DE2406803B2 - Verbrennungskraftmaschine mit einer haupt- und einer hilfsverbrennungskammer - Google Patents

Description

40

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem einen Kolben führenden Zylinder, der eine Hauptverbrennungskammer bildet, die über einen Flammkanal mit einer eine Zündvorrichtung enthaltenden Hilfsverbrennungskammer verbunden ist, mit einem Hauptzuführungskanal zur Zuführung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Hauptverbrennungskammer und einem Hilfszuführungskanal zur Zuführung eines relativ fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Hilfsverbrennungskammer sowie mit einem den Hilfszuführungskanal beherrscnenden periodisch gesteuerten Hilfseintrittsventil.

Bei Verbrennungskraftmaschinen dieser Art wird das der Hilfsverbrennungskammer zugeführte relativ fette Kraftstoff-Luft-Gemisch in dieser Kammer gezündet und erzeugt eine Flamme, die über den Flammkanal das relativ magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer zündet. Es ergibt sich dabei ein Betrieb mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch, wodurch ' ' ^r' ''!11"'Ic in ilen -Nbgnsen vermindert ■ '. ;.,■.,!■ -.v ■■ '>r' da;' dic-e

i innen, ¹P der

:l'H': 'll'.'lll

Hi

siand upiinial gezündet wird. Vcrbrennungskraftnia schinen der hier betrachteten An. wie sie beispielsweise aus der D T AS 1171 670 bekannt sind, bedürfen also in dieser Hinsicht noch einer Verbesserung.

Aus der DT-OS 22 24 bbb ist es bekannt, bei einer Verbrennungskraftmaschine, die mit Selbstzündung arbeitet und bei der der Kraftstoff in einer Hei/kammer vorgewärmt und dann mit komprimierter Luft vereinigt und dadurii. Gezündet wird, die Verbindung zwischen der Hei/kymmer und einem Verbrennungsraum abhängig von der Maschinendrehzahl durch ein entsprechend gesteuertes Ventil mit einem variablen Querschnitt zu versahen. Dadurch kann der Zündzeitpunkt abhängig von der Maschinendrehzahl verändert werden, so daß seine zeitliche Lage unabhängig von der Drehzahl immer eine optimale Selbstzündung ermöglicht.

Aus der US-PS 15 50 104 ist gleichfalls eine Verbrennungskraftmaschine mit Selbstzündung bekannt, bei der der Kraftstoff durch einen ventilgesteuerten Kanal dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Hierzu kann ein Ventil vorgesehen sein, welches zwei Funktionen erfüllt, nämlich einerseits die Zuführung des Kraftstoffs in einen dem Verbrennungsraum vorgeordneten Sammelraum, andererseits die öffnung eines Kanals zwischen dem Sammelraum und dem Verbrennung! räum. Das Ventil wird dabei so gesteuert, daß es den Kraftstoff zum jeweils vorgegebenen richtigen Zeilpunkt in den Verbrennungsraum leitet, damit eine möglichst optimale zeitliche Lage des Zündzeitpunktes erreicht wird. Fs handelt sich hierbei lediglich um eine zeitliche Steuerung der Kraftstoffzuführung. Ferner wird auch bei dieser bekannten Verbrennungskraftmaschine mit dem Steuerventil keine Querschnittsveränderung eines Verbindungskanals bewirkt.

Bei Verbrennungskraftmaschinen eingangs genannter Art, die mit Fremdzündung arbeiten und bei denen der Hilfsverbrennungskammer und der Hauptverbrennungskammer nicht ein und dasselbe Gemisch, sondern unterschiedlich angereicherte bzw. abgemagerte Gemische zugeführt werden, wird der Zündzeitpunkt nicht durch das Einströmen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum bestimmt, sondern an der Zündvorrichtung durch äußere elektrische Steuetung eingestellt. Sollen hierbei die schädlichen Bestandteile der Abgase vermindert werden, so versagen die bei den bekannten, mit Selbstzündung arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen getroffenen Maßnahmen, denn der bei der Fremdzündung optimal festgelegte Zündzeitpunkt kann durch Beeinflussung der Zuführung von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum mittels eines Ventils nicht geändert werden.

Fs ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Verbrennungskraftmaschine, die mit Hilfsverbrennungskammer und Hauptverbrennungskammer sowie mit unterschiedlich dimensionierten Gemischen arbeitet, die schädlichen Anteile in den Abgasen für alle Betriebszustände bzw. vorkommenden Belastungsfälle in gleicher Weise zu vermindern.

Eine Verbrennungskraftmaschine eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Hilfseintrittsventil eine Vorrichtung zur von den Betriebsziiständen der Verbrennungskraftmaschine abhängigen automatischen änderung des effektiven Querschnitts des Flammkanals

■lfalM.

Durch die l'.r^fi:-.ilmig >st -..-s ;nög!ich, das Hilfseintrittsvfiinl, welches die Zuführung eines angereicherten !·, ι af'-iiift !.uii Gcmischsi' die I hlfsverbrennungskam-

mer steuert, zusätzlich dazu auszunutzen, den Qucr schnitt des Flammkanals abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen so einzustellen, daß einerseits die Zündfähigkeit des angereicherten Gemischs in der Hilfsverbrennungskammer unabhängig vun hoher oder ^ niedriger Belastung optimal ist, andererseits in jedem Betriebszustand eine stabile Flamm.- durch den Flammkanul geleitet wird, die ;-me zuverlässige Zündung des abgemagerten Gemischs in der Haupiver Drennungskammer gewährleistet Hs handelt sich _lö hierbei also nicht um die Steuerung der Strömung eines Kraftstoffs bzw. eines brennenden Gemischs aus Kraftstoff und Luft in einen Verbrennungsraum, sondern um die Anpassung eines eine Flamme von einer 1 Llfsverbrennungskammer in eine Hauptverbrennungs- ,₅ kammer führenden Verbindungskanals, durch die es möglich ist, den Betneb mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luftgemisch bei unterschiedlichen Belastungen gleichmäßig zu gewährleisten. Wie noch gezeigt w rd, ergeben sich durch die Erfindung auch vorteilhatte _J0 Rückwirkungen auf die Strömungsverrnltnisse in der Hilfsverbrennungskammer, die die Lösung der gestellten Aufgabe gleichfalls begünstigen.

F.in Ausführungsbeispiel der Eriindung wird im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine .Schnittdarstellung eines Teils einer Verbrennungskraftmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Mechanismus zur Drehung des Ventilschafts im Hilfszuführungskanal, F i g. 3 den Schnitt 3-3 aus F i g. 1 und

F i g. 4 eine Darstellung ähnlich F i g. 3 für eine mildere Betriebsstellung der Einzelteile.

In den Figuren ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Hauptverbrennungskammer 2 dargestellt, -,₅ deren Wandung teilweise durch einen nicht gezeigten Kolben gebildet ist. Eine öffnung 3 in dem Zylinderkopf steht mit einer Hilfsverbrennungskammer 4 in Verbindung. Ein Haupteintrittsventil 5 steuert die Strömung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zur ^₀ Hauptverbrennungskammer 2 von einem Vergaser 6, die über einen Zuführungskanal 7 geleitet wird. Ein nicht dargestelltes Austrittsventil üblicher Art ist der Hauptverbrennungskammer 2 zugeordnet.

Ein Hilfseintrittsventil 8 steuert die Strömung eines ₊₅ relativ fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs von einem Hilfsvergaser 9 über einen Zuführungskanal 10 zur Hilfsverbrennungskammer 4. Ein durch einen Nocken 11a betätigbarer Mechanismus 11 bewegt das Haupteintrittsventil 5 und das Hilfseintrittsventil 8. Das nicht <,o dargestellte Austrittsventil wird gleichfalls durch einen Nockenmechanismus üblicher Art gesteuert.

Die Hilfsverbrennungskammer 4 wird durch eine stationäre Schale 13 gebildet, die im Zylinderkopf angeordnet ist. Diese Schale 13 hat eine erste öffnung <_i5 14, die auf die öffnung 3 ausgerichtet ist, sowie eine zweite öffnung 15, die mit einer Kammer 4a in Verbindung steht, in der die Elektroden einer Zündkerze 12 angeordnet sind. Eine Platte oder ein Randteil 17 ist an dem Teller 8a des Hilfseintrittventils 8 befestigt <;₀ und ragt in den Innenraum der Schale 13 hinein. Der Randteil 17 hat eine gekrümmte Außenfläche und steht mit der Innenwand der Schale 13 in Berührung. Der Randteil 17 hat eine öffnung 16, die in eine Stellung bewegt werden kann, in der sie auf die Öffnungen 3 und is₅ 14 ausgerichtet ist, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Ferner kann eine Einstellung durch Drehung erreicht werden, in der die öffnung teilweise fehlausgerichtet ist, wie es in I ι g. 4 gezeigt ist. Wenn die Teile in der m !- ι g. J gezeigten Stellung sind, ist die effektive Größe bzw. der Querschnitt des durch die öffnungen 14 und 3 gebildeten Flammkanals nicht verringert. Befinden sich die Teile jedoch in der in F i g. 4 gezeigten Stellung, v.> ist die effektive Größe bzw der Querschnitt de·» I lammkanals oder seiner Öffnung verringert.

Oberhalb des Hilfseimriiisveniils 8 ist eine Quersiange 18 im Zylinderkopf gelagert; sie kann in Richtung ihrer Längsachse verschoben werden. Hin Arm 19 ist an dieser Queistange befestigt. Hin im oberen finde des Ventüschafts Hb des Hilfseintrittventils 8 befestigter Arn, 20 trägt einen aufrecht stehenden Stift 21, der /wischen Nasen 19.i am äußeren Lnde des Arms 19 geführt ist. Aus der Beschreibung geht hervor, daß eine Axialbewegung der Querstange 18 das ί lilfseintrittsventils 8 innerhalb seiner Führungsbuchse 8c dreht, wodurch der Randteil 17 /wischen den in F ι g. 3 und 4 gezeigten Stellungen verdreht und die effektive Größe des Flammkan.ils geändert wird.

Wie aus F i g. 2 her*, orgeht, ist eine Belastungsaus wägevorrichtung 22 vorgesehen, die ein Gehäuse 23 und eine flexible Membran 24 umfaßt. Diese Membran ist innerhalb des Gehäuses 23 mit der Querwelle 18 verbunden und teilt das Gehäuse 23, so daß eine Unierdruckkammer 25 gebildet ist. Eine I inteiu uekleitung 26 ist mit der Kammer 25 verbunden und führt zu einer Öffnung 28, die neben zwei weiteren Öffnungen in einem elektromagnetisch betätigbaren Dreiwegeventil vorgesehen ist. Die zweite Öffnung 29 ist mit der Atmosphäre verbunden, die dritte Öffnung 30 steht über eine Sammelvorrichtung 31 mit Haupteintrittskanal 7 hinter der Drosselklappe des Hauptvergasers in Verbindung. Die Wicklung 27' des elektromagnetisch betätigbaren Ventils 27 ist mit einer Spannungsquelle 35 über einen ersten Schalter 33 und einen zweiten Schalter 34 \ erblinden. Der erste Schalter 33 sprich; auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine an, der zweite Schalter 34 bewegt sich abhängig von der Bewegung der Drosse¹ klappe des Hauptvergasers 6.

Wenn die Belastung: der Verbrennungskraftmaschine ansteigt, öffnen sich beide Schalter 33 und 34, so daß die Wicklung 27 abgeschaltet wird und der Anker 32 des Ventils die öffnung 30 verschließt. Dadurch wirkt der Atmosphärendruck auf die Membran 24 ein. so daß die Kammer 25 ausgedehnt und die Querstange 18 bewegt wird. Damit erfolgt eine Drehung des Arms 20 im Gegenuhrzeigersinn und damit auch des Eintrittsventils 8 (Fig. 2). Gleichzeitig wird die effektive Größe bzw. der Querschnitt des Flammkanals verringert, wie dies in F i g. A dargestellt ist. Mit abnehmender Belastung der Verbrennungskraftmaschine werden beide Schalter 33 und 34 geschlossen, die Wicklung 27' wird eingeschaltet und zieht den Anker 32 an. Dadurch wird die öffnung 29 geschlossen und die öffnung 10 geöffnet, so daß der Zuführungsunterdruck auf die Unterdruckkammer 25 einwirkt und die Querstange i8 zurückzieht. Diese Bewegung der Querstange 18 wird über die Arme 19 und 20 so übertragen, daß das Eintrittsventil 8 im Uhrzeigersinn (F i g. 2) gedreht wird. Dadurch wird auch der Randteil 17 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung gebracht.

Während des Ansaughubes des Kolbens werden das Haupteintriusvenlil 5 und das Hilfseintrittsventil 8 geöffnet, so daß ein relativ mageres Gemisch aus dem Hauptvergaser 6 in die Hauptverbrennungskammer 2 und ein relativ fettes Gemisch aus dem Hilfsvergaser 9 in die Hilfsverbrennungskammer 4 gelangt. Am Ende

des Kompressionshubes wird die Zündkerze 12 gezündet, so daß das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 4 gezündet wird und eine Flamme vom Flammkanal her in die Hauptverbrennungskammer 2 gelangt, womit auch das relativ magere Gemisch in dieser Kammer gezündet wird. Auf diese Weise kann die Verbrennungskraftmaschine mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden.

Wenn die Maschine unter geringerer Belastung arbeitet, wirkt der Zuführungsunterdruck auf die Unterdruckkammer 25 der Belastungsauswertevorrichtung 22 ein, so daß das Hilfseintrittsventil 8 in die in F i g. 3 gezeigte Stellung gelangt. Dabei ist die öffnung des Flammkanals durch den Randteil 17 nicht verringert. Entsprechend können die Restgase in der is Hilfsvcrbrennungskammer 4 in die Hauptverbrennungskamnifc;" 2 während des Ansaughubes befördert werden. Eine wirkb^me Reinigung der Hilfsverbrennungskammer 4 findet huf diese Weise statt, und die Kammer 4 wird mit neuem Gemisch gefüllt, das durch die *o Zündkerze 12 dann leicht gezündet werden kann.

Wenn die Verbrennungskraftmaschine bei hoher Belastung arbeitet, so wirkt der Atmosphärendrück auf die Unterdruckkammer 25 der Belastungsauswertevorrichtung 22 ein, wodurch das Hilfseintrittsventil 8 in die in Fig.4 gezeigte Stellung gelangt, in der die öffnung des Flammkanals verringert ist. Während des Kompressionshubcs wird dadurch die Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemischs von der Hauptverbrennungskammer 2 in die Hilfsverbrennungskammer 4 geschwächt, wodurch die Ausbildung einer Verwirbelung in der Hilfsverbrennungskammer 4 verhindert wird. Auf diese Weise wird die dort erzeugte Flamme nicht ausgeblasen, so daß eine Zündung und Verbrennung des Gemischs in der Hilfsverbrennungskammer4 sichergestellt ist.

Während des Ansaughubes wird die Öffnung des Flammkanals verkleinert, jedoch wird die Spülung nicht wesentlich beeinträchtigt, da ein größeres Volumen an Gemisch zugeführt wird. Die Größen der öffnungen 14 und 3 sind so gewählt, daß die erforderliche Strömung des Gemischs auch dann aufrechterhalten wird, wenn das Hilfseintriusvenül mit seinem Teller 8a von dem Ventilsitz 8c/in die Öffnungsstellung wegbewegt wird.

Es ist zu erkennen, daß es durch die Erfindung möglich ist, die effektive Größe de¹· Flammkanals 3 durch Drehung des Hilfseintrittsventils 8 zu verändern. Durch Einstellung der effektiven Größe der Flammkanalöffnung wird die Zündfähigkeit des Gemischs in der Hilfsverbrennungskammer durch eine Zündkerze verbessert, und zwar unabhängig davon, ob die Verbrennungskraftmaschine unter hoher oder niedriger Belastung arbeitet. Die Verbrennungskraftmaschine kann zu jedem Zeitpunkt in einem Betrieb mit einem insgesamt mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch gehalten werden.

Die beschriebene Konstruktion zur Änderung der effektiven Größe des Flammkanals umfaßt einen mit einer öffnung versehenen Randteil, der am Teller des Hilfseintrittsventils befestigt ist. Diese Konstruktion macht ein besonderes Betätigungselement innerhalb der Hilfsverbrennungskammer 4 überflüssig. Sie ist nicht nur einfach, sondern vermeidet auch eine Beeinträchtigung der Abdichtung der Hilfsverbrennungskammer 4, was bei Vorhandensein eines besonderen Einstellmechanismus für den Flammkanal 3 zu befürchten wäre. Die Hilfsverbrennungskammer 4 behält ihre Luftabdichtung durch Kontakt zwischen dem Ventilsitz 8Jund dem Ventilteller 8a des Hilfseintrittsventils 8. Es hat sich gezeigt, daß die Möglichkeit einer Änderung der effektiven Größe des Flammkanals abhängig von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine die Reinigungs- oder Spülwirkung und die Zündfähigkeit des Gemischs zu jedem Zeitpunkt und in jedem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine wesentlich verbessert. Für alle Betriebszustände zwischen niedriger und hoher Belastung wird ein insgesamt mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erzielt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem einen Kolben führenden Zylinder, der eine s Hauptverbiennungskammer bildet, die über einen Fiammkanal mit einer eine Zündvorrichtung enthaltenden Hilfsverbrennungskammer verbunden ist, mit einem Hauplzuführungskanal zur Zuführung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches in _Ki die Hauptverbrennungskammer und einem Hilfszuführungskanal zur Zuführung eines relativ fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Hilfsverbrennungskammer sowie mit einem den Hilfszuführungskanal beherrschenden periodisch gesteuerten Hilfs- ,s einiriltsverr.il. dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfseintrittsventil (8) eine Vorrichtung (17) zur von den Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine abhängigen automatischen Änderung des effektiven Querschnitts des Flaminkanals (.3) _;o umfaßt.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17) an einem Ventilteller (8;ij des Hilfscintrittsventils (8) befesiigt ist und in die Hilfsverbrennungskammer (4) hineinragt.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17) ein Randteil ist. der nahe dem Flammkanal (3) in die Hilfsverbrennungskammer (4) hineinragt, und daß eine Anordnung (20, 21, 19, 18) zum Drehen des Hilfseimrittsventils (8) und damn des Randteils im Sinne einer Änderung der effektiven Größe bzw. des Querschnitts des Flammkanals (3) vorgesehen ist.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (20, 21, 19, 18) durch den Unterdruck des Hauptzuführungskanals (7) steuerbar ist.