DE2227440A1

DE2227440A1 - Mehrstufiges brennverfahren fuer mit interner verbrennung arbeitende brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2227440A1
Application number: DE2227440A
Authority: DE
Inventors: Guenther Haefner; Konstantin Dr Ing Pattas
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1973-12-20
Also published as: IT985280B; GB1433147A; FR2188681A5; SE394724B; JPS4943005A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9^76/4

Stuttgart 5. Juni 1972

Mehrstufiges Brennverfahren für mit interner Verbrennung arbeitende Brennkraftmaschinen¹'

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Brennverfahren für mit interner Verbrennung arbeitende Brennkraftmaschinen mit einen volumenveränderlichen Hauptbrennraum und in diesen ausmündendem Luftspeicher sowie in diesen ausmündender Brennkammer, bei dem der Kraftstoff in der Brennkammer unter starkem Luftmangel teilverbrannt wird und die Endverbrennung in dem Hauptbrennraum er« folgt, sowie eine nach einem Brennverfahren gemäß der Erfindung arbeitende Brennkraftmaschine.

Bei einem bekannten mehrstufigen Brennverfahren für mit interner Verbrennung arbeitende Brennkraftmaschinen wird das in der in den Hauptbrennraum ausmündenden Brennkammer entzündete Gemisch durch den bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehenden Druck aus der Brennkammer in den Hauptbrennraum eingeblasen und durch den kanalartig ausgebildeten Hauptbrennraum zur Mündung des Luftspeichers geleitet. In Verbindung damit, daß der Austritt des Brennstoff-Luftgemisches aus der Brennkammer vor dem oberen Totpunkt erfolgt und daß während des Verdichtungstaktes ohnehin eine in den Luftspeicher gerichtete Luftströmung vorhanden ist, bewirkt die Zuführung des aus der Brennkammer austretenden Brennstoff-Luftgemisches, daß ein Teil des noch unverbrannten, aber thermisch bereits aufbereiteten Brennstoffes unmittelbar in den Luftspeicher mitgerissen wird und in diesem zur Zündung gelangt. Die sich hierbei ergebende Drucksteigerung bewirkt bezüglich des Luftspeichers eine Umkehrung der Strömungsrichtung

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und das Ausströmen des Speicherinhaltes.

Diese Arbeitsweise kann zwar gegenüber herkömmlichen Vorkammermaschinen insgesamt eine weichere Verbrennung zur Folge haben, da wegen der Speicherung eines Teiles der Luft im Luftspeicher die Verbrennung des nicht in den Luftspeicher einströmenden Anteiles des aus der Brennkammer austretenden Brennstoffes im Hauptbrennraum zunächst unter einem gewissen Luftmangel weiterläuft, bis die Luft aus dem Luftspeicher austritt. Im Hinblick auf die Abgasqualität und Abgaszusamniensetzung hat das bekannte Verfahren im wesentlichen aber nur dadurch Auswirkungen, daß durch die aus dem Luftspeicher unter Verbrennungsdruck austretenden Gase eine zusätzliche Durchwirbelung des im Hauptbrennraum befindlichen Gemisches und dadurch eine vollkommenere Verbrennung bewirkt wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Brennverfahren für mit interner Verbrennung arbeitende Brennkraftmaschinen der vorgenannten Art so auszugestalten, daß bei konstruktiv vergleichweise geringem Aufwand und guter Kraftstoffi.üsmitzung eine gute Abgasqualität erreicht wird· Hierbei ist insbesondere wesentlich, daß die Bildung von Ammoniak--(NH^-) und Stickoxyden vermieden wird, da diese besonders schwer unschädlich zu machen sind.

Gemäß der Erfindung wird dies in einem mehrstufigen Brennverfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die an die Verbrennung des Kraftstoffes in der Brennkammer anschließende Verbrennung zumindest nahezu ausschließlich in dem Hauptbrennraum durchgeführt wird, und zwar für einen wesentlichen Anteil des Kraftstoffes dadurch verzögert, daß das Volumen des Luftspeichers zumindest nahezu kraftstoffrei gehalten wird. Diese Arbeitsweise hat zur Folge, daß eine Verbrennung mit Luftüberschuß, bei der die Temperaturen hoch genug liegen, um die Entstehung von Stickoxyden in größerem Umfange zu ermöglichen,

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praktisch vermieden wird, da das Volumen des Luftspeichers, der bei der Kompression kraftstoffrei gefüllt wird, im wesentlichen erst für die Verbrennung zur Verfügung steht, wenn der Druck im llauptbrennraum etwa auf Koupressionsdruck bzw. noch weiter abgefallen ist.

Um die Entstehung von Stickoxyden' weitmöglichst zu verhindern, erweist es sich darüber hinaus als zweckmäßig, daß die beim Gasweclisel zugeführte und bei der Kompression verdichtete Frischluft in den in Nebelforr.i in der Brennkammer vorliegenden Kraftstoff hineingedrückt wird, da so ein quasi homogenes Kraftstoff-Luftgeinisch in der Brennkammer erreicht wird, bei dessen Verbrennung aufgrund des bestehenden Luftmangels Spitzentemperaturen vermieden werden, die die Entstehung von Stickoxyden erst ermöglichen. Die Einbringung des- Kraftstoffes in die Brennkammer erfolgt zweckmäßigerweise durch Einspritzen.

Um eine möglichst homogene Gemischbildung in der Brennkammer zu erzielen, erweist es sich als zweckmäßig, den Kraftstoff möglichst frühzeitig einzuspritzen. Die Einspritzung des Kraftstoffes kann dementsprechend erfindungsgemäß bereits im Übergangsbereich zur Kompression oder auch während der Kompression, dann allerdings bevorzugt im Anfangsbereich derselben erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, daß in der Brennkammer befindliche Kraftstoff-Luftgemisch fremd^zu^^züriden. Diese Zündung des in der Brennkammer befindlichen, überwiegend homogenen Gemisches erfolgt zweckmäßigerweise im Bereich des Überganges zur Expansion, bevorzugt gegen Ende der Kompression.

Um das Eindringen von Kraftstoff in den Luftspeicher mit Sicherheit auszuschließen und/oder um gegebenenfalls auch den Austritt der Luft aus dem Luftspeicher weiter verzögern zu können, kann

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es im Rahmen der Erfindung von Vorteil sein, den Luftaustausch in dem in den Hauptbrennraum ausmündenden Luftspeicher zwangsweise zu steuern.

Im Rahmen des erfindungsgenäßen Verfahrens kann es des weiteren von Vorteil sein, wenn beim Gaswechsel vorkompriinierte Frischluft zugeführt, wird, wenn also mit Aufladung gearbeitet wird.

Die Erfindung betrifft neben dem Brennverfahren auch eine nach diesem Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit einem volumenveränderlichen Hauptbrennraum und mit in diesen ausmündendem Luftspeicher sowie in diesen ausmündender Brennkammer, bei der der Kraftstoff in der Brennkammer unter starkem Luftmangel teilverbrannt wird und die Endverbrennung in der Hauptbrennkammer erfolgt. Zur Durchführung des Verfahrens ist die erfindungsgeniäße Brennkraftmaschine derart ausgestaltet, daß Luftspeicher und Brennkammer derart zueinander angeordnet und mit ihren Mündungen derart ausgerichtet sind, daß die Austrittsrichtung der aus der Brennkammer austretenden Gase an der Eintrittsöffnung in den Luftspeicher mit Abstand vorbeigeführt, bzw. von dieser weggeführt wird. Durch eine derartige Lage der Brennkammer zum Luftspeicher wird zumindest im wesentlichen sichergestellt, daß dieser kraftstoffrei gehalten wird.

In Ausgestaltung der Erfindung können hierbei Luftspeicher und Brennkammer rxebeneinanderliegend derart angeordnet sein, daß für die aus Luftspeicher und Brennkammer austretenden Gase etwa gleiche Austrittsrichtung gegeben ist.

Eine weitere und im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, Luftspeicher und Brennkammer ineinanderliegend anzuordnen. Bei ineinanderliegender Anordnung von Luftspeicher und Brennkammer erweist es sich insbesondere als zweckmäßig, diese Teile konzentrisch zueinander derart vorzusehen,

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daß für die aus Luftspeicher und Brennkammer austretenden Gaao etwa gleiche Aus tritt sr iehtuiig gegeben ist. 3ei ineinanderliegender Anordnung von Luftspeicher und Brennkammer erweist es
sich darüber hinaus allgemein als zweckmäßig, wenn der Luftspeicher die Brennkammer zumindest teilweise umgibt.

Eine weitere in: Rahmen der Erfindung gegebene Möglichkeit, den Luftspeicher zumindest im wesentlichen kraftstoffrei zu halten, ist dadurch gekennzeichnet, daß Luftspeicher und Brennkammer einander gegenüberliegend angeordnet werden, und zwar derart, daß die Austrittsrichtungon der aus ihnen austretenden Gase im
wesentlichen entgegengesetzt verlaufen und gegeneinander versetzt sind. Für die Anordnung von Brennkammer und Luftspeicher sind insbesondere bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen eine Vielzahl von Möglichkeiten im Rahmen der Erfindung gegeben. So kann erfindungsgemäß die Brennkammer im Zylinderkopf oder im zylinderkopfnahen Bereich angeordnet werden. Eine entsprechende Anordnung ist auch für den Luftspeicher im Rahmen der Erfindung möglich. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß der Luftspeicher mit Vorteil auch iai Kolben der Maschine vorgesehen werden·

Ist die Brennkammer im Zylinderkopf und der Luftspeicher im
Kolben vorgesehen, so erweist es sich ganz zweckmäßig, wenn,
bezogen auf eine Draufsicht, die Mündung der Brennkammer radial gegenüber der Mündung des Luftspeichers versetzt ist.

Erweist sich bei einer gegebenen Ausführungsform zur Verhinderung des Kraftstoffeintrittes in den Luftspeicher bzw. zur
Verzögerung des Luftaustrittes aus dem Luftspeicher eine Absperrbarkeit desselben als notwendig, so ist es zweckmäßig, im Mündungsbereich des Luftspeichers ein entsprechendes Absperrelement vorzusehen. Für den vorgesehenen Zweck erweisen sich
insbesondere Ventile, Drehschieber oder dergleichen als zweckmäßig. Von besonderem Vorteil sind dabei Ventilkonstruktionen, die selbststeuernd sind, um aufwendige Steuereinrichtungen zu

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vermeiden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematisierten Schnittdarstellung gemäß Linie I-I in Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer gemäß der Erfindung aufgebauten Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsform gemäß dem Schnitt V-V in Fig. 6,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in einer schematisierten Schnittdarstellung entsprechend der in Fig. 4, wobei im Übergang vom Hauptbrennraum zum Luftspeicher ein Absperrelement vorgesehen ist,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines im Übergang vom Luftspeicher zum Hauptbrennraum anzuordnenden, als Kugelventil ausgebildeten Absperrelementes.

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In der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten, als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Brennkraftmaschine ist mit 1 der Zylinder bezeichnet, in dem der Kolben 2 angeordnet xsl;, der mit einem Kurbeltrieb 3 antriebsverbunden ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Maschine ist ventilgesteuert und mit einem Auslaßventil 4 und einem Einlaßventil 5 versehen. Die Steuerungseinrichtungen für die Ventile sind nicht weiter dargestellt. Die Ventile 4 und 5 liegen, wie die Draufsicht gemäß Fig. 2 zeigt, einander in Bezug auf die Zylinderachse diagonal gegenüber und sind/ublicher Weise im Zylinderkopf 6 angeordnet.

Neben den nicht weiter dargestellten Ein- und Auslaßkanälen, die über die Ventile 4 und 5 gesteuert sind, münden in den Haupt« brennraum der Brennkraftmaschine, der durch den Zylinder 1 und den Kolben 2 volumenveränderlich begrenzt ist, noch eine Brennkammer 8 und ein Luftspeicher 9 ein. Die Brennkammer 8 und der Luftspeicher 9i die hier ebenfalls nur schematisch dargestellt sind, sind durch Übergangskanäle 10 und 11 an den Hauptbrennraum 7 angeschlossen, deren Mündungsöffnungen 12 und 13 im Aus— führungsbeispiel ebenfalls in Bezug auf die Zylinderachse einander diametral gegenüberliegen, und zwar derart, daß die Verbindungsgeraden der Ventile 4 und 5 und der Mündungsöffnungen 12 und 13 etwa senkrecht zueinander stehen.

In die Brennkammer mündet eine Einspritzdüse l4 ein, die hier derart angeordnet ist, daß sie dem Übergangskanal IO etwa gegenüberliegt. Forner ist in der Brennkammer 8 eine Zündkerze 15 vorgesehen.

Die Anordnung von Brennkammer 8 und Luftspeicher 9 bzw. von deren Übergangskanälen 10 und 11 zum Hauptbrennraum 7 ist so getroffen, daß die aus der Brennkammer austretenden Gase von der

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Eintrittsöffnung in den Luftspeicher weggeführt werden. Konkret ist dies im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 durch eine Ausrichtung der Übergangskanäle 10 und 11 zum Kolben hin und nahezu parallel zur Zylinderachse erreicht.

Die geschilderte Anordnung von Brennkammer und Luftspeicher hat auf die Arbeitsweise der erf indungsgeaiaßen Brennkraftmaschine, die nachfolgend ablaufmäfig erörtert wird, wesentlichen Einfluß. Ausgehend vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2, die eine ventilgesteuerte, nach dem Viertaktprinzip arbeitende Maschine zeigen, wird nämlich das im wesentlichen während des Expansionstaktes durch das Einlaßventil 5 zugeführte Frischgas während des darauf folgenden Kompressionstaktes verdichtet und dabei teils in die Brennkammer und teils in den Luftspeicher gedrückt. Vorzugsweise gegen Ende des Konipressionstaktes wird dann das in der Brennkammer befindliche, durch die Zuführung von Kraftstoff über die Düse l4 entstandene Kraftstoff-Luftgemisch über die Zündkerze 15 gezündet. Die Zündung des in der Brennkammer 8 befindlichen Kraftstoff-Luftgemisches hat zur Folge, daß zu einem wesentlichen Anteil noch unverbrannte Gase aus der Brennkammer 8 in den Hauptbrennraum 7 geschleudert werden. Dort wird deren Verbrennung fortgesetzt, zunächst ohne die im Luftspeicher 9 befindliche Frischluft. Diese bleibt zumindest zum allergrößten Teil im übrigen auch kraftstoffrei, da während der Kompression praktisch nur Frischgas im Hauptbrennraum 7 verdichtet wurde und dadurch die vorgeschilderte Ausrichtung der Übergangskanäle 10 und 11, bzw. die Anordnung von Brennkammer 8 und Luftspeicher 9 auch vermieden wurde, daß aus der Brennkammer 8 austretende, nur teilweise verbrannte und damit einen Kraftstoffüberschuß enthaltende Brenngase in den Luftspeicher gelangen. Der durch die Weiterverbrennung dieser Brenngase im Hauptbrennraum 7 sich zunächst ergebende Druckanstieg in diesem führt im Regelfall, auch bei nichtabsperrbarem Luftspeicher, zu keinem Eindringen der Brenngase in diesen, da aufgrund der vom Luftspeicher 9 weggerichteten Ausströmrichtung der Brenngase aus

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der Brennkammer 8 der Druckanstieg im Hauptbrennraum 7 im wesentlichen zunächst lediglich bewirkt, daß die dem Luftspeicher 9t bzw. dessen Übergangskanal 11 vorgelagerte, im Hauptbrennraum 7 befindliche Frischluft noch in den Übergangskanal 11 bzw. den Luftspeicher 9 gedruckt wird. Im Laufe der weiteren Verbrennung im Hauptbrennraum 7 sinkt dann in diesem aufgrund des zwischenzeitlich erfolgten Überganges zum Expansionstakt der Druck wiederum ab, was zur Folge hat, daß nach Absinken des Druckes im Hauptbrennraum 7 unter den Speicherdruck des Luftspeichers die in diesem komprimierte Frischluft in den Hauptbrennraum 7 übertritt und dort an der weiteren Verbrennung texlnimmt. Dieser Verfahrensablauf hat zur Folge, daß die Verbrennung bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine praktisch solange unter Luftmangel,alscXnit X< 1 erfolgt, bis die Verbrennungstemperaturen unter eine kritische Grenze abgesunken sind, unterhalb derer auch bei einer Verbrennung mit Xil keine Stickoxyde entstehen, die die Abgasqualität beeinträchtigen.

Hierfür erweist es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin als Vorteil, wenn durch die Düse lk der Kraftstoff zumindest im wesentlichen bereits eingespritzt wird, bevor durch die Kompression Frischluft in die Brennkammer 8 hin-* eingedrückt wird. Es ergibt sich so nämlich in der Brennkammer ein überfettetes, quasi homogenes Gemisch, bei dessen Verbrennung ebenfalls im wesentlichen Temperaturen vermieden werden, die über den für die Stickoxydbildung kritischen Temperaturgrenzwerten liegen.

In Fig. 1 ist weiter schematisiert dargestellt, daß die erfin-* dungsgemäße Brennkraftmaschine auch mit Aufladung betrieben werden kann. Hierzu ist, wie durch die Pfeilung l6 dargestellt, an die Abgasseite der Maschine (Auslaßventil k) eine Abgasturbine 17 angeschlossen, über die ein Gebläse l8 antreibbar ist, das, wie durch die Pfeilung 19 angedeutet, der Einlaßseite

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(Einlaßventil 5) unter Überdruck stehende Frischluft zuführt. Da aufgrund der Schnittdarstellung in Fig. 1 das Einlaßventil 5 nicht dargestellt ist, ist die Leitungsverbindung zwischen dem Gebläse l8 und dem Einlaßventil 5 nur strichliert angedeutet.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist eine schlitzgesteuerte Brennkraftmaschine angedeutet, und es werden die Einlaßschlitze 120 und die Auslaßschlitze 121 vom Kolben 102 übersteuert, der in nicht weiter dargestellter Weise mit einem Kurbeltrieb verbunden ist. Ferner sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Brennkammer 108 und der Luftspeicher 109 ineinanderliegend angeordnet, und zwar derart, daß der Luftspeicher 109 die Brennkammer 108 umschließt, in die, wie in der Darstellung gemäß Fig. 1, eine Einspritzdüse ll'l einmündet. Ferner ist in der Brennkammer wiederum eine Zündkerze 115 vorgesehen. Durch die Ineinanderanordnung von Brennkammer 108 und Luftspeicher 109 ergibt sich eine im wesentlichen konzentrische Lage von deren Übergangskanälen 110 und 111, von denen der dem Luftspeicher zugeordnete Übergangskanal 111 jenen der Brennkammer 1O8 zugeordneten Übergangskanal 110 umschließt. Abgesehen von den durch das Arbeiten nach dem Zweitaktprinzip bedingten, grundsätzlichen Unterschieden in der Arbeitsweise der Brennkraftmaschine entsprechen die vorliegenden Verhältnisse im wesentlichen jenen gemäß Figuren 1 und 2, so daß auf eine weitere Schilderung des Verfahrensablaufes hier verzichtet werden kann. Festzuhalten ist aber, daß die Ineinanderanordnung von Brennkammer und Luftspeicher zu einer besonders kompakten Bauweise führt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. k ist eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Anordnung der Brennkammer 208 und des Luftspeichers 209 im wesentlichen der gemäß Fig. 1 entspricht, bei der aber der Gaswechsel abweichend von der Darstellung gemäß Figuren 1 und 2 über eine Schlitzsteuerung erfolgt, die Einlaßschlitse 220 und Auslaßschlitze umfaßt, welche von dem mit einem nicht weiter dargestellten

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Kurbeltrieb verbundenen Kolben 202 übei-steuert werden. Abweichend von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist -

,in
die Brennkammer 2Oo, /der eine Zündkerze 215 und eine Einspritzdüse 2l4 vorgesehen sind, weiter im wesentlichen kugelförmigen Querschnitt auf, während bei den Darstellungen gemäß Figuren 1 bis 3 Brennkammern 8 bzw. 1O8 Verwendung finden, die in Bezug auf die Längsrichtung der zugehörigen Übergaiigskanäle 10 bzw. 110 langgestreckt ausgebildet sind. Eine ähnlich langgestreckte Form weisen in den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 bis 4 auch die Luftspeicher 9 bzw. 109 bzw. 209 auf. Auch in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Übergangskanäle 210 bzw. 211 wiederum so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Zylinders 201 erstrecken, wodurch vermieden wird, daß aus der Brennkammer 208 austretende Brenngase in den Luftspeicher 209 gelangein.

Während bei den vorangegangenen Ausführungsformen gemäß Figuren 1 bis 4 Brennkammer und Luftspeicher jeweils im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet sind, zeigen Figuren 5 und 6 eine Ausführungsform, bei der der Luftspeicher 309 im Kolben 302 angeordnet ist und bei der dem Zylinderkopf 3θ6 lediglich die Brennkammer 308 zugeordnet ist. Bezogen auf die Draufsicht gemäß Fig. 6 sind die Brennkammer 308 und der Luftspeicher 309 dabei seitlich soweit gegeneinander versetzt, daß die ihren Übergangskanälen 310 bzw. 311 zum Hauptbrennraum 307 zugeordneten Mündungsöffnungen 312 bzw. 313 mit Abstand zueinander seitlich versetzt sind. Diese Lage der Mündungsöffnungen sowie auch die aus den Figuren 5 und 6 ersichtliche Ausrichtung der Übergangskanäle 31O bzw. 311 führt dazu, daß die aus der Brennkammer bzw. aus dem Luftspeicher 309 austretenden Gase mit Abstand aneinander vorbeigeführt werden.

Der Luftspeicher 309 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 5 und 6 zentral im Kolben vorgesehen, und der dem Luftspeicher 309 zugeordnete Übergangskanal 311 liegt symmetrisch zur Achse

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des Zylinders 301· Der Übergangskanal 310 von der Brennkammer 3O8 zum Hauptbrennraum 30? weist im dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber einer die Zylinderachse enthaltenden Ebene eine Neigung von etwa 60 auf und mündet damit verhältnismäßig flach in den Hauptbrennraum 307. Diese Anordnung des Übergangskanales 310 hat in Verbindung damit, daß dessen Mündungsöffnung 312 nahe der Wandung des Zylinders 301 liegt, zur Folge, daß die aus der Brennkammer 308 austretenden Brenngase zunächst im wesentlichen in eine Ringbahn ?.uid damit nicht zur zentral liegenden Mündtingsöffnung 313 des Luftspeichere gelangen.

wie

Ähnlich/in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 findet auch in diesem Ausführungsbeispiel ein in Annäherung kugelförmiger Brennraum 308 Verwendung, dem eine Einspritzdüse 3l4 sowie eine Zündkerze 315 zugeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform können, wie anhand der Figuren 1 bis 4 geschildert, zur Steuerung des Gaewechsels entweder Ventile oder vom Kolben Übersteuerte Gaswechselkanäle vorgesehen sein.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau jener gemäß Fig. 4; es sind dementsprechend eine im Zylinderkopf angeordnete Brennkammer A08, ein im Zylinderkopf vorgesehener Luftspeicher 409 sowie diesen zugeordnete, in den Hauptbrennraum 4O7 ausmündende Übergangskanäle 410 und 4ll vorgesehen. Der Hauptbrennraum 4O7 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel teilweise durch den im Zylinder 401 laufenden, mit einem nicht weiter dargestellten Kurbeltrieb verbundenen Kolben 402 volumenveränderlich begrenzt. Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist im Übergangskanal 4ll zum Luftspeicher allerdings ein Absperrelement 425 vorgesehen, da» bevor· zugt durch ein Kugelventil gebildet ist, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Selbstverständlich können als Absperrelemente aber auch Drehschieberventile oder dergleichen Verwendung finden. Eine Ausführung als Kugelventil, wie sie der Darstellung gemäß Fig. 8 zu entnehmen ist, weist aber den Vorteil auf, daß beson-

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dere Steuerungen für das Absperrelement 425 entfallen.

Sinn der Anordnung eines Absperrelementes 425 im Übergangskanal 4ll zum Luftspeicher 4O9 ist, daß so bei entsprechender Steuerung des Absperrelementes 425 das Eindringen brennbarer Bestandteile in den Luftspeicher 4O9 während der noch mit Druck« Steigerungen im Hauptbrennraum 4O7 verbundenen Verbrennungsphase· weitgehend unabhängig davon vermieden werden kann, wie die Mündungsöffnungen Von Brennkammer und Luftspeicher zueinander lie-· gen. Schließlich ermöglicht die Anordnung eines Absperrventiles 425 aber auch die Einflußnahme darauf, wann die im Luftspeicher enthaltene und verdichtete Frischluft für die Verbrennung im Hauptbrennraum 4O7 freigegeben wird, so daß über das Absperr-» element 425 eine gewisse Steuerung des Verbrennungsablaufes möglich ist*

In Fig. 8 ist ein für den vorgesehenen Zweck besonders vorteilhaftes Absperrelement dargestellt, daß als Kugelventil ausgebildet ist. Das insgesamt mit 426 bezeichnete Kugelventil weist eine Kugel 427 aus magnet!sierbarem Werkstoff auf, die in einem Gehäuse 428 angeordnet ist. Das Gehäuse besteht aus einem nichtmagnetisierbarem Werkstoff und bildet in seinem unteren Teil eine Führung 429 für die Kugel 427. Das Gehäuse 428 weist, be zogen auf die Einbaulage in der Brennkraftmaschine, an seinem dem Hauptbrennraum 407 zugewandten Ende eine Bohrung 430 auf, die in den Führungskanal für die Kugel 427 auemündet, und die durch die Kugel 427 in der strichliert dargestellten Ruhelage derselben teilweise jd»ee e geschlossen wird. Der lediglich teilweise Verschluß der Bohrung 430 durch die Kugel 427 in ihrer Ruhelage in Verbindung mit in die Führung 429 eingearbeiteten, vorzugsweise rinnenförmigen Gaskanälen ermöglicht bei der Kompression, des Frischgases ein Eintreten desselben in das Ventilgehäuse 428, das nach seiner der Bohrung 430 gegenüberliegenden Seite einen Kanal 431 aufweist, welcher den Luftdurchtritt zum Luftspeicher ermöglicht. In ihrer strichliert

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dargestellten Ruhelage ist die Kugel 427 durch eine Feder 432 belastet· Ergibt sich nun bei der Verbrennung im Hauptbrennraum hO7-in diesdmr ein Druckanstieg, durch den die Druckdifferenz zwischen Hauptbrennraum 4ö7 und Luftspeicher 409 einen kritischen Wert überschreitet, so wird die Kugel 427 entgegen der Kraft der Feder 432 aus ihrer strichliert dargestellten Ruhelage in ihre obere Sperrlage gedrückt, in der sie den Kanal ^31 gegen den Hauptbrennraum 407 abschließt. Der Kanal 431 ist an seinem der Kugel 427 zugewandten Ende pfannenförmig aufgeweitet, so daß sich bei entsprechender Druckbelastung ein zumindest annähernd gasdichter Abschluß ergibt.

Um gewünschtenfalls den Austritt der Frischluft aus dem Luftspeicher etwas zu verzögern, kann die Kugel 427 in ihrer Sperrlage über magnetische Haftkräfte an der Pfanne gehalten werden. Hierzu erweist es sich als zweckmäßig, in das Gehäuse 428 einen den Kanal 431 enthaltenden Magneten einzusetzen, in den die mit 433 bezeichnete Pfanne für die Kugel 427 eingearbeitet ist. Als besonders zweckmäßig erweist sich in diesem Zusamaenhang ein Aufbau des Magneten aus mehreren Schichten, nämlich zwei äußeren Schichten 434 und 435 aus ferromagnetische!!! Werkstoff und einer zwischen diesen liegenden Schicht 436 aus permanentmagnetischem Werkstoff.

Wird das in Fig. 8 dargestellte Ventil mit einer derartigen magnetischen Haltevorrichtung für die Kugel 427 ausgestattet, so ist einmal durch die Feder 432 zunächst erreicht, daß durch die Verbrennung zunächst eine gewisse Druckdifferenz zwischen Hauptbrennraum und Luftspeicher aufgebaut werden muß, damit das Ventil schließt. Es wird so eine kleine Zeitspanne gewonnen, während derer noch , im Hauptbrennraum befindliche Luft in den Luftspeicher übergeschoben werden kann. Darüber hinaus wird durch die magnetische Halterung der Kugel aber gewährleistet, daß nach Absinken des Druckes im Hauptbrennraum unter den

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Speicherdruck das Ventil erst öffnet, wenn eine der Haltekraft des Magneten abzüglich der Federkraft entsprechende Druckdifferenz entstanden ist. Dies hat zur Folge, daß der Luftübertritt aus dem Luftspeicher in den Hauptbrennraum verzögert wird, dann jedoch mit entsprechend höherer Anfangsgeschwindigkeit erfolgt und somit die vollständige Verbrennung auf einen späteren Zeitpunkt verlegt wird, in dem bereits Temperaturverhältnisse herrschen, die die Bildung von Stickoxyden zumindest nahezu ausschließen.

Bei Brennkraftmaschinen der erfindungsgemaßen Art weisen die Brennkammer und der Luftspeicher in bezug auf den Hauptbrennrautn bei Totpunkt stellung des Kolbens ein verhältnismäßig großes Volumen auf, und es erweisen sich bezogen auf das Gesamtvblumen bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt Verhältnisse als zweckmäßig, bei denen auf die Brennkammer 30 bis 60%, den Luftspeicher 30 bis 6o% und den Hauptbrennraum 10 bis 20% des Volumens entfallen.

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Claims

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Ansprüche:

1./ Mehrstufiges Bren»/erfahren für mit interner Verbrennung arbeitende Breiuikraftinaschinen mit einem volumenveränderlichen Hauptbrennraum und in diesen ausmündendem Luftspeicher sowie in diesen ausmündender Brennkammer, bei dem der Kraftstoff in der Brennkammer unter starkem Lufttnangel teilverbrannt wird und die Endverbrennung in dem Hauptbrennraum erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Verbrennung des Kraftstoffes in der Brennkammer anschließende Verbrennung zumindest nahezu ausschließlich in dem Hauptbrennraum durchgeführt wird, und zwar für einen wesentlichen Anteil des Kraftstoffes dadurch verzögert, daß das Volumen des Luftspeichers zumindest nahezu kraftstoffrei gehalten wird«

2. Brennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Gaswechsel zugeführte und bei der Kompression verdichtete Frischluft in den in Nebelform in der Brennkammer vorliegenden Kraftstoff hineingedrückt wird.

3. Brennverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in die Brennkammer eingespritzt wird.

4. Brennverfahren nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Kraftstoffes im Übergangsbereich zur Kompression erfolgt.

5. Brennverfahren nach Anspruch 3 oder ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Kraftstoffes während der Kompression erfolgt.

6. Brennverfahren nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung im Anfangsbereich der Kompression erfolgt.

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7« Brennverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer fremdgezündet wird.

8. Brennverfahren nach einem oder mehreren -der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des in der Brennkammer befindlichen, überwiegend homogenen Gemisches im Bereich des Überganges zur Expansion erfolgt.

9. Brennverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des in der Brennkammer aufgebauten, überwiegend homogenen Gemisches gegen Ende der Kompression erfolgt.

10. Brennverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der Luft aus dem Luftspeicher während der Expansion bei einem Druck in dem Hauptbrennraum erfolgt-, der etwa dem maximalen Kompressionsdruck entspricht.

11. Brennverfahren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß der Luftaustausch in dem in den Hauptbrennraum ausmündenden Luftspeicher zwangsweise gesteuert wird.

12. Brennverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Gaswechsel vorkomprimierte Frischluft zugeführt wird.

13· Nach einem Brennverfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche arbeitende Brennkraftmaschine mit einem volumenveränderlichen Hauptbrennraum und mit in diesen ausmündendem Luftspeicher sowie in diesen ausmündender Brennkammer, bei der der Kraftstoff in der Brennkammer unter starkem Luftmangel teilverbrannt wird und die Endverbrennung in der Hauptbrennkanmer erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Luftspeicher (9 bzw. 309) und die Brennkammer (8 bzw« derart zueinander angeordnet und mit ihren Mündungen (l3 bzw. 313 und 12 bzw. 312) derart ausgerichtet sind, daß die aus der Brennkammer (8 bzw. 308) austretenden Gase an der Eintrittsöffnung in den Luftspeicher (309) mit Abstand vorbeigeführt bzw. von der Eintrittsöffnung in den Luftspeicher (9) weggeführt werden.

l'l. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 13t dadurch gekennzeichnet, daß Luftspeicher (9) und Brennkammer (8) nebeneinanderliegend derart angeordnet sind, daß für die aus Luftspeicher (9) und Brennkammer (8) austretenden Gase etwa gleiche Austrittsrichtung gegeben ist.

15· Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 131 dadurch gekennzeichnet, daß Luftspeicher (l09) und Brennkammer (1Ο8) ineinanderliegend angeordnet sind.

l6. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 13 oder 151 dadurch gekennzeichnet, daß Luftspeicher (109) und Brennkammer (1Ο8) etwa konzentrisch derart angeordnet sind, daß für die aus dem Luftspeicher (109) und der Brennkammer 108) austretenden Gase etwa gleiche Austrittsrichtung gegeben ist*

17· Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 oder l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (1Ο9) die Brennkammer (108) zumindest teilweise umgibt.

18. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 13« dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (309) und die Brennkammer (308) einander gegenüberliegend angeordnet sind, derart, daß die Austrittsrichtungen der aus

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ihnen austretenden Gase im wesentlichen entgegengesetzt verlaufen und gegeneinander versetzt sind.

19· Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) zumindest teilweise im Zylinderkopf angeordnet ist.

20. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer im zylinderkopfnahen Bereich angeordnet ist.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (9) zumindest im wesentlichen' im Zylinderkopf angeordnet ist.

22. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher im zylinderkopfnahen Bereich angeordnet ist.

23· Brennkraftmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (309) im Kolben (302) angeordnet ist.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23« dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher (309) zentral im Kolben (302) angeordnet ist.

2-5· Brennkraftmaschine nach Anspruch 23 oder 2k, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf eine Draufsicht, die Mündung (312) der Brennkammer (308) radial gegenüber der Mündung (313) des Luftspeichers (309) versetzt ist.

26. Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung, des Luftspeichers (^09) absperrbar ist. ·

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27- Brennkraftmschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Luftspeichers (ho¹)) durch ein Absperrelement (^;i25), wie ein Ventil, einen Drehschieber oder dergleichen absperrbar ist.

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