DE2349928B2 - Mit ladungsschichtung betriebene fremdgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents

Mit ladungsschichtung betriebene fremdgezuendete brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine mit Ladungsschichtung betriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine, in deren Brennraum über eine Einlaßleitung durch ein Einlaßventil gesteuert ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Umgebung der Zünkdkerze gelangt und dort gezündet wird und über eine gesonderte Leitung durch ein weiteres Ventil gesteuert zusätzliche Luft vor der Zündung in einen von der Zündkerze abgelegenen Bereich des Brennraums eingebracht wird und bei der eine auslaßventilgesteuerte Öffnung eines Auslaßkanals vorgesehen ist.
Bei einer aus der US-PS 33 59 958 bekanntgewordenen Brennkraftmaschine der vorgenannten Art mündet die gesonderte Leitung für die zusätzliche Luft in Richtung der Kolbenachse zwischen den im Winkel zu dieser Achse angeordneten Ventilen für den Einlaß und den Auslaß in den Brennraum und wird durch ein besonderes Ventil beherrscht, das von der Nockenwelle gesteuert wird. Bei abgewandelten Ausführungsformen der Brennkraftmaschine nach der US-PS 33 59 958 wird die zusätzliche Luft in Strömungsrichtung vor dem Einlaßventil in die Einlaßleitung für das Kraftstoff-Luft-Gemisch eingebracht, so daß das Einlaßventil auch die Zufuhr der Luft in den Brennraum der Brennkraftmaschine steuert Diese bekannten Anordnungen gewährleisten jedoch nicht die angestrebte Trennung von Kraftstoff-Luft-Gemisch und zusätzlicher Luft innerhalb des Brennraums.
Aus der US-PS 36 30 021 ist weiterhin auch schon μ eine Brennkraftmaschine bekanntgeworden, bei der über besondere Ventile nach der Zündung in den Auslaßkanal und die Brennkammer zusätzliche Druck der Einlaßphase steuerbar ist.
5. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Luft durch ein verlängeries öffnen (Ai, Fig.3) des Auslaßventils (4) am Ende der Einlaßphase steuerbar ist.
6. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Leitung (8) in den Auslaßkanal (6) durch einen parallel zum Umfang der Auslaßöffnung angeordneten Schlitz (81) gebildet ist, der bezüglich der Achse des Auslaßventils (4) der Zündkerze (5) im wesentlichen gegenüberliegt
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch einen Kanal (7) zuführbar ist der an die Stirnseite eines Auslaßsammelkanal-Gehäuses angegossen ist und in die in dem Zylinderkopf (1) verlaufende Leitung (8) mündet
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindung zwischen Vorkammer (10) und Hauptbrennraum (2) die Form eines Schützes (11) aufweist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (11) an seinen Enden erweitert ist
10. Brennkraftmaschine nach einem der Anspruches und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Vorkammer (10) zwischen 25% und 50% des Volumens des Hauptbrennraums (2) beträgt
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung in eine mit der Zündkerze (5) versehene Vorkammer (10) mündet, die ihrerseits in dem Hauptbrennraum (2) mündet.
luft eingeführt wird, und zwar gegen Ende des Expansionshubes des Kolbens, nachdem sich das Auslaßventil geöffnet hat, und während des Auslaßhubes. Dieses Einführen von Druckluft nach der Zündung hat lediglich den Zweck, die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde durch Oxydation zu verringern.
Es ist auch schon eine Schiebersteuerung für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung und Vorlagerung eines gut zündfähigen Gemisches an der Zündvorrichtung (Ladungsschichtung) bekanntgeworden, durch die erreicht wird, daß dem durch Vergaser- oder Saugrohreinspritzung vor dem Durchtritt der Ladung durch den Steuerquerschnitt des Schiebers aufbereiteten zündfähigen Gemisch auf seinem Wege durch den Schieberkanal Luft in der Weise beigemischt werden kann, daß der Luftüberschuß bei Beginn der Ladung sehr groß wird, um im weiteren Verlauf des Ladevorganges kontinuierlich abzunehmen (DT-PS 9 31 447). Gegen Schluß des Ladevorganges tritt nach Abschneiden der Frischluftzufuhr nur mehr zündfähiges Gemisch in den Zylinder, das sich der Zündkerze vorlagert. Bei dieser bekannten Anordnung kann die neben der Gemischleitung vorgesehene gesonderte Luftleitung bei noch geöffnetem Auslaßschieberventil Verbindung zum Brennraum haben. Ein Rückschlagventil soll jedoch, wenn der Auspuffgegendruck größer wird als der Ladedruck, ein Einströmen von Auspuffgasen in die Ladeluftleitung verhindern.
Schließlich ist auch noch eine Brennkraftmaschine bekanntgeworden, bei der zur Erhöhung der wirksamen Verbrennung dem Zylinder eine Ladung von Frischluft
oder von sehr mager mit Gemisch versehener Luft derart zugeführt wird, daß die Luft zueinander parallele Strömungsschichten bildet, die sämtlich um eine gemeinsame Achse wirbeln. Das Gemisch wird derart zugeführt, daß es die Wirbelbewegung nicht wesentlich beeinträchtigt und keine besondere Mischung zwischen der mit Brennstoff durchsetzten Schicht und der Frischluftschicht zustande kommt (DT-OS 15 26 294). Zur Durchführung dieses Verfahrens wird unter anderem eine Anordnung vorgeschlagen, bei der untor einer die Wirbelbildung begünstigenden Ausbildung der Stirnseite des Kolbens und der Gegenfläche des Zylinderkopfes ein kleineres und ein größeres Einlaßventil vorgesehen sind, von denen das kleinere Ventil die Gemischzufuhr und das größere Ventil die Zufuhr von zusätzlicher Luft steuert. Im ganzen ergibt sich hierdurch ein nicht leicht zu beherrschendes Verfahren und eine verhältnismäßig umständliche Konstruktion.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf einfache Weise derart zu gestalten, daß ein Hinströmen des Gemisches in den Brennraumbereich der Zündkerze gewährleistet ist und die eingeführte zusätzliche Luft in den sonstigen Bereich des Brennraums weitgehend von dem Gemisch getrennt bleibt
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung, welche unter Überdruck stehende Luft führt, nahe dem Auslaßventil in den Auslaßkanal mündet und das weitere Ventil durch das Auslaßventil gebildet ist, so daß das Gemisch durch die zusätzliche Luft in Richtung auf die Zündkerze gedrückt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß ein im Bereich der Zündkerze befindliches reiches Gemisch leicht zündbar ist, während eine homogene Mischung aus dem Gemisch und der Luft, die sich im Brennraum befinden, nur schwer zündbar wäre. Dadurch, daß das Auslaßventil die Steuerung der zusätzlichen Luft übernimmt, wird neben der Einfachheit der Konstruktion erreicht, daß die Luftzufuhr in den Auslaßkanal auch während der to Zeiten, während welcher das Auslaßventil geschlossen ist, nicht unterbrochen zu werden braucht, da die dann einströmende Luft die Auspuffgase herausdrückt und zudem das Auslaßventil kühlt.
Die Verbrennung wird eingeleitet durch die leichte Zündung des reichen Gemisches, das die Zündkerze umgibt Dies führt auch zur Zündung des restlichen armen Gemisches. Infolge der geringen Gesamtanreicherung des Gemisches kommt eine vollständige Verbrennung zustande. Dadurch, daß sich um das von so der eingeführten Druckluft in den Bereich der Zündkerze gedrängte reiche Gemisch ein Bereich mittlerer Anreicherung bildet, kommt eine Art Brennreserve zustande.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfühningsbuispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt
F i g. 1 den Hauptbrennraum einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in einem axialen Schnitt,
F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 in einer Draufsicht,
F i g. 3 das Hubdiagramm der Ventile der Anordnung feo nach F ig. 1,
F i g. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hauptbrennraums einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in einem axialen Schnitt,
F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Haupt- tr> brennraums einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in der gleichen Darstellungsart und
Fig.6 ein letztes Ausführungsbeispiel eines Hauptbrennraums einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, wiederum in einem axialem Schnitt.
F i g. 1 zeigt den Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine mit dem kreisförmigen Hauptbrennraum 2, der ein Einlaßventil 3, ein Auslaßventil 4 und eine Zündkerze 5 enthält und an den sich ein Auslaßkanal 6 anschließt Eine Druckluftleitung 7, die durch eine nicht dargestellte Luftpumpe gespeist wird, steht über eine Leitung 8 mit dem kreisförmigen hinteren Bereich des Auslaßventils 4 in Verbindung.
Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, mündet die Leitung 8 an dem Teil des Ventilrandes ein, welcher der Zündkerze 5 gegenüberliegt Während der Schließverzögerung des Auslaßventils 4 zu Beginn des Einlasses wird die Luft durch die Leitung 8 und durch die öffnung des Ventils 4 in den Hauptbrennraum 2 eingeführt. Dort teilt sie sich entsprechend den in F i g. 2 eingezeichneten Pfeilen auf, wobei ein Bereich des kohlenstoffhaltigen Gemisches bestehenbleibt (punktiert eingezeichnet), das gleichzeitig über das Einlaßventil 3 um die Zündkerze 5 herum eingeführt wird. Diese Verteilung kann durch ein zweites öffnen des Auslaßventils am Ende der Einlaßphase verstärkt werden, wie dies in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie A\ dargestellt ist, die eine Verlängerung der Kurve A für das gewöhnliche öffnen des Auslaßventils gleichzeitig mit dem Schließen E des Einlaßventils darstellt Man kann auch das Schließen des Auslaßventils verzögern, wie dies die gestrichelte Linie A2 zeigt Dieses Einführen zusätzlicher Luft verstärkt den Effekt der Schichtung und ein allgemeines Verarmen des Gemisches. Das Oberstreichen der Kammerwände durch die Luft verringert die Kondensation der unverbrannten Kraftstoffe.
Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist die Druckluftleitung 7 vorteilhaft in dem Gußstück des Auslaßkanals 6 enthalten, wobei dieser in Richtung der Dichtungsebene zwischen Auslaßkanal und Zylinderkopf t geöffnet ist und in die Leitung 8 mündet, die ebenso in dem Gußstück des Zylinderkopfes 1 enthalten ist Die Mündung 8i der Leitung 8 in den Auslaßkanal ist vorteilhaft durch einen parallel zum Umfang der Auslaßöffnung angeordneten Schlitz gebildet, der bezüglich der Achse des Auslaßventils der Zündkerze im wesentlichen gegenüberliegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist das Auslaßventil 4 wie im Falle der F i g. 1 mit einer Luftzuleitung 8 ausgestattet Der Hauptbrennraum ist in Längsrichtung durch einen Fortsatz 12 verlängert, welcher die Vorkammer bildet und das Einlaßventil 3 und die Zündkerze 5 aufnimmt. Die selbe Nockenwelle steuert in bekannter Weise mittels Kipphebeln direkt das Einlaßventil 3 sowie das Auslaßventil 4.
Fig.5 zeigt eine Variante der vorgenannten Konstruktion mit einer üblichen Vorkammer iO, die über eine Verengung in den Hauptbrennraum 2 einmündet. In beiden Fällen enthält die Vorkammer ein reiches Gemisch, über das die Zündung erfolgt.
Im Fall der Fig.6 enthält die Vorkammer 10 das Auslaßventil 4 mit der Luftzuleitung 8 und arbeitet mit der Reserve eines armen Gemisches. Die Zündung des reichen Gemisches erfolgt im Hauptbrennraum. Der Durchgang der Auspuffgase durch die Vorkammer 10 bewirkt eine günstige Erwärmung der verarmenden Luft die sich in der Vorkammer befindet
Wie schon oben erwähnt und in F i g. 2 durch den punktierten Bereich, den schraffierten Bereich und den nicht gekennzeichneten Bereich angedeutet ist, kommt in dem Hauptbrennraum ein Bereich eines reichen
Gemisches, ein Bereich mittlerer Anreicherung und ein Bereich nahezu reiner Luft zustande. Bei einer gegebenen Verbrennungstemperatur werden erfahrungsgemäß in dem Bereich großer Anreicherung und in dem Bereich nahezu reiner Luft nur geringe Prozentsätze von Stickstoffoxyd erzeugt. Dagegen bilden sich in dem Bereich mittlerer Anreicherung sehr hohe Prozentsätze von Stickstoffoxyd. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennkraftmaschine bringt es mit sich, daß die Bereiche des reichen Gemisches und der nahezu reinen Luft sehr groß sind und der Bereich der mittleren Anreicherung sehr klein ist, so daß auch die Erzeugung von Stickstoffoxyden bei der Verbrennung sehr stark beschränkt wird. Hinzu kommt noch die Kühlwirkung, die von der eingeführten zusätzlichen Luft ausgeübt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Mit Ladungsschichtung betriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine, in deren Brennraum über eine Einlaßleitung durch ein Einlaßventil gesteuert ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Umgebung der Zündkerze gelangt und dort gezündet wird und über eine gesonderte Leitung durch ein weiteres Ventil gesteuert zusätzliche Luft vor der Zündung in einen von der Zündkerze abgelegenen Bereich des Brenn raums eingebracht wird und bei der eine auslaßventilgesteuerte Öffnung eines Auslaßkanals vorgesehen ist, dadurch gekennzsichnet, daß die Leitung (8), welche unter Überdruck stehende Luft führt, nahe dem Auslaßventil (4) in den Auslaßkanal (6) mündet und das weitere Ventil durch daß Auslaßventil (4) gebildet ist, so daß das Gemisch durch die zusätzliche Luft in Richtung auf die Zündkerze (5) gedrückt wird.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (6) von einer Vorkammer (10) abgeht, die ihrerseits in einen Hauptbrennraum (2) in einem in bezug auf eine Zylindermittelebene der Zündkerze (5) gegenüberliegenden Bereich mündet
3. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft während der Öffnungsperiode des Einlaß- und des Auslaßventils (3 bzw. 4) zuführbar ist
4. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Luft durch ein zusätzliches öffnen des Auslaßventils (4) am Ende
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