DE2038097C3 - Brennkraftmaschinen-Zylinderanordnung mit einem Brennraum und einer Elektroden einer Zündkerze aufnehmenden Vorkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In der DT-OS 18 09 594 ist bereits eine diesem Oberbegriff entsprechende Konstruktion beschrieben, bei der ein in die Vorkammer mündendes Kraftstoff-Luft-Gemischeinlaßventil und ein in den Hauptbrennraum einmündendes Einlaßventil mit getrennten Ventilschäften auf einem gemeinsamen Ventilhebel aufliegen und von diesem betätigt werden.

Derartige oder ähnlich ausgebildete Maschinen haben den beispielsweise für Kraftfahrzeugmotoren

ίο wesentlichen Vorteil, daß der Brennraum mit einem relativ mageren Gemisch beschickt werden kann, so daß eine gute Kraftstoffausnutzung und günstige Abgasverhältnisse gewährleistet sind, während nur die ein relativ kleines Volumen aufweisende Vorkammer mit einem zündwilligen, d. h. fetteren Gemisch gefüllt werden muß.

Die Konstruktion nach der US-PS 31 74 470 geht

insofern hinsichtlich der Verringerung der Zahl der Bauteile noch weiter, als dort der Schaft des in den Hauptbrennraum einmündenden Einlaßventils mit einem Kragen versehen ist, der gleichsam als Anschlag für einen Schwenkhebel dient, der dann ein Ventil für eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung nahe dem Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum betätigt. Gemeinsam ist diesen beiden Konstruktionen der Nachteil, daß zwar eine feste zeitliche Relation zwischen den Betätigungen der beiden Kraftstoffzuführungen sichergestellt ist, aber sich nur vc/lkommen symmetrische Zeitquerschnitte erzielen lassen, also keine Freiheit hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Kraftstoffzuführung zur Vorkammer gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so auszubilden, daß diese Beschränkung nicht in Kauf genommen werden muß. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale nach dem Ha jptanspruch.

Unabhängig davon, ob die Kraftstoffzuführungen durch Ventile, die mit Luft gemischte Kraftstoffe zuführen, oder durch Einspritzdüsen gebildet sind, gibt die Erfindung also die Lehre, die Bewegungen von Teilen der ersten Kraftstoffzuführung zur Steuerung der die Vorkammer bedienenden zweiten Kraftstoffzuführung auszunutzen. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß als Bezugszeiten für die Betätigung bzw. Sperrung der zweiten Kraftstoffzuführung die verschiedenen Betriebszustände der ersten Kraftstoffzuführung dienen können, auch wenn eine gegenüber der ersten Kraftstoffzuführung zeitlich andere Betätigung der zweiten Kraftstoffzuführung notwendig ist.

Verständlicherweise ergibt sich eine ganze Reihe konstruktiver Ausführungsformen der Erfindung. Bei einer besonders kompakten Ausführungsform dieser Art ist die Querschnittsprofilierung als Nocken für eine gegen Federn axial quer zu dem Stößel verschiebbare Betätigungsstange ausgebildet, die mit einem den Betriebszustand der zweiten Kraftstoffzuführung beherrschenden Element in Verbindung steht. Diese Ausführungsform wird man vorzugsweise dann anwenden, wenn die Platzverhältnisse in der Zylinderanordnung es gestatten oder es sogar erfordern, die beiden Kraftstoffzuführungen unter einem Winkel gegeneinander geneigt einzubauen. Beispielsweise können beide Kraftstoffzuführungen durch Tellerventile beherrscht sein, auch die Betätigungsstange ein Ventilschaft sein und die Ebenen der Ventilteller einen von 180° abweichenden Winkel, vorzugsweise einen Winkel von

90°, einschließen. Hier liegt die Vorkammer also im Schnittbild praktisch neben dem Ansaugrohr für das magere Gemisch.

Die Anordnung kann aber auch so aufgebaut sein, daß die der zweiten Kraftstoffzuführung zugeordnete Betätigungseinrichtung eine Membran oder einen Kolben sowie eine von dort zu einem Druckraum, vorzugsweise zu einem der ersten Kraftstoffzuführung zugeordneten Saugrohr, führende Druckübertragungsleitung enthält und daß die Querschnittsprofiiierung als Ventil in der Üruckübertragungsleitung ausgebildet ist.

Bei dieser Ausführungsform wird also der im Saugrohr für die erste Kraftstoffzuführung herrschende Unterdruck zur Betätigung des Ventils der zweiten Kraftstoffzuführung über eine Membran ausgenutzt, wobei diese Unterdruckübertragung in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der ersten Kraftstoffzuführung vorgenommen wird.

Zweckmäßigerweise wird das Ventil ein Zweiwegeventil sein, das die Membran über die Druckübertragungsleitung bei geöffneter erster Kraftstoffzuführung mit dem Saugrohr, dagegen sonst mit der Atmosphäre verbindet.

Auch dann, wenn die Querschnittsprofiiierung wie in dem zuletzt beschriebenen Fall einen Bestandteil eines Ventils bildet, kann sie sehr einfach gewonnen sein; es genügt nämlich, eine Linschnürung vorzusehen, die bei geeigneter Lage in dem Verlauf der Druckzuführungsleitung einen Kanal für das Druckmedium bildet.

Verständlicherweise sind auch andere Ausführungsformen möglich, beispielsweise solche, die zur Krastübertragung eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung verwenden.

Die Figuren zeigen in senkrechten Schnitten Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei nur diejenigen Teile der Zylinderanordnung dargestellt sind, die für die Erfindung von Bedeutung sind. Während Fig. 1 ein Beispiel für den Fall gibt, in dem der Schaft eines Ventils der ersten Kraftstoffzuführung Bestandteil eines Ventils im Rahmen einer Druckübertragungsleitung der Betätigungseinrichtung für das Ventil der zweiten Kraftstoffzuführung bildet, liegt F i g. 2 eine rein mechanische Betätigungseinrichtung für die zweite Kraftstoffzuführung zugrunde, bei der der Schaft des Ventils der ersten Kraftstoffzuführung mit einer als Nocken ausgebildeten Querschnittsprofiiierung versehen ist.

In allen dargestellten Fällen ist angenommen, daß beide Kraftstoffzuführungen durch Gaswechselventile beherrscht werden, also eine Gemischzuführung über Vergaser oder Saugrohreinspritzung erfolgt. Verständlicherweise läßt sich die Erfindung auch dann sinngemäß anwenden, wenn Einspritzdüsen mit Einspritzpumpen Verwendung finden.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so umfaßt der allgemein mit 1 bezeichnete Zylinder die einen nicht dargestellten Kolben, gegebenenfalls auch einen Drehkolben enthaltende Brennkammer 2 sowie die Vorkammer 3, die die Elektroden 4 der Zündkerze 5 aufnimmt. Dem Brennraum 2 wird ein im Hinblick auf günstigste Kraftstoffausnutzung und gute Abgasverhältnisse bemessenes mageres Gemisch über das von einem nicht dargestellten Vergaser bekannter Bauart belieferte Saugrohr 6 und ein Einlaßventil zugeführt, das im wesentlichen aus dem Ventilteller 7 und dem Ventilsitz 8 besteht. Der Ventilteller 7 ist fest mit dem Ventilschaft 9 verbunden. Die Betätigung des Ventilschafts 9 und damit des Ventiltellers 7 erfolgt in an sich bekannter Weise über mit der Motordrehzahl gesteuerte Nocken.

Während also dem Brennraum 2 ein mageres Gemisch zugeführt wird, wird die Vorkammer 3 mit einem zündwilligen, d. h. relativ fetten Gemisch beliefert, das über eine zweite Kraftstoffzuführung zu bestimmten Zeitpunkten, möglichst kurz vor dem Zündzeitpunkt der Zündkerze 5, zugeführt wird. Auch diese Kraftstoffzuführung ist als Ventil aufgebaut, dessen Ventilteller mit 10, dessen Ventilsitz mit 11 und

ίο dessen Ventilschaft mit 12 bezeichnet ist. Diese Einrichtung weist ferner ein separates Saugrohr 13 auf, das mit einem zusätzlich zu dem das Saugrohr 6 beliefernden Vergaser vorhandenen Vergaser in Verbindung stehen kann.

Einen wesentlichen Bestandteil der Betätigungseinrichtung für das zweite Ventil 10,11 bildet die Membran 14, die die Kammer 15 in zwei Teilkammern unterteilt, von denen die in F i g. 1 obere Teilkammer 16 dauernd über die Öffnung 17 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die in der Figur untere Teilkammer 18 ist demgegenüber zeitweilig über die Druckübertragungsleitung 19 mit dem Saugrohr 6 verbunden, so daß in der Teilkammer 18 dann der Unterdruck des Saugrohres herrscht. Dieser Unterdruck hat zur Felge, daß an der Membran 14 eine so große Druckdifferenz wirkt, daß sich die Membran entgegen der Wirkung der Feder 20 in der gezeichneten Weise durchbiegt und über den mit ihr fest verbundenen Ventilschaft 12 den Ventilteller 11 vom Ventilsitz abhebt. Die Steuerung dieser Ventilbeiätigung erfolgt durch eine Querschnittsprofiiierung im Bereich des Ventilschafts 9 der ersten Kraftstoffzuführung·, die hier als Ringnut 21 ausgebildete Querschnittsprofiiierung bildet den beweglichen Bestandteil eines Ventils, das in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Schaftes 9 und damit vom Betriebszustand des Ventils 7, 8 die untere Kammer 18 über die Druckübertragungsleilung 9 entweder mit dem Saugrohr 6 oder über die weitere Leitung 22 mit der Atmosphäre verbindet. In dem figürlich dargestellten ersten Fall, bei dem also das Einlaßventil 7, 8 für das magere Gemisch geöffnet ist, bewirkt der Unterdruck in der Teilkammer 18 in der schon beschriebenen Weise das öffnen auch des Ventils 10,11, während nach dem Schließen des Ventils 7,8 und auch schon während des teilgeöffneten Zustandes desselben über die Ringnut 21 eine Verbindung zwischen der Druckübertragungsleitung 19 einerseits und der weiteren Leitung 22 andererseits erfolgt. In diesem Falle herrscht also Druckgleichheit in den Teilkammern 16 und 18, so daß das Ventil 10, 11 unter der Wirkung der Feder 20 und des Vorkammerdruckes wieder geschlossen wird.

Diese Lösung ermöglicht die Zusammenfassung sämtlicher mit der Vorkammer 3 zusammenhängender Einrichtungen und Teile, also der die Vorkammer 3 begrenzenden Zylinderteile, der Zündkerze, des weiteren Ventils einschließlich seiner Betätigungseinrichtungen und des weiteren Saugrohres in einem deckelartig mit dem eigentlichen Zylinder zu verbindenden Teil 23. Auch in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 umfaßt

ho der Zylinder 30 einen Brennraum 31 und eine Vorkammer 32, in die eine Zündkerze 33 mit ihrer Elektrodenanordnung 34 hineinragt. Wiederum ist angenommen, daß als Kraftstoffzuführungen von Telle-ventilen beherrscht werden. Das dem Brennraum

(15 31 zugeordnete Ventil besteht im wesentlichen aus dem Ventilteller 35 und dem Ventilsitz 36, an den sich wiederum ein Saugrohr 37 anschließt, während das die Vorkammer 32 SDeisende weitere Ventil den Ventilteller

38, den Ventilsitz 39 und das weitere Saugrohr 40 besitzt. Beide Ventilteller 35 und 38 sind über Schäfte 41 bzw. 42 gehalten, wobei jedoch lediglich der Schaft 41 unter Wirkung eines Nockens steht. Der Schaft 42 dagegen, der rechtwinklig zur Achse des Stößels 41 verschiebbar gegen die Wirkung der Feder 43 gelagert ist, wird von der als Nocken dienenden, kegeligen Querschnittsprofilierung 44 des Schaftes 41 betätigt. Wiederum erfolgt diese Betätigung in der Weise, daß bei voll geöffnetem ersten Einlaßventil 35, 36 — dieser Fall ist in Fig. 2 dargestellt — auch das Ventil 38, 39 geöffnet ist, während das letztgenannte Ventil zumindest bei voll geschlossenem Ventil 35, 36 ebenfalls geschlossen ist.

Verständlicherweise können die dargestellten Quer schnittsprofilierungen auch in anderer Weise se ausgebildet sein, daß eine zeitlich andere Betätigung dei weiteren Kraftstoffzuführung für die Vorkamme erfolgt. Es ist auch möglich, den Schaft 42 in Richtunj nach oben oder unten nachgiebig federnd zu lagern, se daß er nur bei Bewegungen der Querschnittsprofilie rung 44 nach unten bzw. nach oben in axialer Richtun( verschoben wird. Hier wird man also einen unterteiltet Schaft 42 vorsehen, dessen beide Teile durch eine que verlaufende Achse verbunden sind. Man erreicht dami ein einmaliges Öffnen des Ventils 38, 39 nur währenc des Schließens oder öffnens des Ventils 35,36. Im erstei Falle kommt man näher an den Zündzeitpunkt heran.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschinen-Zylinderanordnung mit einem Brennraum und mit einer mit diesem in Verbindung stehenden. Elektroden einer Zündkerze aufnehmenden Vorkammer sowie mit einer in den Brennraum mündenden ersten Kraftstoffzuführung mit einem je nach dem Betriebszustand der ersten Kraftstoffzuführur.g periodisch verschiedene axiale Stellungen einnehmenden Schaft, an dem eine Betätigungsvorrichtung angreift, und einer in die Vorkammer mündenden zweiten Kraftstoffzuführung, der ebenfalls eine Betätigungseinrichtung zugeordnet ist, die mit der Schaftbewegung gleiche Periodizität hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (9) als den jeweiligen Betriebszustand der zweiten Kraftstoffzuführung (10, 11, 12, 13; 38, 39, 40, 42) bestimmender Bestandteil der dieser zugeordneten Betätigungseinrichtung eine Querschnittsprofilierung (21, 44) aufweist, deren axiale Stellungen durch weitere Elemente dieser Betätigungsvorrichtung in zugeordnete Betriebszustände der zweiten Kraftstoffzuführung umgesetzt werden.

2. Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsprofilierung als Nocken (44) für eine gegen Federn (43) axial quer zu dem Schaft (41) verschiebbare Betätigungsstange (42) ausgebildet ist, die mit einem den Betriebszustand der zweiten Kraftstoffzuführung (38, 39, 40, 42) beherrschenden Element in Verbindung steht.

3. Zylinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kraftstoffzuführungen durch Tellerventile beherrscht sind, auch die Betätigungsstange ein Ventilschaft (42) ist und daß die Ebenen der Ventilteller (35, 38) einen von 180° abweichenden Winkel einschließen.

4. Zylinderanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 90° beträgt.

5. Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der zweiten Kraftstoffzuführung (10, II, 12,13) zugeordnete Betätigungseinrichtung eine Membran (14) oder einen Kolben sowie eine von dort zu einem Druckrauni führende Druckübertragungsleitung (19) enthält und daß die Querschnittsprofilierung (21) als Ventil in der Druckübertragungsleitung (19) ausgebildet ist.

6. Zylinderanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Dreiwegeventil (21) ist, das die Membran (14) über die Druckübertragungsleitung (19) bei geöffneter erster Kraftstoffzuführung (6, 7) mit dem Druckraum, dagegen sonst mit der Atmosphäre verbindet.

7. Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Betriebszustand der zweiten Kraftstoffzuführung beherrschendes Element als Ventil (10) ausgebildet ist und die zugeordnete Betätigungseinrichtung eine zu einer gemischbildenden Vorrichtung, z. B. einem Vergaser, führende Druckübertragungsleitung (19) enthält, und daß die Querschnittsprofilierung als Ventil (21) in der Druckübertragungsleitung (19) ausgebildet ist.

8. Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsprofilierung eine Einschnürung(21)ist.