DE2536775C3

DE2536775C3 - Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2536775C3
Application number: DE2536775A
Authority: DE
Inventors: Dusan Dipl.-Ing. Dr. 7257 Ditzingen Gruden
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1975-08-19
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2536775A1; GB1537346A; FR2321593A1; IT1192120B; DE2536775B2; JPS5225912A; SE7609186L; US4088099A

Description

Mk — Brennstoffmenge (mm^J) des Nebenbrennraumes je Arbeitszyklus,
Vs = Volumen des Nebenbrennraumes (cm³).

ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündungswinkel zwischen der Zündung in der Zündkammer (6) und der Entflammung des Brennstoff-Luft-Gemisches in dem Nebenbrennraum (5) annähernd 5° bis 10° Kurbelwellenumdrehung beträgt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (6) und der Nebenbrennraum (5) durch mindestens zwei öffnungen (12, 13) mit gegenüber dem Querschnitt der Zündkammer (6) verringertem Querschnitt miteinander verbunden sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (12, 13) am äußeren Umfang der Zündkammer (6) gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine öffnung (13) an der dem Gemisch-Einlaß (3) am nächsten liegenden Teil des Umfanges der Zündkammer (6) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (12, 13) unter einem sich zum Nebenbrennraum (5) hin öffnenden Winkel zueinander angestellt sind.

Die Erfindung beirifli ein- (icmischverdicirende, fremdge/.ündeie Viertaktbrennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil ilrr Ladung durch wenigstens em hinlaßvenlil als hreiinsioffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch über wenigstens einen zusätzlichen Gemisch-Einlaß einem Nebenbrennraum zuge-■ führt wird, wobei dem Nebenbrennraum eine Zündkammer zugeordnet ist, die über wenigstens eine öffnung mit gegebenenfalls gegenüber dem Querschnitt der Zündkammer verringertem Querschnitt mit dem Nebenbrennraum verbunden ist und in der eine Zündkerze angeordnet ist.

Die Festlegung gesetzlicher Grenzwerte für die Abgas-Emission verschiedener Abgasbestandteile führte zu einer intensiven Weiterentwicklung des Otto-Motors und zur Beschäftigung mit verschiedenen alternativen Antriebssystemen mit dem Ziel, die Abgas-Emission auf das verlangte Niveau zu reduzieren. Erkenntnisse über die Begrenztheit der Reserven zur Erzeugung herkömmlicher Kraftstofle haben wiederum zahlreiche Forschungsarbeiten mit dem Ziel angeregt, die Wirtschaftlichkeit zu verbessern sowie die Eignung alternativer Betriebsstoffe für Verbrennungsmotoren zu klären.

Die Verbrennung stellt den Grundprozeß des Verbrennungsmotors dar, von dessen Vollkommenheit die Wirtschaftlichkeit und die Abgasqualität des Motors abhängen. Die Untersuchung des Verbrennungsprozesses hilft den Einfluß verschiedener Parameter auf den Wirkungsgrad aufzuzeigen und die Fragen der Entstehung von unerwünschten Abgasbeständen zu klaren.

Es hat sich gezeigt, daß mehrere Möglichkeiten bestehen, den Motorbetrieb mit minimalen emittierten Mengen an schädlichen Komponenten zu verwirklichen. Es können jedoch nicht alle diese Lösungen als rationell und ingenieurmäßig richtig angesehen werden, insbesondere wenn auch ein günstiger Kraftstoffverbrauch verlangt wird. Als pnmärer Weg bleibt, jene Lösungen zu suchen, bei denen mit möglichst vollständiger Ausnutzung des Kraftstoffes im Zylinder — ohne Nachverbrennung in katalytischen Reaktoren — der Abbau der Abgas-Schadstoffe möglich ist. Dieser Weg verlangt eine eingehende Untersuchung des Verbrennungsprozesses und die Optimierung aller Einflußgrößen auf Abgas-Emission und Kraftstoffverbrauch.

Der große Einfluß der Luftzahl λ (λ = Verhältnis des tatsächlichen Brennstoff-Luft-Gemisches zum stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Gemisch) auf die Verbrennung und Abgas-Emission wurde bisher vielfach untersucht. Im Bereich des größten Milteldruckes (λ = 0,8 bis 0,95) bewirkt die durch den Sauerstoffmangel verursachte unvollständige Verbrennung relativ hohe CO- und HC-Konzentrationen im Abgas. Der vorhandene Luftmangel verhindert die Bildung größerer NO-Mengen, obwohl die maximalen Verbrennungstemperaturen hoch sind. Die Vergrößerung der Luftzahl senkt die CO- und HC-Konzentrationen beträchtlich. Die minimalen HC-Mengen treten im Bereich der Luftzahl zwischen A= 1.1 und 1,2 auf. Dieser Bereich deckt sich rnit jenem üer besten Wirtschaftlichkeit. Die hohen Temperaturen und genügende Luftmenge, die für die Oxydierung von CO und HC wünschenswert sind, bewirken einen steilen Anstieg der NO Konzentration, so daß die maximale Menge des Stickstoff-Monoxyds im gleichen Luftzahlbereich auftritt, wo die Konzentration an unverbrannien Kohlenwasserstoffen minimal ist. Bei weivrer Abmagerung über λ = 1,2 fällt die NO-Kon-/emratmn stark ab, h> daß vom Standpunkt c:v Verringt'rung ilei schädlichen Komponenten im Abgas ■der Ι!;?ινι·.·Γΐ des Moto.s bei l.ufi/ahlen /.wischen λ — 1,3 iincl 1,4 anzustreben ware.

Der Betrieb mit magerem Gemisch hat auch weitere entscheidende Vorteile. Die Abmagerung des Gemisches bringt eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades infolge der günstigeren thermodynamischen Eigenschaften des Gemisches. Die Versoilechterung des Gütegrades und des mechanischen Wirkungsgrades bei starker Abmagerung führen zu einem Abfall des effektiven Wirkungsgrades. Als optimaler Betriebsbereich ergibt sich dadurch wiederum ein Luftzahlgebiet zwischen λ = 1,2 und 1,4.

Aus der Überlegung, die Abgasemission des Motors möglichst niedrig zu halten und zugleich einen hohen Wirkungsgrad des Motors zu erzielen, ergeben sich die Anforderungen für den Ablauf der Arbeitszyklen im Verbrennungsmotor.

1. Der Arbeitszyklus muß mit mäßigen Spitzendrükken und niedrigen Spitzentemperaturen ablaufen, damit die gebildete NO-Menge möglichst klein bleibt.

2. Die Temperaturen während der Expaioion sollen relativ hoch sein, um eine Nachoxydierung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds zu ermöglichen.

3. Um genügend Sauerstoff für eine möglichst vollkommene Verbrennung und Nachoxydierung von HC und CO zu gewährleisten, muß der Arbeitszyklus in- Luftüberschußgebiet bevorzugt bei A = 1,3 bis 1,4 stattfinden.

4. Die Streuung im Ablauf aufeinanderfolgender Zyklen soll möglichst klein sein. Eine große Ungleichmäßigkeit der Zyklen vermindert den indizierten und effektiven Wirkungsgrad, insbesondere im Luftüberschußgebiet. Durch Verringerung dieser Schwankungen wird die Abgaszusammensetzung des Otto-Motors wesentlich verbessert.

Die Arbeitszyklen mit niedrigen Spitzen- und relativ hohen Expansionstemperaturen können im Otto-Motor durch eine Verschleppung der Verbrennung in den Expansionstakt verwirklicht werden. Dies ist z. B. durch eine Zurücknahme des Zündzeitpunktes oder durch eine starke Abmagerung des Gemisches möglich. Beide Maßnahmen verschlechtern die Kenndaten des Motors. Insbesondere die Vorteile, welche ein Betrieb des Otto-Motors mit magerem Gemisch mit sich bringen würde, können nicht ausgenützt werden, da ein einwandfreier Lauf des Otto-Motors nur im engen Luftzahlbereich bis etwa λ = 1,3 möglich ist. Bei den heute üblichen Motoren bedeutet schon eine geringe Abmagerung des Gemisches über λ = 1,0 eine Verschlechterung des Motorbetriebes. Bei weiterer Abmagerung werden die Bedingungen für die Zündung und Flammenausbreitung schlechter. Immer größer wird die Zahl jener Zyklen, bei welchen die Flamme während der Verbrennung und Expansion nicht die gesamte Ladung erfaßt und die Verbrennung noch nach dem öffnen des Auslaßventils fortgesetzt wird. Bei zu großer Abmagerung werden die Voraussetzungen für die Verbrennung in einzelnen Zyklen so schlecht, daß die Zündung und Verbrennung vollkommen aussetzen und ein stabiler Lauf des Motors nicht mehr möglich ist. Als eine Folge des schlechten Verbrennungsablaufes nimmt die Streuung der Zyklen zu, der Mitteldruck fällt ab und die Wirtschaftlichkeit des Motors wir.! vMeehier
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!in Hinblick auf dio ^r.iiJe Bedeutung, die du Xbgaseniission im ! d^;■· Wirtschaftlichkeit für veuere des Veibrenmingsmotors haben, werden

,brannten umfangreiche Untersuchungen durchgeführt mit dem Ziel, den Betriebsbereich des Otto-Motors im Luftüberschußgebiet auszuweiten. Durch verschiedene motorinterne Maßnahmen kann die Abmagerungsgrenze beim konventionellen Otto-Motor hinar.sgeschoben werden. Die Verbesserung des Verbrennungsablaufes im mageren Bereich bringt aber stets eine Erhöhung der Prozeßtemperatur und damit der NO-Emission mit sich. Eine Möglichkeit zur Verbesserung dei Verbrennung von mageren Gemischen besteht bei Anwendung der sogenannten Schichtladung. Die Leitidee dieser Schichtladung ist die Bereitstellung eines relativ fetten, stets gut zündfähigen Gemisches an der Zündkerze und die Verwendung eines sehr mageren Gemisches im übrigen Teil des Brennraumes, das dann gut verbrannt werden kann. Dadurch wird ein Motorbetrieb mit einer Gesamtluftzahl von deutlich größer als λ = 1,0 ermöglicht. Die guten Bedingungen für Entzündung und Flammenfortpflanzung sollen eine fast vollständige Oxydierung des Brennstoffes mit nur sehr geringen verbleibenden Anteilen von Produkten der unvollständigen Verbrennung — Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffe — ergeben. Durch die Zündung und Anfangsphase der Verbrennung in einem Luftzahlbereich von λ = 0,5 bis 0,8 und der Hauptverbrennung in einem Bereich von λ = 1,5 bis 2,0 wird der bei etwa λ = 1,1 liegende Bereich maximaler NO-Bildung vermieden.

Es liegen bereits eine große Anzahl von Untersuchungen an Schichtladernotoren verschiedener Systeme vor. Von all den vorgeschlagenen Ausführungen fand aber bisher keine eine breitere Anwendung, da der konventionelle Otto-Motor in der Summe seiner Eigenschaften, wie z. B. Leistungsausbeute, Wirtschaftlichkeit, einfacher Aufbau und Betriebssicherheit überlegen war. Neue Impulse für die Entwicklung von Schichtlademotoren wurden durch die immer strengeren Anforderungen an die Abgasqualität, besonders die NO-Emission, und die Suche nach einem ·.-.irtschaftlichen Fahrzeugantrieb gegeben.

Eine Ausführungsmöglichkeit des Schichtlademotors besteht in der direkten Einspritzung des Brennstoffes in den ungeteilten Brennraum, wobei die Schichtung durch eine gerichtete Drallbewegung der Luft erzeugt wird. Dadurch wird das Gemisch in Zündkerzennähe angereichert und bleibt auch bei hohen Gesamtluftzahlen noch zündfähig. Entscheidende Bedeutung bei diesem System haben Einspritzdruck und -richtung des Brennstoffes, die Lagezuordnung zwischen Zündkerze und Einspritzdüse und vor allem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft. Da die Intensität des Luftdralles der Motordrehzahl proportional ist, ergeben sich Schwierigkeiten beim Betrieb in einem großen Drehzahl- und Lastbereich, wie er für Fahrzeugmotoren typisch und erforderlich ist.

Eine Ladungsschichtung kann auch durch einen geteilten Brennraum realisiert werden, also mit Hilfe eines Nebenbrennraumes. In diesem Fall wird in dem Zylinder ein mageres Gemisch angesaugt, während die Anreicherung des Nebenbrennraumes mittels einer Einspritzdüse oder eines zusätzlichen Einlaßventils erfolgt. Diese Ausführungen sind grundsätzlich von der Drehzahl- und Laständerung tu .ibhangi^ und daher für Fahrzeuginotoren put geeignet.

Bei Schichtladei^oioren tun geteiltem Brennraum ist es möglich, den Nebenbrennraüi:, entweder relativ klein mit etwa i bis 15% des Konipressionsvolumeris oder relativ groü mit 20 bis 60¹¹H de* Konipressionsvolumeris

auszuführen.

Durch die Teilung des Brennraumes in Haupt- und Nebenbrennraum und durch die Verwirklichung einer Schichtung der Ladung wird die Entflammung magerer Gemische wesentlich verbessert. Eine sichere Zündung ^ des Gemisches bei veränderlichen Betriebsbedingungen wird allein dadurch jedoch nicht gewährleistet. Die intensive Turbulenz der Ladung in dem Nebenbrennraum kann die Zünd- und Entflammungsbedingungen stark beeinträchtigen. ι

Der Verbrennungsprozeß im Otto-Motor besteht aus den folgenden Phasen.
Phase 1:

Zündung und Bildung eines stabilen Flammkernes (Anfangsphase der Verbrennung). Diese Phase i> wird oft als Zündverzug bezeichnet.
Phase 2:

Hauptphase der Verbrennung, während der die Hauptmenge des Kraftstoffes verbrennt.
Phase 3:

Nachverbrennung.

Die Anforderungen für den optimalen Ablauf der einzelnen Phasen sind unterschiedlich und widersprüchlich.

Die Dauer und die Abwicklung der ersten Phase :^; hängen von den Zündbedingungen, der Gemischzusammensetzung, der Intensität der Turbulenz sowie von Druck und Temperatur ab. Kritische Bedingungen für eine Funkenentzündung des Brennstoffes bei laminarer Verbrennung werden dann erreicht, wenn ein Kugelvo- ν lumen mit dem Radius /?*.> bis zur Verbrennungstemperatur 7Y erhitzt wird. Der minimale Radius Rn_r des Flammenkerns, der für die Entzündung des Gemisches notwendig ist, beträgt:

R,

■H.

wobei δη die Dicke der Flammenzone ist. Wenn die Entzündung des Gemisches in einem Volumen mit dem kritischen Radius /?λ>stattgefunden hat, dann steht einer weiteren Ausbreitung der Flamme nichts mehr im Wege, !m Falle, daß R<R_Kr''sl, erlischt die Flamme, weil die Wärmeabgabe an dem unverbrannten Teil des Gemisches größer ist als die durch die Verbrennung im Volumen mit dem Radius R eingesetzte Wärme. Im Falle einer intensiven turbulenten Strömung, wie es im Otto-Motor üblich ist, sind die Zünd- und Entflammungsbedingungen wesentlich komplizierter. Es besteht die Möglichkeit, daß sich der Flammenkern nach der Zündung zuerst ungestört entwickelt und später erlischt. Die kritischen Zündbedingungen können anfangs erfüllt werden und dann gestört werden, so daß sich die Flamme langsamer entwickelt, als es bei der laminaren Strömung der Fall wäre.

Für die Zündung und Entwicklung eines stabilen Flammenkernes ist es daher notwendig, daß die durch die chemischen Reaktionen freigesetzte Wärme am kleinen, vom Zündfunken erfaßten Gemischteil größer wird als die an seiner Oberfläche abgeführte Wärme. Die Entzündung soll in einer ruhigen Mitte stattrinden, ohne Anwesenheit einer turbulenten Strömung. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen zusätzlich zu einer Verminderung der Ionisation und erfordern einen Anstieg der minimalen Zündenergie, die für die Entzündung des Gemisches notwendig ist

Die Verbrennung in der zweiten Phase unterscheidet sich von der Verbrennung in der ersten Phase. Nach der Bildung des für den weiteren Ablauf der Verbrennungsreaktion erforderlichen stabilen Flammenkerns ist eine intensive Turbulenz für eine rasche und vollständige Verbrennung notwendig.

Im herkömmlichen Otto-Motor und in bekannten Schichllademotoren ist eine Trennung der einzelnen Phasen des Verbrennungsvorganges und die Schaffung optimaler Bedingungen für jede Phase nicht möglich.

Eine Optimierung für jede einzelne Verbrennungsphase wurde durch einen Schichtlademotor der eingangs genannten Art mit einem Hauptbrennraum, einem Nebenbrennraum und einer Zündkammer angestrebt.

Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakl-Brennkraftmaschinen dieser Art mit Ladungsschichtung sind bekannt (DT-OS 24 48 405), wobei das Volumen der Nebenbrennkammer und das Volumen der als Restgaskammer bezeichneten dritten Kammer in der Beziehung

■1» zueinander stehen, wobei

V, = Volumen der Restgaskammer,
V_n = Volumendes Nebenbrennraumes

ist. Hierbei hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, daD aufgrund des gegenüber dem Volumen des Neben brennraumes relativ großen Volumens der Zündkam mer in dieser bei einem Ladungswechsel eine erhebliche verbrannte Restgasmenge verbleibt, die die Zündfähig keit der folgenden Ladung in der Zündkammer stark beeinträchtigt, sowie in dieser eine sich ebenfall nachteilig auf die Zündung der Ladung in dei Zündkammer auswirkende Ladungsturbulenz vornan den ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gemischverdichten de, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mi Ladungsschichtung eingangs umrissener Gattung zi schaffen, bei der die einzelnen Verbrennungsphaser optimiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß das Volumen (V₇) der Zündkammer in folgender Beziehung zum Volumen (V_n) des Nebenbrennraume; steht:

V₇ = (0,01 DISO₁I)Vn

und daß die Brennstoffmenge (Mk)ie Arbeitszyklus de: Nebenbrennraumes in folgender Beziehung zum VoIu men (Vv,) des Nebenbrennraumes steht:

= (O₁I bis 0,3) V_n

wobei

Mk = Brennstoffmenge (mm³) des Nebenbrennraumes

je Arbeitszyklus, Vn= Volumen des Nebenbrennraumes (cm³)

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile besteher insbesondere darin, daß in der Zündkammer eine ruhigere und weniger turbulente Strömung als in dem Nebenbrennraum herrscht Bei der Versorgung des Nebenbrennraumes mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch über den zusätzlichen Gemischeinlaß wird die Zündkammer während des Saughubes von den Restgaser gespült, was für die Entzündung des Gemisches vorteilhaft ist. Durch die Entzündung in einem

geschlossenen, kompakten Raum der aufgezeigten Ausführung sind die Wärmeverluste während der Bildung des Flammenkerns minimal. Somit werden für Zündung und Entflammungsbeginn optimale Bedingungen geschaffen. Nachdem sich ein stabiler Flammenkern in der Zündkammer gebildet hat, breitet sich die Flamme unter günstigen Bedingungen in den Nebenbrennraum aus. Ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und die hohe Turbulenz ergeben dort eine schnell ablaufende Verbrennung nach äußerst kurzem Zündverzug. Die Verbrennungsprodukte der kleinen Menge des angereicherten Gemisches werden durch den Schußkanal in den Hauptbrennraum ausgestoßen, wo sie sehr magere Gemische entflammen können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Zylinderkopf einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung mit der Zündkammer und dem Nebenbrennraum im Querschnitt,

Fig. 2 ein den Druckverlauf in einem Otto-Motor veranschaulichendes Diagramm,

F i g. 3 ein den Druckverlauf in dem Nebenbrennraum des erfindungsgemäßen Schichllademotors veranschaulichendes Diagramm und

F i g. 4 ein den Druckverlauf in dem Hauplbrennraum des erfindungsgemäßen Schichtlademotors veranschaulichendes Diagramm.

Nach der Fig. 1 weist ein Zylinderkopf 1 ein Einlaßventil 2, ein Gemisch-Einlaßventil J sowie ein nicht dargestelltes Auslaßventil auf. Anstelle des Gemisch-Einlaßventils 3 könnte auch ein Einspritzventil bekannter Bauart Verwendung finden. Die Betätigung der Ventile erfolgt in einer bekannten Art, die für die vorliegende Erfindung unerheblich ist. Im Zylinderkopf t ist ein von dem Einlaßventil 2, dem nicht dargestellten Auslaßventil und einem nicht gezeigten Kolben begrenzter Hauptbrennraum 4 vorgesehen. An diesen schließt sich ein Nebenbrennraum 5 an, in dem das Gemisch-Einlaßventil 3 angeordnet ist. Des weiteren weist der Zylinderkopf 1 eine in den Nebenbrennraum 5 mündende Zündkammer 6 auf, die durch eine Bohrung gebildet wird, die auf der dem Nebenbrennraum 5 abgewandten Seite durch eine in den Zylinderkopf 1 bei 7 eingeschraubte Zündkerze 8 verschlossen ist. Das Einlaßventil 2 steuert einen Ansaugkanal 9, und das Gemisch-Einlaßventil 3 steuert einen Gemischansaugkanal 10. Der Nebenbrennraum 5 ist durch wenigstens eine einen Schußkanal bildende öffnung U mit dem Hauptbrennraum 4 und die Zündkammer 6 durch Schußkanäle bildende öffnungen 12 und 13 mit dem Nebenbrennraum 5 verbunden. Die öffnungen 12 und 13 sind unter einem sich zum Nebenbrennraum 5 hin öffnenden Winkel zueinander angestellt Die öffnungen 12 und 13 liegen sich am Umfang der Zündkammer 6 gegenüber, wobei die öffnung 13 in unmittelbarer Nähe des Gemisch-Einlaßventils 3 angeordnet ist Das Volumen der Zündkammer ist im Verhältnis zum Volumen des Nebenbrennraumes derart bemessen, daß während der Zündung des brennstoffreichen Luft-Brennstoff-Gemisches eine stabile Flammenzone gebildet wird, wobei das Volumen der Zündkammer in folgender Beziehung zum Volumen des Nebenbrennraumes steht:

V, = (0,01 bis 0,1) V_n

wobei

-ίο

V, = Volumen der Zündkammer,

Vn = Volumen des Nebenbrennraumes

ist. Die Brennstoffmenge je Arbeitszyklus des Nebenbrennraumes steht in folgender Beziehung zum Volumen des Nebenbrennraumes:

Mk = (0,1 bis 0,3) V_n

wobei

Mk= Brennstoffmenge (mm¹) des Nebenbrennraurnes

je Arbeitszyklus,
V/v = Volumendes Nebenbrennraumes(cm^J)

Durch den Ansaugkanal 9 und das Einlaßventil 2 wird während des Betriebes der Brennkraftmaschine dem Hauptbrennraum 4 reine oder brennstoffarme Luft zugeführt, die mengenmäßig den Hauptteil der Ladung der Brennkraftmaschine bildet. Durch das Gemisch-Einlaßventil 3 wird dagegen brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch während des Betriebes der Brennkraftmaschine dem Nebenbrennraum 5 zugeführt. Die in dem Hauptbrennraum und dem Nebenbrennraum vorhandene Turbulenz ist in der Zündkammer selbst daran abgeschwächt, so daß in dieser eine ruhige, weniger turbulente Strömung entsteht, wodurch für die Zündung und den Entflammungsbeginn optimale Bedingungen geschaffen sind. Aus diesen Betriebszuständen resultiert eine große Stabilität der Zündung in der Zündkammer und der Verbrennung in dem Nebenbrennraum. Hohe Turbulenz und optimale Bedingungen in dem Nebenbrennraum ergeben dort eine schnell ablaufende Verbrennung nach äußerst kurzem Zündverzug. Die in den Nebenbrennraum ausströmende Flamme entflammt dort das sehr magere Brennstoff-Luft-Gemisch, wobei die Brenngeschwindigkeit aufgrund der hohen Turbulenz auch hier relativ hoch ist. Während des Ansaug-Taktes und des Auspuff-Taktes wird darüber hinaus durch die öffnungen 12 und 13 eine intensive Restgasspülung der Zündkammer 6 erzielt, durch die die Zündbedingungen verbessert werden.

In den F i g. 2 bis 4 ist mit 14 eine Ordinate für den Druck P (kp/cm²) und mit 15 eine Abszisse für den Winkel χ (Kurbelwellenumdrehung) bezeichnet.

In der F i g. 2 ist der Druckverlauf eines Otto-Motors anhand einer Kurve 16 dargestellt Der Zündverzug erstreckt sich hierbei über einen Winkel *i von annähernd 20° Kurbelwellenumdrehung.

In der F i g. 3 ist der Druckverlauf des Nebenbrennraumes des erfindungsgemäßen Schichtlademotors anhand einer Kurve 17 dargestellt Der Zündverzug erstreckt sich hierbei über einen Winkel »2 von nur annähernd 5° Kurbelwellenumdrehung.

In der F i g. 4 ist der Druckverlauf des Hauptbrennraumes des erfindungsgemäßen Schichtlademotors anhand einer Kurve 18 dargestellt Der Zündverzug im Hauptbrennraum erstreckt sich hierbei über einen Winkel «3 von nur annähernd 6° Kurbelwellenumdrehung.

Ilicr/u 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gemisch verdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch wenigstens ein Einlaßventil als brennstoffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luft-Gemisch über wenigstens einen zusätzlichen Gemisch-Einlaß einem Nebenbrennraum zugeführt wird, wobei dem Nebenbrennraum eine Zündkammer zugeordnet ist, die über wenigstens eine öffnung mit gegebenenfalls gegenüber dem Querschnitt der Zündkammer verringertem Querschnitt mit dem Nebenbrennraum verbunden ist und in der eine Zündkerze angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (V₇) der Zündkammer φ) in folgender Beziehung zum Volumen (Vs) des Nebenbrennraumes(5)steht:

V, = (0,01 bis 0,I)V_n

und daß die Brennstoffmenge (Mk) je Arbeitszyklus des Nebenbrennraumes (5) in folgender Beziehung zum Volumen fV/vJdes Nebenbrennraumes(5) steht:

wobei

M_K = (0,1 bis 0,3) V_n