fois 12» itaUurch iuinnsiiiehnfct, u»9s die «In>;*f-'i;irte i^uft teilw#iae .»'«drosselt

   «ach Ansnruoh 12 and 13_# daiureti ?-*· eiuiet, dass d*r Sr«nnst»fr an fii* :-' r.äfj tie« £ylim!*rin>pf9» »owt* In die oberste ••ier Luft ^ia

   15. Vdj»br*?;ftun<>:averfahren rmoh Ληίί^ιηιοη 12 und 13« da-iureh ?:«· , das* ii«r brennstoff ?'StS#tt di# "'.ol^orofeirflAche U*r un-Λ in iie untsr^t« '--rtrbelaeMcht '.i«r Luft

   lö» '/erbrer.nunivJiverfahrea nacr» Anspruch 12 vm«l 13, dadurch **«- _J> der : r*nnstoff nur in dl·

   909831/0624 dör Luft eiu -ö»:>rit5it «ir<1.

   _gAD

   17» Verbrennuwgaverfahren naoh Anspruch 1 bis IS₉ daduroh re· kenneeicnnet, dass 41· ;irefin»toff*ufuhr und dl· Zflndunji seitlich 1» Verhältnis sur Belastung der Maschine tn 4er Wels« >;·- steuert sind, tiaae dl« mit Brennstoff äurchaetaten Sohlehten bei niedriger Bftlaatunit _t«eaiim1et werden, bevor dl* Druokwlrkunf, des ko:nprlKl*r«m1*n r»lbena eine Ahwaperunff der durehr.efceten Schlehken hervorruft, b&X Tellfcelaatun« dann» wenn die DruekrHrkung öee kolben» eine tetli*«lse Abaawerun-: der durchastit^n "oisicht*n bKw· Ausbreitung des Brennstoffdurch^attes In weiteren ,.irbeschichten bewirkt hat und bei Vollaat dann, nachd»« die Druckwirkung? alrse raaehe r/urefeiischöng einer Mehrxahl von W!rbelluftaehlohten bewirkt iiat, ohne aber »Ine voll»tAndl**e Buren· »fintilüher WirbeXluftechiebten bewirkt «u babtn·

   "irennkriftaftechlne »lt einem Verbrennung*verfahren nach

   I bJU 17» dadurch Kekenn«elehn*t, ilase de« rir*Xaeev«r>tl] Ui« «ln;;«Xai»aane Luft In parallele ^trorainien un:i .vcrslchten unti»rt«llt und eine VlrbeXbewegunE atr Luft uk «IIe Aehue Λατ Sy-HnderUohrun ■* h^rvi>rruft und iaas der 7.ün<ia«it;>unkt tn Abn-Snc!/-K4»lt von tier 'i)^la»tung der ,%s«hine und als Funktion tt«r Druckwirkung des komprimierenden Kolben» a«f 11« i.:r«nn«toffvertellunr die einzelnen Luftsöhichtsn so verateilt wird, das* (!ΐβ

   ^ *ta vor .siner vollatSr.dll'
   Luftaehichten

   19· Jrennkraftisaechine nach Anspruch I^. rtf»<lurch -ökannaelehnet.

   den ;3

   «» :'lnlöß3V*Jitiles richtet.

   *° 2". irennkraftmaachine nach Anspruch 1^, <ialurch -die ^r«nn8toffdase tien Brennstoff strahl «;e"*en el^en Teil de»

   BAD

   Einlassventil·* (60| selbst richtet«

   21. AretinJcraftitasehlne nach Anspruch IB bis 2O₉ dadurch g·· kenntelohnet, da*« vor de* Einlassventil (T2) «In« Trennwand (61) Ie Luftweg vorgesehen 1st» die den Luftstrom» unterteilt.

   22« Brennkraftmaschine «ad» Anspruch 1* bis 20, dadurch ge« kennzeichnet* dass aehrcre Einlassventile (43, 7*1) für mehrere

   Luftetröne vorgesehen sind, und das« der Brennstoff durch eines

   wirbelnde der Ventile (T*) sugefünrt und in eine mittlere wirrte**«* Luft*

   schiebt elnseföhrt wird.

   23· Brennkraftmaschine naoh Anspruch 22, dadurclt cekennttichnet, dass eines der Ventile (?4) ein« geringere Durchlesaffihipkeit beeitet, als die anderen (*H), dass <ias kleinere Ventil (7t) nach den anderen Tentilen (*?) geöffnet vird und die Brennstoff sufuhr d»rch das kleinere Ventil (7¹O erfolpt.

   2*· Brennkraftmschine nach Anspruch 1*, dadurch ?ekenn*eichnet, dass der iirennstoff /regen die Plftohe des Zy linder kopf es wird·

   25» iirennkraftntasehlne nach Anspruch I¹ und 2k, dadurch ςβ-kennseleUnet, dass der Brenntitoff an beiden «Gelten der Fläche des ZyIInderkorfe* elnRSpritst wird.

   26. brennknift!V!?tchine nach Anspruch 1% dftdurch rekenn«ciohne1 i*ae der brennstoff reccen die Kolfienoberflach· eiripeepritst wird,

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   27· Sr«nnkrftft»aß«hln0 naoh Anspruch IS, dadureih is zeichnet, da» β d«r Brennstoff, in dl* oberste wirb#3nde Luft-· »hhicht *In^asrrit«t wird*

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