DE2510556C3 - Vorkammer-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung - Google Patents

Description

I .

I uft-Gemisches erforderlichen Einrichtungen konstruktiv vereinfacht und wirtschaftlich herzustellen sind. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch löst daß das Verschlußorgan eine mit ein^m ebenen Ventilsitz zusammenwirkende biegsame Lamelle aufweist, die derart einseitig am Ventilsitz befestigt ist und durch die Saugwirkung der Brennkraftmaschine beim Ansaugtakt und/oder durch einen innerhalb einer in die Laeerfläche einer der Betätigung mindestens eines

eiteren Gaswechselventils dienenden Nockenwelle eingearbeiteten Aussparung angeordneten Steuernokken derart vom Ventilsitz abgehoben und verformt wird, daß die Gem^;sclutrömung in Richtung auf die Zündkerze gelenkt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Dadurch, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Einströmen in die Vorkammer in Richtung auf die Zündkerze gelenkt wird, wird durch die Erfindung eine besonders gleichmäßige und vollständige Gemischverbrennung erreicht. Diese vollständige Verbrennung erhöht einerseits die Energieausnutzung und verringert den Schadstoffanteil in den Abgasen noch weiter.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung in einer geschnittenen Teilansicht des Zylinderkopfes, entsprechend der Schnittlinie I-I von F i g. 2,

F i g· 2 den Verbrennungsmotor nach F i g. 1, in einer Schnittansicht entsprechend der Linie H-II von F i g. 1,

F i g. 3 den Ventilsitz des Verbrennungsmotors nach F i g. l in der Draufsicht,

F i g. 4 eine zusammen mit dem Ventilsitz nach F i g. 3 ein Vorkammerventil des Verbrennungsmotors nach F i g. 1 ergebende Ventillamelle, in der Draufsicht,

F i g. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel einer solchen Ventillamelle, in der Draufsicht und

Fig.6 die Ventillamelle nach Fig.5, in einer Schnittansicht entsprechend der Linie VI-VI von F i g. 5.

Das Einführen und Verteilen des angereicherten Gemisches in der Vorkammer wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich, durch die im folgenden beschriebenen Teile gewährleistet.

Ein in der Vorkammer des Verbrennungsmotors angeordnetes Ventil besteht aus einer biegsamen Lamelle t und aus einem zugeordneten Ventilsitz 2, von denen ein Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 bis 3 =rsichtlich ist. Die Berührungsflächen der Ventillamelle Ϊ und des Ventilsitzes 2 sind so eben und glatt ausgebildet, daß sie in geschlossenem Zustand die erforderliche DichtwirlAing gewährleisten.

Das öffnen der Ventillamelle t wird einerseits durch die herkömmliche Saugwirkung des Motorzylinders während des Ansaugtaktes und andererseits durch einen Nocken 3 gesteuert, der aus einer Abflachung 13 der Nockenwelle 7 herausragt. Die Abflachung 13 schneidet die ansonsten zylindrische Grundfläche einer Aussparung oder Ringnut 6 der Nockenwelle 7 ab, welche einen Strömungs- oder Einlaßschlitz für das Gasgemisch bildet (vgl. F ig. 1 und 2). .

Der Strömungsschlitz 6, der die Vorkammer 4 mit dem zugeordneten Einlaßkanal 5 verbindet, ist in eine Lagerlauffläche 11 eines Nockenwellenlagers integriert, d. h. er ist in die Lagerlauffläche 11 der Nockenwelle eingearbeitet. Diese Anordnung ist insbesondere deshalb sehr vorteilhaft, weil der in der Aussparung 6 des Nockenwellenumfangs angesammelte Kraftstoff zusätzlich zu dem Ansaugl Akt noch einen Zeitraum von etwa einer ³/4-Nockenwellenurndrehung zur Verfügung hat, um zu verdampfen und damit die Aufbereitung des Kraftstoffgemisches zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Ausbildung weist außerdem noch folgende Vorteile auf:

Bei der in F i g. 1 durch einen Pfeil 8 angedeuteten Drehrichtung der Nockenwelle 7 führt der asymmetrische Strömungsschlitz 6 eine Spülbeweyung aus, durch die die Geschwindigkeit der eingelassenen Luft gegen das Ende der Schließzeit des Strömungsschlitzes 6 hin zunimmt.

Durch die Richtung, in der sich die Ventillamelle 1 öffnet, wird das vergaste Kraftstoffgemisch auf die Zündkerze 9 gelenkt. Um allerdings ein Ertränken der Zündkerze 9 zu verhindern, ist ein Rand oder Vorsprung 10 vorgesehen, der ein Auftreffen flüssigen Kraftstoffs auf die Zündkerze 9 verhindert. Der Rand 10 entspricht einem herkömmlichen Schutz der Zündkerze gegen Verschmutzung durch Kraftstoffablagerungen.

Die obengenannten Merkmale haben zur Folge, daß Ungleichmäßigkeiten der Anreicherung des in der Vorkammer enthaltenen Kraftstoffgemischs verringert und demzufolge nicht verbrannte Kohlenwasserstoffanteile in den Auspuffgasen herabgesetzt werden. Da die Nockenwellenlager einwandfrei geschmiert werden müssen, ist es erforderlich, den Lagerlaufflächen 11 Drucköl zuzuführen. Andererseits muß jede Verbindung zwischen dem ölkreislauf und den Einlaßkanälen 5 und 6 unterbunden werden, damit sich einerseits der Kraftstoff nicht mit dem Schmieröl vermischen und andererseits kein Schmieröl in die Einlaßkanäle 5 und 6 gelangen kann. Es sind deshalb zwei Auflangnuten 12 vorgesehen, durch die das den Lagerlaufflächen 11 des Nockenwellenlagers unter Überdruck zugeführte Schmieröl unter Atmosphärendruck in den Motor abfließen kann und damit nicht in die Einlaßkanäle 5 und 6 gelangt. In dem unteren Bereich des Gehäuses des Nockenwellenlagers ist eine Abflußöffnung vorgesehen, durch die das Schmieröl in die Ölwanne des Motors gelangen kann.

Die Auffangnuten 12 sind durch Dichtungen 19 gegen die Einlaßkanäle 5 und 6 abgedichtet. Die Dichtungen 19 können dabei als Lippendichtungen ausgebildet sein und denen entsprechen, die üblicherweise an der Abtriebsseite der Kurbelwelle angeordnet sind. Die Abdichtung kann aber auch, wie aus F i g. 2 ersichtlich, mit metallischen Dichtungen 19 erfolgen, die in Ringnuten 18 aufgenommen sind, die die Lagerlaufflächen aufweisen. Die Dichtringe 19 werden dabei eng an dem Lager anliegend montiert und sie sind in der jeweiligen Nut 18 des Nockenwellenlagerzapfens mit engem seitlichen Spiel geführt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Elemente des Nockenwellenlagers einteilig ausgeführt werden können, während sie bei Verwendung von Lippendichtungen, ähnlich wie die Kurbelwellenlager, zweigeteilt ausgeführt werden müssen.

Um einen zu großen Abstand zwischen den beiden den ungeschmierten Teil des Nockenwellenlagers begrenzenden Dichtringen 19 zu verhindern, können, wie aus den F i g. 1 bis 3 ersichtlich, die äußeren Anlageflächen für die Dichtringe 19 teilweise durch die Bohrung des Nockenwellenlagers und teilweise durch in dem Oberteil des Ventilsitzes 2 eingedrehte zylindrische Absätze 20 gebildet werden.

Um den Durchtritt des über die zylindrischen Lagerlaufflächen 11 hinausragenden Teils des Nockens 3 zu ermöglichen, weist der Zylinderkopf eine den

Nocken 3 umgebende Ringnut 21 auf, die sich in zwei Ausfräsungen 22 in dem oberen Teil des Ventilsitzes 2 fortsetzt.

Die Ventillamelle 1 weist zwei Nasen 23 auf, welche in zwei in den Ventilsitz 2 eingearbeitete Ausnehmungen 24 gleicher Dicke und gleicher Gestalt eingebettet sind. Die Ventillamelle 1 ist dabei unter Vorspannung gegen eine federnde Scheibe 25 gedruckt, die auf dem Boden einer Aussparung 26 in dem Zylinderkopf anliegt, in welcher der Ventilsitz 2 aufgenommen ist.

Der in die Aussparung 26 eingelassene Ventilsitz 2 wird durch einen in 2 Ringnuten 28 und 29 eingreifenden Sicherungsring 27 in einer Stellung gehalten, in der er gegen den Federring 25 gedrückt ist. Die Anordnung ist so gewählt, daß das seitliche Spiel des Sicherungsrings 27 in der Ringnut 28 des Ventilsitzes 2 und in der Ringnut 29 des Zylinderkopfes kleiner ist als das Montagespiel des Ventilsitzes 2 gegenüber den seitlichen Dichtflächen der Nockenwelle 7. Dadurch wird verhindert, daß der Druck der Verbrennungsgase in der Brennkammer 17 auf die Nockenwelle 7 einwirkt. Der Verbrennungsdruck wird von dem auf Scherkraft beanspruchten Sicherungsring 27 aufgenommen.

Der Ventilsitz 2 ist vorzugsweise aus poröser Sinterbronze hergestellt und er kann bei der oben beschriebenen Anordnung nicht demontiert werden. Es handelt sich bei ihm um ein billiges Ersatzteil, das, wenn es ausgetauscht werden muß, zerstört wird. Durch einen kräftigen Schlag auf den Ventilsitz 2, der bei abgenommenem Zylinderkopf durch die Durchtrittsöffnung der Vorkammer hindurch geführt werden kann, bricht der die Ringnut 28 umschließende Rand im Bereich des Ringnutfußes aus, wonach der Ventilsitz 2 aus der Aussparung 26 herausfällt. Danach wird der Sicherungsring 27 wie ein Sprengring aus der äußeren Ringnut 29 entfernt.

Als Werkstoff für den Ventilsitz 2 wird eine gesinterte Legierung gewählt, die einerseits die beschriebene Zerstörung durch Schlag ermöglicht, die andererseits widerstandsfähig genug ist, um dem weniger schlagartig sich ausbreitenden und gleichmäßiger verteilten Verbrennungsgasdruck in dem Zylinder standzuhalten.

Bei dem aus den Fig.5 und 6 ersichtlichen abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Ventillamelle 1 zusammen mit dem federnden Ring 25 aus einem Stück ausgestanzt und gezogen. Die beiden miteinander verbundenen Teile erfüllen alle obenerwähnten Aufgaben in gleicher Weise und sie sind wirtschaftlicher herzustellen als die getrennten Einteilteile 1 und 25, da die Ausnehmung 24 des Ventilsitzes 2, in die die Ventillamelle 1 mit ihren Nasen 23 eingesetzt wird, hierbei überflüssig ist und die untere Stirnfläche des Ventilsitzes 2 vollkommen eben ausgeführt werden kann.

Das Steuerelement aus Nocken und Ringnut 3, 6 für das der Vorkammer 4 zuzuführende Kraftstoffgemisch verhindert genau die direkten Verbindungen zwischen den Einlaßkanälen 5 und den Auslaßkanälen, die bei ίο Verbrennungsmotoren mit einem einzigen Ventilglied vorkommen und er vermeidet infolgedessen auch die Gefahr einer Umweltverschmutzung durch nicht verbrannte Kohlenwasserstoffanteile in den Abgasen, die sich bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit einem einzigen Ventilglied aus der Möglichkeit des direkten Brennstoffübertritts in die Auslaßkanäle ergibt. Außerdem isoliert die Ventillamelle 1 die Brennkammer thermisch gegenüber der Nockenwelle und es ergeben sich somit keine Probleme für die Nockenwellenkühlung, wie sie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren auftreten. Das Ventil 1, 2 selbst, das ja über wesentlich kürzere Zeiträume aufgeheizt als während des Gemischeinlasses abgekühlt wird, wird thermisch nicht sehr beansprucht. Aufgrund der Druck- und Temperaturspitzen während des Verbrennungsvorgangs kann die Ventillamelle 1 kurzfristig verformt werden und eine konkave Form annehmen, wobei sie mit ihrem oberen mittleren Bereich an der Nockenwelle 7 zum Anliegen kommen kann. Bei diesem Anliegen bewirkt die vergleichsweise große Masse der Nockenwelle ein Abkühlen der Ventillamelle in ihrem heißesten Bereich und außerdem dient sie ihr als zusätzliche Stütze zur Aufnahme des Verbrennungsdrucks.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, eine relativ dünne Ventillamelle zu verwenden, die der Durchbiegung keinen großen Widerstand entgegensetzt. Damit wird beim Auslenken der Venlillamelle 1 durch den Nocken 3 der Reibungswiderstand herabgesetzt und der Wirkungsgrad verbessert. Der Nocken 3 ist vorteilhafterweise auf dei Nockenwelle 7 befestigt und aus einem Werkstoff mil kleinem Reibungskoeffizienten und guter Wärmeleitfä higkeit, beispielsweise aus einer gegebenenfalls poröser Bronze, hergestellt.

Die Kühlung der Vorkammer 4 erfolgt durch Kanäli 15, durch die das Kühlwasser hindurchströmt. Eini öffnung 16 verbindet die Vorkammer mit de Hauptbrennkammer 17.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorkammer-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, mit einem die Zufuhr eines angereicherten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu der jeweiligen mit einer Zündkerze ausgestatteten Vorkammer periodisch steuernden Verschlußorgan, das die Gemischströmung in Richtung auf die Zündkerze lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan eine mit einem ebenen Ventilsitz (2) zusammenwirkende biegsame Lamelle (1) aufweist, die derart einseitig am Ventilsitz befestigt ist und durch die Saugwirkung der Brennkraftmaschine beim Ansaugtakt und/oder durch einer, innerhalb einer in die Lagerfläche (11) eii.er der Betätigung mindestens eines weiteren Gaswechselventils dienenden Nockenwelle (7) eingearbeiteten Aussparung (6) angeordneten Steuernocken (3) derart vom Ventilsitz abgehoben und verformt wird, daß die Gemischströmung in Richtung auf die Zündkerze (9) gelenkt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (6) eine innenseitig durch eine Zylinderfläche mit kleinerem Durchmesser als die Nockenwellenlagerfläche (11) und durch eine zwischen einem Einlaßkanal (5) für das Gemisch und der Vorkammer (4) eine größere Verbindung ergebende Abflachung (13) begrenzte, asymmetrische, ringartige Gestalt aufweist, daß die Nockenwellenlagerfläche (11) mit zwei Auffangnuten (12) für das das Nockenweüenlager schmierende

öl und mit zwei zylindrischen Nuten (18) für die Aufnahme von die Aussparung (6) gegen die Auffangnuten (12) abdichtenden Ringdichtungen (19) versehen ist und daß der Steuernocken (3) für die Ventillamelle (1) aus der Mitte der Abflachung (13) herausragend angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtungen (19) teilweise an der Bohrung des Nockenwellenlagers und teilweise an in den Ventilsitz (2) eingedrehten Absätzen (20) anliegen und daß die Bohrung des Nockenwellenlagers und der Ventilsitz (2) eine Ringnut (21,22) für den Durchtritt des herausragenden Teiles des Steuernockens (3) aufweisen.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (2) in einer zylindrischen Aussparung (26) des Zylinderkopfs aufgenommen und durch einen in eine Nut (28) an dem Ventilsitz (2) und in eine Nut (29) an der zylindrischen Aussparung (26) eingreifenden Sicherungsring (27) in seiner Lage dauerhaft verankert ist und daß dabei zwischen dem Unterteil des Ventilsitzes (2) und einem auf dem Boden der zylindrischen Aussparung (26) aufliegenden Federring (25) die Ventillamelle (1) eingespannt ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (25) und die Ventillamelle (1) einstückig ausgebildet sind.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Vorkammer (4) auch die Hauptbrennkammer (17) ein Einlaßventil in Gestalt einer mit einem ebenen Ventilsitz zusammenwirkenden biegsamen Lamelle aufweist, während das Auslaßventil von herkömmlicher Bauart ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorkammer-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung-, mit einem die Zufuhr eines angereicherten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu der jeweiligen mit einer Zündkerze ausgestatteten Vorkammer periodisch steuernden Verschlußorgan, das die Gemischströmung in Richtung auf die Zündkerze lenkt. Solche Vorkammer-Brennkraftmaschinen mit Ladungsschichtung sind entwickelt worden, um die von den herkömmlichen Brennkraftmaschinen verursachte Umweltverschmutzung zu verringern. Es wird in ihnen die Vorkammer mit einem angereicherten Kraftstoff-Luft-Gemisch und die Hauptbrennkammer mit einem sehr armen Gemisch gefüllt. Das angereicherte Gemisch wird in der Vorkammer mit einer herkömmlichen Zündkerze gezündet. Eine oder mehrere die Vorkammer mit der Brennkammer verbindende Öffnungen ermöglichen es der in der Vorkammer entstandenen Flammenfront, in die Brennkammer überzutreten und das dort vorhandene arme Gemisch zu entzünden.

Bei einer bekannten Vorkammer-Brennkraftmaschine (DT-PS 7 23 710) wird das angereicherte Kraftstoff-Luft-Gemisch der Vorkammer über ein zusätzliches Einlaßventil herkömmlicher Bauart zugeführt. Dieses zusätzliche Einlaßventil macht einen in die obere Vorkainme/wand eingesetzten Ventilsitz, eine Ventilführung sowie einen Ventiltrieb in Form eines von einem Steuernocken auf der Nockenwelle betätigten Kipphebels erforderlich. Damit sind für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine drei Ventile, ein Einlaß- und ein Auslaßventil für die Hauptbrennkammer und ein zusätzliches Einlaßventil für die Vorkammer, sowie drei Kipp- oder Schwinghebel und drei Steuernocken auf der Nockenwelle nötig. Eine solche Gaswechseleinrichtung weist aber einen erheblichen Platzbedarf auf und es ist insbesondere konstruktiv schwierig, das zusätzliche Einlaßventil für die Vorkammer in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine unterzubringen.

Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine (DT-OS 21 53 219) wird das angereicherte Kraftstoff-Luft-Gemisch der mit einer Zündkerze ausgestatteten Vorkammer über eine Leitung zugeführt, die einen schwimmend angeordneten Ventilkörper enthält. Dieser Ventilkörper wird durch die Saugwirkung der Brennkraftmaschine beim Ansaugtakt von seinem Sitz abgehoben und läßt dabei das angereicherte Gemisch einströmen, während er die Zuführungsleitung verschließt, wenn in der Vorkammer ein Überdruck herrscht. Der Ventilkörper sowie sein Ventilsitz, die Vorkammer und die Zündkerze sind in einem gesonderten Bauteil vorgesehen, das von oben in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt wird. Dadurch wird aber die Gesamtbauhöhe der Brennkraftmaschine beträchtlich vergrößert.

Es ist ferner eine Dekompressionseinrichtung für Einzylinder-Zweitaktmotoren bekannt, die eine mit zwei biegsamen Lamellenventilen versehene Ventileinrichtung aufweist, welche eine Verbindung zwischen der Brennkammer und einer Zone niedrigeren Druckes steuert. Die maschinendruckabhängig gesteuerten biegsamen Lamellenventile sind so ausgebildet, daß das Anlassen der Brennkraftmaschine erleichtert wird. Um dies zu ermöglichen, müssen aber an beiden Ventilen während des Betriebes Leckverluste in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorkammer-Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die zur genauen Steuerung der Zufuhr des Kraftstoff-