DE2039462B2 - Gemischverdichtende, fremdge zündete Viertakt Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch ein oder mehrere Einlaßventile als wenigstens annähernd brennstofffreie Luft unmittelbar einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch über ein zusätzliches Gemisch-Einlaßventil durch eine rotationskörperförmige, gleichachsig zum Gemisch-Einlaßventil zwischen dessen Ventilteller Und dem Hauptbrennraum angeordnete Nebenbrennkammer zugeführt wird, in der eine Zündkerze angeordnet ist, und bei der ferner mindestens ein Auslaßventil im Hauptbrennraum angeordnet ist.

Bei bekannten Maschinen dieser Bauart (deutsche Auslegeschrift 1 228 849 und britische Patentschrift 634) sind die Ventile der Hauptbrennfäume und die Nebenbrennkammer sowohl hinsichtlich einer rationellen Fertigung als auch hinsichtlich der Bildung eines kompakten Gesamtbrennraumes ungünstig angeordnet. Dabei laufen die Ventilschäfte des Gemisch-Einlaßventils und zumindest eines Einlaßventils von den Vantiltellern aus in einem spitzen Winkel zusammen, um die Steuerung dieser Ventile über gleichachsig gelagerte Schwinghebel zu ermöglichen.

Die Nebenbrennkammer liegt dadurch weitgehend neben dem vom Zylinder gegebenen und den Hauptbrennraum bestimmenden Kreisquerschnitt, so daß sich eine zerklüftete Gestaltung des Zylinderkopfes und Strömungshindernisse bei der Überleitung des Brenngases von der Nebenbrennkammer in den Hauptbrennraum ergeben. Kühlungsschwierigkeiten, Bearbeitungsprobleme und Störungen des Verbrennungs-iblaufes sind dabei unvermeidbar.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Anwendung der eingangs beschriebenen Bauart bei modernen Brennkraftmaschinen mit parallel oder V-förmig angeordneten, obengesteuerten Ventilen ohne nachteilige Eingriffe in deren vorteilhafte Gestaltung des Hauptbrennraumes, Bearbeitungsmöglichkeiten und Kühlungsverhältnisse zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen. Auf diese Weise wird ohne wesentliche Eingriffe in die üblichen Konstruktionsmerkmale moderner Brennkraftmaschinen die Anwendung des Verfahrens der Ladungsschichtung erreicht.

Dabei läßt sich infolge der erfindungsgemäß vorgesehenen verschiedenen Ventil- und Nebenbrennkammer-Anordnungsmöglichkeiten die Eigenart der Ladungsschichtung auch noch uadurch günstig beeinflussen, daß der Querschnittsverlauf der als Rotationskörper ausgebildeten Nebenbrennkammer ohne Drosselübergang zum Hauptbrennraum weitgehend frei wählbar ist, beispielsweise zylindrisch, kegelig, tonnenförmig, zwiebeiförmig usw. Auch durch Steuerung der Strömungsverhältnisse im Hauptbrennraum mittels der Ventilanordnung läßt sich die Ladungsschichtung günstig beeinflussen, indem die Gasströmung gegen die Öffnung der Nebenbrennkammer zum Hauptbrennraum gerichtet und so ein Vermischen des darin befindlichen zündfähigen Brennstoff-Luftgemisches mit dem brennstoffarmen Inhalt des Hauptbrennraumes vor dem Zündzeitpunkt ausreichend verzögert wird.

Durch die USA.-Patentschriften 2 914 041 und 3 359 958 sind zwar Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen ein Zusatz-Einlaßventil mit einer gleichachsigen Nebenbrennkammer V-förmig sowohl zu einem Einlaßventil als auch zu einem Auslaßventil angeordnet ist. Eine befriedigende Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist dabei jedoch nicht erzielbar. Alle drei Ventile eines Zylinders liegen nämlich hierbei in einer fächerförmigen Winkelstellung zueinander, so daß sich bei Reihenanordnung mehrerer Zylinder drei Ventilebenen mit entsprechend aufwendiger Ventilsteuerungsanordnung ergeben.

Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit V-förmiger Anordnung von Ventilen und Nebenbrennkammer sowie obenliegender Nockenwelle und Kipphebeln,

Fig.2 einen schematischen Grundriß der Ventil und Nebenbrennkammeranordnung gemäß F i g. 1, Fig.3 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf entsprechend F i g. 1 mit abgewandelter Form der Nebenbrennkammer,

F i g. 4 einen schematischen Grundriß einer Ventil- und Nebenbrennkammeranordnung mit insgesamt vier Ventilen.

Nach den F i g. 1 und 2 weist ein Zylinderkopf 1 je ein Einlaßventil 2, ein Auslaßventil 3 und ein Gemisch-Einlaßventil 4 auf, die eine V-förmige Anordnung bilden. Dabei liegen das Einlaßventil 2 und das Gemisch-Einlaßventil 4 parallel zueinander. Für die Betätigung der Ventile ist eine zentral gelegene obenliegende Nockenwelle S und je Ventil ein Kipphebel 6 mit Kipphebellagerachsen 7 vorgesehen. Von den Ventilen 2, 3 und 4 erstrecken sich Gaswechselkanäle 8 beiderseits nach außen aus dem Zylinderkopf 1. Im Zylinderkopf 1 ist ein von den Ein- und Auslaßventilen 2 und 3 sowie von einem Kolben 9 begrenzter Hauptbrennraum 10 angeordnet, der im wesentlichen eine dachförmige Gestaltung aufweist. Aus diesem Hauptbrennraum 10 erstreckt sich gleichachsig und in Richtung des Gemisch-Einlaßventils 4 eine rotationskörperförmige Nebenbrennkammsr 11 bis zu dessen Ventilteller 4'. Seitlich ragt in diese Nebenbrennkammer 11 eine Zündkerze 12.

Durch den nicht dargestellten Einlaßkanal zum Einlaßventil 2 wird während des Betriebes der Brennkraftmaschine reine oder mindestens brennstoffarme Luft zugeführt, die mengenmäßig den Hauptanteil der Ladung der Brennkraftmaschine bildet. Durch den relativ engen Gaswechselkanal 8 zum Teller 4' des Gemisch-Einlaßventils 4 wird dagegen brennstoffreiches Brennstoff-Luftgemisch durch die Nebenbrennkammer 11 in die Hauptbrennräume 10 geleitet. Durch Abstimmen der Steuerzeiten der durch gesonderte von der Nockenwelle 5 betätigten Ventile 2 und 4 und durch gegebenenfalls zeitlich abgestimmtes Zuführen des Brennstoffes in den zum Gemisch-Einlaßventil führenden Gaswechselkanal 8 läßt sich für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine erreichen, daß stets ein zündfähiges Gemisch zum Zündzeitpunkt in der Nebenbrennkammer 11 bzw. im Bereich der dort angeordneten Zündkerze 12 zur Verfügung steht. Diese Forderung wird noch dadurch unterstützt, daß die durch das Einlaßventil 2 zugeführte brennstoffarme Ladung im Hauptbrennraum 10 eine Strömungsrichtung erhält, die infolge einer in F i g. 2 linksdrehenden Drallströmung gegen die öffnung der Nebenbrennkammer 11 zum Hauptbrennraum 10 gerichtet ist und ein vorzeitiges Vermischen des Inhalts der Nebenbrennkammer 11 mit dem Hauptanteil der Ladung im Hauptbrennraum 10 verhindert. Nach dem Zünden des in der Nebenbrennkammer 11 befindlichen Ladungsteiles greift die auftretende Flammenfront auch auf die brennstoffarmen Ladungsteile im Hauptbrennraum 10 über. Der hohe Luftanteil in der Ladung führt zu einer weitgehendst vollkommenen Verbrennung des Brennstoffes, so daß durch das Auslaßventil 3 nach

ίο Beendigung des Arbeitstaktes ein Abgas ausgestoßen wird, das praktisch frei von giftigen und sonstigen schädlichen Rückständen ist. Die weitgehendst vollkommene Verbrennung der Brennstoffanteile der Ladung wird auch noch durch die Gestaltung des Hauptbrennraumes begünstigt. Dieser ist über den größten Teil seiner Ausdehnung durch eiwen Aufsatz des Kolbens 9 flach ausgebildet und lediglich im Bereich der Nebenbrennkammer 11 durch eine muldenförmige Aussparung 9' für die Begünstigung des Verbrennungsablaufes erweitert.

In Fig. 3 ist die Nebenbrennkammer 111 tonnenförmig gestaltet, wodurch eventuell für den Verbrennungsablauf nachteilige Ecken bei einer zylindrischen Ausbildung entsprechend F i g. 1 ausgescMossen sind. Alle übrigen Teile des Zylinderkopfes nach F i g. 3 stimmen mit den entsprechenden Teilen nach F i g. 1 überein und sind daher mit gleichen Ziffern benannt.

Nach F i g. 4 weist der Zylinderkopf insgesamt vier Ventile auf. Neben dem Gemisch-Einlaßventil 4 können dabei entweder zwei weitere Einlaßventile 202 und ein einziges Auslaßventil 203 vorgesehen werden, oder es werden die Ventile 202 als Auslaßventile und das Ventil 203 als Einlaßventil ausgebildet, so daß sich insgesamt in diesem Fall mit dem Gemisch-Einlaßventil 4 je zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile ergeben. In der Anordnung und Steuerung dieser Ventile ergeben sich auch in diesem Falle günstige Voraussetzungen, da jeweils zwei Ventile paral-IeI zueinander liegen und mit den beiden anderen eine V-förmige Anordnung aufweisen. In üblicher moderner Ausbildung lassen sich diese Ventile mit einer oder zwei obenliegenden Nockenwellen günstig steuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch ein oder mehrere Einlaßventile als wenigstens annähernd brennstoffreie Luft unmittelbar einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung ate brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch über ein zusätzliches Gemisch-Einlaßventil durch eine rotationskörperformige, gleichachsig zum Gemisch-Einlaßventil zwischen dessen Ventilteller und dem Hauptbrennraum angeordnete Nebenbrennkammer zugeführt wird, in der eine Zündkerze angeordnet ist. und bei der ferner mindestens ein Auslaßventil im Hauptbrennraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (2 bzw. 202) und das Auslaßventil (3 bzw. 203) sowie das Gemisch-Einlaßv. ι til (4) in zwei V-förmig von den Ventiltellern aus auseinanderstrebenden Ebenen liegen.

2. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ein- und Auslaßventil (2 und 3) in an sich bekannter Weise V-förmig und zueinander seitenversetzt angeordnet sind 'md daß das Gemisch-Einlaßventil (4) mit dem Einlaßventil (2) in einer Ebene liegt.

~3. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ein- u.,d Auslaßventil (202 und 203) in einer Ebene und V-förrrig zui Gemisch-Einlaßventil (4) liegen.

4. Viertakt-Brennkraftmi chine nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Ein- und Auslaßventil (202) mit dem Gemisch-Einlaßventil (4) in einer gemeinsamen Ebene liegt.