DE2259285B2

DE2259285B2 - Viertakt-brennkraftmaschine mit vorbrennkammer

Info

Publication number: DE2259285B2
Application number: DE19722259285
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tokio Kume
Original assignee: Zusatz in: 23 48 708 Honda Giken Kogyo KiC., Tokio
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1972-12-04
Publication date: 1976-12-02
Also published as: SU648132A3; JPS5138369B2; AU476622B2; DE2259285A1; CA986799A; AU4775272A; JPS4970011A; IT973859B; GB1413487A; SE387705B; FR2205103A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder mit eine Kurbelwelle antreibendem Kolben, der eine Hauptbrennkammer begrenzt, welche über eine Fackeldüse mit einer eine Zündvorrichtung enthaltenden, gegenüber der Zylinderachse seitlich versetzten Vorbrennkammer verbunden ist, und mit einer Vorrichtung zur Speisung der Hauptbrennkammer mit einem vergleichsweise abgemagerten i<.raftstoff-Luftgemisch und der Vorbrennkammer mit einem vergleichsweise angereicherten Kraftstoff-Luftgemisch, wobei die Fackeldüse eine Hauptsache hat. die in einen mittleren Bereich der Hauptbrennkammer gerichtet ist sofern der Kolben beträchtlichen Abstand von seiner ÖT-Stellung hat.

Das brennbare Gemisch im Bereich der verhältnismäßig kalten Zylinderwandungen verbrennt in einem herkömmlichen Viertaktmotor nicht vollständig, selbst wenn dieser unter den besten Bedingungen betrieben wird. Die Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe 4HC) wird wirksam gefördert, wenn die Verbrennungs- ftmperatur etwa 800° C überschreitet, jedoch erreicht 4ie Verbrennungstemperatur in einem herkömmlichen Viertakt-Benzinmotor nach der Zündung des Gemi- ■ches rasch einen hohen Wert, der bei der Entspannung der Verbrennungsgase rasch absinkt. Die hohe Tempe- WUur, bei welcher die Oxidation von HC praktisch ■tattfindet. ist daher von sehr kurzer Dauer, so daß inverbrannte Kohlenwasserstoffe abgegeben werden, 4*e von dem Bereich der Zylinderwände ausgehen.

Die Emissionen von Kohlenmonoxid (CO) werden auf ein Mindestmaß herabgesetzt, wenn das brennbare Gemisch magerer ist als es dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverbältnis entspricht Ein solches mageres Gemisch hat jedoch eine sehr geringe Zündfähigkeit was einen unstabilen Motorlauf ergibt

Durch die US-PS 21 84 357 ist eine Brennkraftmaschine eingangs genannter Art bekannt bei der die Ausrichtung der Fackeldüse auf den mittleren Bereich der Hauptbrennkammer zur vollständigeren und gleichmäßigeren Verbrennung vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht daß die den Zündvorgang in der Hauptbrenn kammer auslösende Flamme nicht auf solche Stellen der Hauptbrennkammer gerichtet wird, die verhältnismäßig kait sind Bei dieser Neigung der Fackeldüse in einer Richtung, die tiefer liegt als die Mitte der Hauptbrennkammer bei im oberen Totpunkt stehendem Kolben, werden die eingangs beschriebenen Probleme des Einflusses der relativ kalten Zylinderwandungen zwar teilweise beseitigt, es hat sich jedoch gezeigt, daß trotzdem noch Anteile an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in den Abgasen vorhanden sind, die im Hinblick auf die Luftverschmutzung zu hoch sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der bekannten Art weiter zu verbessern und dadurch die Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid herabzusetzen.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Hauptachse eine imaginäre Kugel schneidet, die den Schwerpunkt der Hauptbrennkammer als Mittelpunkt hat. wenn der Kolben in einer 90° KW nach OT entsprechenden Stellung steht, und daß der Radius der Kugel 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung nicht überschreitet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß gegenüber der vorbekannten Lösung die Ausrichtung der Fackeldüse bestimmte günstige Worte in bezug auf den Arbeitshub des Kolbens hat und daß ein zulässiger Bereich dieser Ausrichtung durch ein bestimmtes festes Verhältnis zum Zylinderdurchmesser ausgedrückt werden kann. Wird diese Lehre in der vorstehend angegebenen Weise befolgt, so ergibt sich eine wesentliche Verringerung schädlicher Bestandteile in den Abgasen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil der Maschine, aus dem die Anordnung und der Aufbau der Brennkammern ersichtlich ist, und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Zylinders der Maschine.

Die in der Zeichnung dargestellte Brennkraftmaschine besitzt einen Kolben 1, der eine Hauptbrennkammer 2 begrenzt. Eine Fackeldüse 3 erstreckt sich zwischen der Hauptbrennkammer 2 und einer Vorbrennkammer 5, die mit einer Zündkerze 4 versehen ist. Der Ansaugkanal 6 zur Hauptbrennkammer 2 wird durch ein nicht gezeigtes Einlaßventil gesteuert, während der Ansaugkanal 7 zur Hilfsbrennkammer 5 durch ein Einlaßventil 10 gesteuert wird. Der Auslaßkanal 8 aus der Hauptbrennkammer 2 wird durch ein Auslaßventil 11 gesteuert. Die drei Ventile sind im Zylinderkopf angeordnet und werden durch herkömmliche Mittel, zu denen eine Nockenwelle 20 gehört, betätigt.

Wie in Fi g. 2 schematisch dargestellt, ist der Kolben

1 mit einem Kurbelzapfen 42 über eine Pleuelstange 43 verbunden. Beide Figuren zeigen den Kolben 1 in einer Stellung 90° nach dem oberen Totpunkt

Ein verhältnismäßig mageres Kraftstoff-Luftgemisch wird über den ventilgesteuerten Ansaugkanal 6 der Hauptbrennkemmer 2 zugeführt, und ein verhältnismäßig angereichertes Gemisch wird der Vorb. ennkammer 5 über den Ansaugkanal 7 und das Einlaßventil 10 zugeführt Die Zündkerze 4 zündet das angereicherte Gemisch in der Vorbrennkammer 5, so daß eine Flamme durch die Fackeldüse 3 gerichtet wird, um das magere Gemisch in der Hauptbrennkammer 2 zu zünden. Die Auspuffgase treten aus der Hauptbrennkammer 2 durch den Auslaßkanal 8 und eine Auspuffauskleidung 18 hindurch aus und dienen dazu, das angereicherte brennbare Gemisch in einer Ansaugleitung 17 zu erwärmen und dadurch zu vermeiden, daß Kraftstoff an den Wänden des Ansaugkanah 7 und der Vorbrennkammer 5 kondensiert. Der Zylinderkopf 23 ist am Motorblock 12 durch herkömmliche, nicht gezeigte Mittel unter Zwischenschaltung der üblichen Dichtung 24 befestigt.

Die Hauptbrennkammer 2 ist innerhalb der Zylinderbohrung 25 zwischen dem Boden des Kolbens 1 und einer gekrümmten Fläche 26 begrenzt, die eine Ausnehmung im Zylinderkopf 23 bildet, welche dem Boden des Kolbens gegenüberliegt. Teile dieser Hauptbrennkammer 2 werden durch die Teller der Einlaß- und Auslaßventile gebildet. Die Ausnehmung im Zylinderkopf ist nicht symmetrisch, hat jedoch die größte Tiefe auf derselben Seite der Achse 21 der Zylinderbohrung wie die Fackeldüse 3. Die Ausnehmung hat eine kreisförmige Begrenzung, die mit der Zylinderbohrung 25 zusammenfällt und im v. esentlichen die gleiche Größe wie diese hat.

Die Vorbrennkammer 5 wird durch einen dünnwandigen, hitzebeständigen Napf 29 und eine Zündker/enausnehmung 28 begrenzt. Das Spiel 48 zwischen dem Napf 29 und den gekrümmten Wänden 27 im Zylinderkopf 23 ist so klein, daß es eine vernachlässigbare Wirkung auf das Volumen hat. Der Teller des Ventils 10 bildet die eine Wand der Vorbrennkammer 5. Der Napf 29 wird durch einen Endflansch 30, der im Zylinderkopf eingespannt ist, in seiner Lage gehalten. Der dünnwandige Napf 29 besitzt eine erste öffnung 33, die sich mit der Fackeldüse 3 in Ausfluchtung befindet, sowie eine zweite öffnung 34, welche mit der ZünJkerzenausnehmung 28 in Verbindung steht

Die Zündkerze 4 ist so angeordnet, daß ihre Elektroden 49 außerhalb der Bahn des fetten Gemisches liegen, die vom Einlaßventil 10 zur Vorbrennkammer 5 verläuft, um das Verrußen der Elektroden zu vermeiden. Die Elektroden 49 sind ferner außerhalb der direkten Ausfluchtung mit der Achse 35 der Fackeldüse 3 angeordnet, so daß die starke Luftströmung, die aus der Hauptbrennkemmer 2 zur Vorbrennkammer 5 während des Verdichtungshubes des Kolbens 1 stattfindet, nicht einen solch starken Gasstrahl durch die Fackeldüse 3 zur Folge hat, daß eine Fehlzündung dadurch stattfinden kann, daß der Funke 7wischen den Elektroden 49 ausgebläsen wird.

Es wurde festgestellt, daß die Hauptachse 35 der Fackeldüse 3 zum Massenmittelpunkt des Kraftstoff-Luftgemisches in der Hauptbrennkammer 2 bzw. zu deren Schwerpunkt gerichtet sein soll, wenn sich der Kolben um 90 ° am oberen Totpunkt vorbeibewegt hat. um eine gleichmäßige Verteilung der Flammenausbreitung, insbesondere während der späteren Stufen des Arbeitshubes zu erhalten. Dies ergibt eine bessere Verbrennung in den entfernten Ecken oder Ausnehmungen der Hauptbrennkammer 2 während des Arbeitshubes als in herkömmlichen Dreiventilmaschinen, in welchen die Richtung der Achse 35 für die obere Totpunktlage im wesentlichen oberhalb des Kolbenbodens verläuft. Ferner wurde festgestellt, daß sich die Fackeldüse vom Massenmittelpunkt um einen Betrag in Abstand befinden kann, der nicht größer als 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung 25 ist. Mit anderen Worten, die Fackeldüse 35 schneidet eine Kugel, deren Mittelpunkt 40 im Massenmittelpunkt des Gemischs in der Hauptbrennkammer 2 liegt, wenn sich der Kolben um 90 ° am oberen Totpunkt vorbeibewegt hat und der Radius 41 der Kugel nicht größer ist als 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder mit eine Kurbelwelle antreibendem Kolben, der eine Hauptbrennkammer begrenzt, welche über eine Fackeldüse mit einer eine Zündvorrichtung enthaltenden, gegenüber der Zylinderachse seitlich versetzten Vorbrennkammer verbunden ist, und mit einer Vorrichtung zur Speisung der Hauptbrennkammer mit einem vergleichsweise abgemagerten Kraftstoff-Luftgemisch und der Vorbrennkammer mit einem vergleichsweise angereicherten Kraftstoff-Luftgemisch, wobei die Fackeldüse eine Hauptachs«, hat, die in einen minieren Bereich der Hauptbrennkammer gerichtet ist, sofern der Kolben beträchtlichen Abstand von seiner OT-SteUung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (35) eine imaginäre Kugel schneidet, die den Schwerpunkt der Hauptbrennkammer (2) als Mittelpunkt hat. wenn der Kolben (1) in einer 90° KW nach OT entsprechenden Stellung steht, und daß der Radius (41) der Kugel 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung (25) nicht überschreitet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündvorrichtung eine Zündkerze (4) vorgesehen ist, deren Elektroden (49) gegenüber der Hauptachse (35) der Fackeldüse (3) versetzt angeordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrennkammer (2) einen asymmetrischen Querschnitt und ihre größte Höhe auf der der Fackeldiise (3) zugewandten Seite der Achse (21) des Zylinders (25) hat.