DE2611057A1

DE2611057A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2611057A1
Application number: DE19762611057
Authority: DE
Inventors: Tadeusz A Baczek
Original assignee: BACZEK
Current assignee: BACZEK
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1976-03-16
Publication date: 1976-10-07
Also published as: NL7602806A; AR209475A1; CH611387A5; FR2304779B1; GB1546818A; CA1049357A; US4006725A; AU1198776A; FR2304779A1; IT1058010B; BR7601614A; ES446164A1; SE7603318L

Description

Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere Zündkerzen bzw. Zündkerzen-Zwischenstücke, die in Verbindung mit den verschiedenen Zylindern eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern benutzbar sind, und bei denen eine Zündkammer durch einen Teil der Zündkerze gebildet wird, der die Elektroden der Zündkerze in einem geringen Abstand umgibt, wobei die Zündkammer dazu dient, ein fettes brennbares Gemisch zu zünden, um eine Flamme zu erzeugen, die ein leichtes Zünden eines armen brennbaren Gemisches ermöglicht.

Es ist bekannt, daß sich ein relativ armes brennbares Gemisch, wie es verwendet wird, um bei Verbrennungsmotoren den Kraftstoffverbrauch möglich niedrig zu halten, häufig nur unter Schwierigkeiten zünden läßt, und daß ein solches Gemisch vielfach nur unvollständig verbrennt. Dies hat zur Folge, daß in den HW**»i%rt»nungskaBimern des Motors häufig Fehlzündungen auftreten, oder daß das arme bzw. magere brennbare Gemisch nicht gezündet wirdj außerdem ergibt sich eine erhöhte Verschmutzung der Atmosphäre durch die Abgase des

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Motors sowohl beim Ausbleiben der Zündung als auch bei einer nur unvollständigen Verbrennung₀

Um die Verschmutzung der Luft durch in den Abgasen von Verbrennungsmotoren enthaltene giftige Gase zu verringern, wurde bereits vorgeschlagen, die Motoren mit Zusatzluftpumpen auszurüsten oder Abgas-Rückumwälzeinrichtungen zur Verringerung des Ausstoßes an Smog erzeugenden chemischen Stoffen vorzusehen oder in die Abgasanlage der Kraftfahrzeuge katalytische Umsetzer einzubauen, die dazu dienen, die schädlichen Bestandteile der Motorenabgase in unschädliche chemische Verbindungen oder Gemische zu verwandeln« Alle diese Maßnahmen bedingen die zusätzliche Verwendung von Hilfseinrichtungen, die jedoch in den meisten Fällen zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs führen, so daß sich bezüglich der Energieversorgung zusätzliche Schwierigkeiten ergeben«

Ferner wurde bereits versucht, zur Erzielung einer Senkung des Kraftstoffverbrauchs und einer gleichzeitigen Steigerung der Zuverlässigkeit der Zündung und damit einer vollständigeren Verbrennung die Zylinderblöcke mit einem kleineren Hilfsverbrennungsraum bzw_e einer Zündkammer zu versehen, die mit dem zugehörigen Hauptverbrennungsraum in Verbindung steht und eine Zündkerze aufweist, deren Funkenstrecke in dem Hilfsverbrennungsraum angeordnet ist; außerdem ist eine mit einem Ventil versehene Kraftstoffzuführungsleitung vorhanden, die den Hilfsverbrennungsraum mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt, um eine zuverlässige Zündung zu gewährleisten, und an den Hauptverbrennungsraum ist eine zweite Leitung ium Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches angeschlossen. Beispiele für solche Anordnungen sind in den US-PSen 3 844 259 und 3 853 079 beschrieben. Bei diesen bekannten Anordnungen wird das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch über ein Einlaßventil einem im Zylinderblock ausgebildeten Hilfsverbrennungsraum während des Abwärts- oder Ansaughubes des Kolbens in dem zugehörigen Zylinder zugeführt, und das

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fette Gemisch, das sich mit Hilfe der zugehörigen Zündkerze leicht zünden läßt, erzeugt eine Zündflamme, die in Verbindung mit dem mageren Gemisch gebracht wird, das dem Hauptverbrennungsraum während des gleichen Ansaughubes des Kolbens zugeführt wird, um eine zuverlässigere Zündung und eine vollständigere Verbrennung des mageren Gemisches zu gewährleisten,. Jedoch ist es bei .diesen bekannten Anordnungen erforderlich, Zylinderblöcke von besonderer Form zu verwenden, in denen die Hilfsverbrennungsräume oder Zündkammern ausgebildet sind, in welchen das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, um eine Flamme zu erzeugen, die dann zum Zünden des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hauptverbrennungsraum dient. Eine solche Anordnung läßt sich natürlich bei schon vorhandenen Verbrennungsmotoren bekannter Art nicht anwenden, da man andere Zylinderblöcke benötigen würde, die mit zusätzlichen Hilfsverbrennungsräumen und Ventilen zum Zuführen eines fetten Gemisches versehen sind_e

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Verbrennungsmotoren eine neuartige Zündkerzen-Austauschbaugruppe zu schaffen, bei der die Funkenstrecke der Zündkerze von einem mit Öffnungen versehenen Mantel oder Dom umgeben ist, der einen Hilfszündraum abgrenzt, wobei eine mit einem Ventil versehene Einlaßleitung vorhanden ist, die an eine erste Quelle für ein kraftstoffhaltiges Gemisch, z„B. für ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch, angeschlossen ist und dazu dient, das erste Gemisch dem Hilfszündraum zuzuführen, damit eine Zündung bewirkt und eine Flamme erzeugt wird, die dazu dient, im Hauptverbrennungsraum des zugehörigen MotorZylinders ein zweites kraftstoffhaltiges Gemisch zu zünden. Ferner soll eine neuartige Zündkerze geschaffen werden, die sich anstelle einer Zündkerze bekannter Art in ,den Zylinderkopf von Kraftfahrzeugmotoren einbauen läßt und es ermöglicht, ein kraftstoffreiches Gemisch in einer Zündkammer von begrenzter Größe zu zünden, die innerhalb der Zündkerze vorhanden ist, um eine Flamme zu erzeugen, die die Zündung und eine vollständigere Verbrennung

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eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum des zugehörigen MotorZylinders gewährleistet. Schließlich soll eine neuartige Zündkerze der vorstehend geschilderten Art geschaffen werden, bei der eine Zündung in der Hilfszündkammer innerhalb der Zündkerzenbaugruppe derart herbeigeführt wird, daß in der Zündkammer sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende verwirbelte Luftströme entstehen, um der Bildung von Ablagerungen in der Zündkammer sowie auf den Elektroden der Zündkerze im Bereich der Funkenstrecke entgegenzuwirken«,

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figo 1 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Teil eines Zylinders und des zugehörigen Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors, der mit einer erfindungsgemäßen Zündkerze ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Zündkerze;

Figo 3 eine Ansicht des unteren Endes der Zündkerze nach Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt der Zündkerze entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßeη Zündkerze mit einer abgeänderten Zuführungsleitungs- und Ventilkonstruktion;

Figo 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Figo 5;

Fig. 7 einen teilweise verkürzten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Zündkerzenbaugruppe, bei der eine Zündkerze bekannter Art in ein Zwischengehäuseteil eingebaut ist; und

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- 5 Figo 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Figo 7.

Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform einer Zündkerze nach der Erfindung, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist, hat allgemein die gleiche Außenform wie eine Zündkerze bekannter Art und weist ein unteres Gehäuseteil 2 aus Metall auf, das an seinem oberen Ende mit einem Sechskant 14 versehen ist, und dessen unteres Ende 16 von kleinerem Durchmesser ein Außengewinde 18 hat, damit sich die Zündkerze in eine Gewindebohrung im Zylinderkopf eines Verbrennungseotors einschrauben läßt. Das untere Gehäuseteil 12 hat eine am oberen Ende offene Bohrung, die sich über den größten Teil seiner Länge erstreckt, und zu der ein unterer Abschnitt 20 von kleinerem Durchmesser sowie ein oberer Abschnitt 22 von größerem Durchmesser gehören, wobei das obere Ende 24 mit einem Innengewinde zum Aufnehmen einer Isolatorhaltemutter 26 versehen ist«, In den Bohrungsabschnitten 20 und 22 ist ein allgemein zylindrischer rohrförmiger Isolatorkörper 28 aus einem harten keramischen Material angeordnet, wie es gewöhnlich bei Zündkerzenisolatoren verwendet wird; der Isolator hat zwischen seinen Enden einen Kragen oder Flansch 30 von größerem Durchmesser, der sich an einer Schulter zwischen dem „unteren Bohrungsabschnitt 20 und dem oberen Bohrungsabschnitt 22 abstützt und mit dieser Schulter durch die Isolatorhaltemutter 26 verspannt ist_o

Der sich nach unten allmählich verjüngende untere Abschnitt 32 des Isolatorkörpers 28 ist von dem mit Außengewinde versehenen unteren Abschnitt 16 des Gehäuses 12 aus Metall und einem damit zusammenhängenden Domabschnitt 34 umschlossen, welch letzterer vorzugsweise eine kegelstumpfförmige Gestalt hat und mehrere in Umfangsabständen verteilte geneigte Öffnungen 36 aufweisto Die untere Stirnfläche des Domabschnitts 34 ist eben und in ihrer Mitte vorzugsweise mit einem kurzen Stift 38 versehen, der die negative Elektrode der Zündkerze bildet» Das Gehäuseteil 12 mit dem Domabschnitt 34 am unteren Ende begrenzt zusammen mit dem sich verjüngenden unteren Endabschnitt

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32 des Isolatorkörpers 28 eine Zündkammer bzw. einen Hilfsverbrennungsraum 40, der die durch die negative Elektrode 38 und die langgestreckte positive Mittelelektrode 42 gebildete Funkenstrecke umschließt, wobei sich die Mittelelektrode längs der Achse des Isolatorkörpers 28 erstreckt.

Der Isolatorkörper 28 hat einen Längskanal zum Aufnehmen der zentral angeordneten stabförmigen Mittelelektrode 42, und es ist dafür gesorgt, daß die Breite der Funkenstrecke durch axiales Verstellen der Mittelelektrode 42 in dem Isolatorkörper 28 eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck hat der obere Abschnitt der Mittelelektrode 42 einen Außengewindeabschnitt 42a, der von einer ringförmigen Buchse 44 umschlossen ist, die in dem Isolatorkörper in den einen größeren Durchmesser aufweisenden oberen Abschnitt des Längskanals hineinragt und entweder mit einem vorgeformten Innengewinde versehen ist oder beim Einschrauben der Mittelelektrode 42 mit einem entsprechenden Innengewinde versehen wird, um eine Gewindeverbindung zwischen der stabförmigen Mittelelektrode und der Buchse herzustellen, so daß es durch Drehen der Mittelelektrode möglich ist, die Mittelelektrode gegenüber dem Isolatorkörper 28 axial zu verstellen,, Auf das Außengewinde 42a der Mittelelektrode 42 ist eine Kontermutter 48 aufgeschraubt, die sich am oberen Ende der Buchse 44 abstützt und dazu dient, die Mittelelektrode nach dem Einstellen in axialer Richtung festzulegen; mit dem oberen Ende der Mittelelektrode 42 kann durch Hartlöten oder auf andere Weise ein Abschlußstück 50 verbunden sein, das es ermöglicht, eine nicht geerdete Leitung anzubringen, die mit dem Verteiler des Kraftfahrzeugmotors verbunden ist«

Das Gehäuseteil 12 aus Metall weist eine geneigte seitliche Abzweigung 12a auf, durch die sich ein Kanal 52 zum Zuführen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches erstreckt, der in der Zündkammer 40 etwas oberhalb des unteren Endes des konischen unteren Endes 32 des Isolatorkörpers 28 mündet, nach oben und außen geneigt ist und sich zu einem einen größeren Durchmesser

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aufweisenden, mit Innengewinde versehenen Bohrungsabschnitt erstreckt, in den ein Einlaßventilgehäuse 56 eingeschraubt ist, dessen mit Gewinde versehener unterer Endabschnitt in Eingriff mit dem Innengewinde des Bohrungsabschnitts 54 steht und eine Ventilkammer für eine Ventilbaugruppe abgrenzt; zu dieser Ventilbaugruppe gehört ein durch einen Kraftstoffstrom betätigbares Rückschlagventil mit einer Ventilkugel 58, die normalerweise durch eine Schraubenfeder 60 gegen einen Ventilsitz 62 gedrückt wird, um die Verbindung zwischen dem Kanal, der die Kraftstoffeinlaßöffnung 64 am oberen Ende des Anschlußstücks 56 und dem unteren Ende des Bohrungsabschnitts 54 bildet, und zu dem Kanal 52 für das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch führt, geschlossen zu halten, solange der Kolben 80 des zugehörigen Motorzylinders nicht einen Abwärts- oder Ansaughub ausführt, um in der Zündkammer 40 einen Unterdruck zu erzeugen,. Das Anschlußstück 56 mit dem Hilfsansaugventil hat an seinem oberen Ende ein Außengewinde zum Anbringen einer in Fig„ 1 teilweise dargestellten Rohrleitung 66 zum Zuführen eines fetten Gemisches, die an einen nicht dargestellten Vergaser angeschlossen ist und dazu dient, dem Kanal 5^- und der sich daran anschliessenden Zündkammer 40 ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zuzuführen ο

Die erfindungsgemäße Zündkerze 10 wird in die normalerweise für eine Zündkerze bekannter Art vorgesehene Gewindebohrung in dem Zylinderkopf 70 eingeschraubt, der den Zylinder 72 am oberen Ende verschließt, z.B. gemäß Fig«, 1 in einer seitlich geneigten Lage, bei der die Zündkerzen-Einschrauböffnung 74 dem oberen Ende des Zylinders 72 und dem Einlaßventil 76 benachbart ist, das die Ansaugöffnung 78 steuert, die in Verbindung mit dem nicht dargestellten Hauptvergaser steht«

Wird der Motor mit erfindungsgemäßen Zündkerzen der vorstehend beschriebenen Art betrieben, die in den Zylinderkopf eingebaut und den verschiedenen Zylindern zugeordnet sind, und bewegt sich der Kolben 80 beim Ansaughub nach unten, bewirkt die Er-

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zeugung eines Unterdrucks in dem Zylinder 72, daß das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch von dem Hauptvergaser aus über den Ansaugkanal 78 vom Hauptverbrennungsraum in dem Zylinder angesaugt wirde Gleichzeitig bewirkt der in dem Zylinder 72 erzeugte Unterdruck, mit dem auch das Kugelventil 58 beaufschlagt wird, daß sich die Ventilkugel entgegen der Vorspannkraft der Schraubenfeder 60 nach unten bewegt, so daß das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch von dem zugehörigen Vergaser aus, z_eB₀ von einem ein fettes Gemisch liefernden Auslaß des gleichen Vergasers, der auch das magere Gemisch erzeugt, über die Leitung 66 und den Kanal 52 angesaugt und der Funkenzündkammer 40 in dem Domabschnitt 34 am unteren Ende des Gehäuseteils 12 aus Metall angesaugt wirdo Wenn der Verteiler des Motors dann eine Spannung an den Anschluß 50 der positiven Mittelelektrode 42 der Zündkerze anlegt, bewirkt der zwischen den Elektroden 38 und 42 der Zündkerze entstehende Funke, daß das fette Gemisch in der Zündkammer 40 in der unmittelbaren Umgebung der Funkenstrecke gezündet wird, so daß die hierbei entstehende Flamme bewirkt, daß heiße Flammenstrahlen mit einer Wirbelbewegung durch die Zündöffnungen 36 austreten und in den Hauptverbrennungsraum in dem Zylinder 72 gelangen, um dort das magere Gemisch zu zünden. Die Zündflamme wird deshalb in Form eines Wirbels abgegeben, weil die Zündkanäle 36 in dem Dom 34 entsprechend angeordnet sind; genauer gesagt sind die Achsen der Zündkanäle z.B. unter einem Winkel von etwa 45° nach unten und außen gegen die senkrechte Mittelachse der Zündkerze und außerdem Z₀B₀ in einer waagerechten Ebene unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Radien 36A geneigt, die gemäß Fig. 3 von der Mittelachse der Zündkerze ausgehen«. Die Verwirbelung der aus der Zündkammer 40 austretenden Flammen verhindert das Entstehen von Ablagerungen in der Zündkammer, so daß die Zündkerzen geringere Anforderungen an eine periodische Wartung stellen, daß eine längere Lebensdauer gewährleistet wird, und daß mit einer zuverlässigen Zündung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hauptverbrennungsrauin gerechnet werden kann, wodurch es möglich ist, die Primärenergie zum Antreiben eines

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Kraftfahrzeugs unter Verwendung eines weniger fetten Gemisches zu erzeugen, den Wirkungsgrad des Motors zu steigern, den Kraftstoffverbrauch herabzusetzen und die Emission schädlicher Abgase zu verringern, da mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zündkerzen eine vollständigere Verbrennung des Gemisches erzielt wird ο

In Figp 5 und 6 ist eine abgeänderte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerzenbaugruppe dargestellt, die allgemein der anhand von Fig„ 1 bis 4 beschriebenen ähnelt, abgesehen davon _B daß das Ventil in dem Abzweigkanal 52 des Gehäuseabschnitts 12a, der mit der Zündkammer 40 in Verbindung steht, anders ausgebildet ist. Die in Fig„ 5 und 6 dargestellten Bauteile, die anhand vonFig_o 1 bis 4 beschriebenen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, während die Zündkerzenbaugruppe insgesamt mit 10' bezeichnet ist₀ Bei der abgeänderten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 85 sowohl am unteren als auch am oberen Ende mit Außengewinde versehen; das untere Ende des Veati3gehäuses ist in den Bohrungsabschnitt 54 eingeschraubt, der unmittelbar unter dem unteren Ende des Ventilgehäuses oder Anschlußstücks 85 im unteren Teil des weiteren Bohrungsabschnitts des Gehäuseansatzes 12a eine erweiterte Ventilkammer 86 bildet, in die das Anschlußstück 85 eingeschraubt ist₀ Das Anschlußstück hat einen unteren Bohrungsabschnitt 87a von kleinerem DurchmesEr und zylindrischer Form zum Aufnehmen und Führ*ngeines Ventilschaftes 88 und einen erweiterten oberen Bohrungsabschnitt 87b, der am oberen Ende des Anschlußstücks 85 mündet und dazu dient j eine Ventilvorspannfederbaugruppe 89 aufzunehmen«.

Der in dem engeren Bohrungsabschnitt 87a gleitend geführte Teil des Ventilschaftes 88 hat einen unrunden Querschnitt, d.ho er ist z«B₀ gemäß Fig„ 6 längs seines Abschnitts 88a von größerem Durchmesser mit Anflächungen versehen, die Längskanäle für das zuzuführende fette Gemisch innerhalb des Bohrungsabschnitts 87a abgrenzen,, Der untere Endabschnitt des Ventilschaftes 88 hat einen etwas kleineren Durchmesser und

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ist mit Außengewinde versehen; auf diesem unteren Endabschnitt ist ein ringförmiger Ventilkörper 90 angeordnet, der z.B. aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Stahl besteht und durch eine Mutter 91 festgehalten wird, die z.B₀ bei einer erhöhten Temperatur auf das Gewinde aufgeschrumpft ist, um den Ventilkörper zu befestigen; alternativ kann der gesamte Ventilkörper maschinell aus einem einzigen Stück aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Stahl hergestellt sein₀ Gemäß Fig«, 5 ist ein ringförmiger Ventilsitz oder Einsatz 92 vorhanden, der ebenfalls aus einem hochtemperaturfesten Stahl oder dgl. besteht und z.B₀ in eine dazu passende Bohrungserweiterung am unteren Ende des engeren Bohrungsabschnitts 87a eingeschrumpft ist₀ Das Ventilorgan 90 wird normalerweise in seine Schließstellung in Anlage an dem Ventileinsatz 92 durch die Federbaugruppe 89 vorgespannt, zu der eine Schraubenfeder 89a und zwei Armsterne oder mit Anflächungen versehene Scheiben 89b gehören, welch letztere einen dünneren oberen Abschnitt des Ventilschaftes 88 umschließen und so geformt sind, daß sie von dem zuzuführenden gasförmigen Gemisch umströmt werden können₀ Der untere Armstern bzw. die Scheibe 89b stützt sich an der Schulter am oberen Ende des engeren Bohrungsabschnitts 87a ab, während die obere Scheibe durch eine Sicherungsscheibe und eine Mutter 93 oder einen Sprengring auf dem Ventilschaft 88 festgehalten wird* Die Kraftstoffzuführungsleitung 66 nach Fig«, 1, die an eine Quelle für ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch angeschlossen ist, das dem Kanal 52 zugeführt werden soll, wird mit dem oberen Ende des Anschlußstücks 85 verbunden.

Der Betrieb eines mit Zündkerzenbaugruppen nach FIg₀ 5 und 6 ausgerüsteten Verbrennungsmotors ähnelt dem vorstehend beschriebenen Betrieb mit Zündkerzenbaugruppen der ersten Ausführungsform, d_oh, wenn der Kolben des betreffenden Zylinders seinen Abwärts- oder Ansaughub ausführt, bewirkt die Erzeugung eines Unterdrucks in dem Zylinder, daß sich das Ventilorgan zusammen mit dem verschiebbaren Ventilschaft 88 nach unten

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bewegt und sich entgegen der Vorspannkraft der Ventilfederbaugruppe 89 nach unten von dem Ventileinsatz 92 abhebt, um das Ventil des Kanals 52 zu öffnen, damit ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Gewährleistung einer Verbrennung in der Hilfszündkammer 40 über das Ventil und den Kanal 52 angesaugt werden kann, um die Zündkammer 40 zu füllen» Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Figo 1 bis 4 bewirkt der nächste Aufwärtsoder Verdichtungshub des Kolbens in dem Zylinder, daß der über den Kanal 52 und die Ventilbaugruppe 89 von einer beliebigen daran angeschlossenen Quelle aus angesaugte Kraftstoff in der Hilfszündkammer 40 mit dem normalen, z.B_o dem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch vermischt wird, das dem Zylinder 72 ebenfalls während des Ansaughubes zugeführt wurde, um ein gründliches Durchmischen in der Zündkammer 40 durch eine Verwirbelung herbeizuführen, wenn Gase durch die in der beschriebenen Weise angeordneten Zündkanäle 36 gedruckt werden«, Wird dann durch den Verteiler des Motors über den Anschluß 50 eine Spannung an die positive Mittelelektrode 42 der Zündkerze angelegt, was am Ende des Aufwärts- oder Verdichtungshubes geschieht, läßt sich das Gemisch in der Zündkammer 40 leicht zünden, und die hierbei entstehende Flamme tritt in Form heißer Strahlen unter Erzeugung einer Wirbelbewegung über die Zündkanäle 36 in den oberen Teil des Hauptverbrennungsraums in dem Zylinder 72 über, wobei sich die Gas-Strahlen gegenüber den Zündkanälen in der entgegengesetzten Richtung bewegen und eine einwandfreie Zündung des Gemisches im Hauptverbrennungsraum gewährleisten₀

Figo 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein insgesamt mit 101 bezeichnetes Zwischenstück vorhanden ist, das sich mit einer Zündkerze bekannter Art oder einer nur geringfügig abgeänderten Zündkerze bekannter Art vereinigen läßt, bei der die negative Elektrode entfernt worden ist; in diesem Fall sind alle benötigten zusätzlichen Bauteile einschließlich des zusätzlichen Kanals und des zugehörigen Ventils mit dem Zwischenstück vereinigt, so daß sich

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die Erfindung bei im wesentlichen auf bekannte Weise ausgebildeten Zündkerzen anwenden läßt₀ Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 gehört zu dem Zwischenstück 101 ein Gehäuseteil 102, das an seinem unteren Ende einen Domabschnitt 103 aufweist, der ähnlich geformt ist wie bei den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen und der an seinem oberen Ende ein Außengewinde 104 hat, so daß er sich in die übliche Zündkerzenbohrung im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors einschrauben läßt. Der untere Endabschnitt des Doms 103 hat im wesentlichen die gleiche Form wie die kegelstumpfförmige Wand bei den Ausführungsformen nach Figo 1 bis 6, und er ist mit mehreren in Umfangsabständen verteilten Zündkanälen 105 versehen, die auf die gleiche Weise geformt und geneigt sind wie die beschriebenen Zündkanäle 36₀ Die untere stirnfläche des Doms 103 ist eben und in der Mitte mit einer Gewindebohrung zum Aufnehmen einer länglichen Elektrode 106 versehen, die die negative Elektrode bzw. die Kathode der Zündkerze für den Fall bildet, daß die normale negative Elektrode einer Zündkerze bekannter Art entfernt worden ist, so daß die Funkenstrecke durch diese negative Elektrode 106 und die positive Mittelelektrode gebildet wird, die sich durch die Zündkerze bekannter Art erstreckt. Das Zwischenstück 101 besitzt vorzugsweise an seinem oberen Ende einen ^echskant, um den Einbau des Zwischenstücks in den Zylinderkopf zu erleichtern, und es begrenzt eine Kammer 108, die sich nach oben an die Zündkammer 107 im Inneren des Doms 103 anschließt und den unteren Teil der Zündkerze bekannter Art aufnimmt; die obere Kammer 108 hat an ihrem oberen Ende ein Innengewinde zum Aufnehmen des Außengewindes einer normalen Zündkerze. In den meisten Fällen ist in der Kammer 108 ein Füllstück 108a aus keramischem Material angeordnet, um den Rauminhalt der Zündkammer 107 auf den gewünschten Wert zu bringen. An die Kammer 108 schließt sich eine gegen ihre Achse unter einem spitzen Winkel geneigte Bohrung 109 an, die mit Innengewinde versehen ist und das mit Außengewinde versehene untere Ende eines Ansaugventilgehäuses 85 aufnimmt, das bei einer Ausführungsform in der aus Figo 5 und 6 ersichtlichen

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Weise ausgebildet ist; alternativ kann ein langgestreckter Vorwärmlei tungs abschnitt 110 vorhanden sein, der einen Kraftstoffkanal 111 von vorbestimmter Länge besitzt, welcher sich längs der Achse eines Bauteils 112 aus Metall erstreckt, das an beiden Enden mit Außengewinde versehen ist. Das untere Ende des Bauteils 112 aus Metall wird in die Gewindebohrung 109 des Zwischenstücks 101 eingeschraubt, während sein oberes Ende in ein Verbindungsstück 113 eingeschraubt werden kann, das eine durchgehende Bohrung besitzt, die an beiden Enden mit einem Innengewinde 114 versehen ist, um das mit Gewinde versehene obere Ende des Kraftstoffvorwärm-Leitungsabschnitts 110 und das untere Ende des Ansaugventil-Anschlußstücks 85 aufnehmen zu können· Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 ist die Ansaugventilbaugruppe von gleicher Konstruktion wie bei der Ausführungsform nach Fig„ 5 und 6, und daher sind die betreffenden Teile wiederum mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Die Arbeitsweise der Zündkerzenbaugruppe nach Figo 7 und 8 ähnelt derjenigen der Ausführungsformen nach Fig₀ 1 bis 7> abgesehen davon, daß der langgestreckte, aus Metall bestehende Kraftstoffvorwärm-Leitungsabschnitt 110 einen engen Kanal von geeigneter Länge bildet, der von einer Wand aus Metall umgegen ist, die durch von dem Zylinderblock und anderen benachbarten Teilen des Motors abgegebene Wärme erwärmt wird und eine Vorwärmung des Kraftstoffs bewirkt, der der Zündkammer 107 in dem Dom 103 zugeführt wird. Dieser Vorwärmleitungsabschnitt 110 bietet insofern eine vorteilhafte Alternative, als es möglich ist, den Kanal, der durch den Leitungsabschnitt 110, die Bohrung 109, das Verbindungsstück 113 und die Ventilbaugruppe 85 gebildet wird, mittels einer Kraftstoffleitung, einer Verteilerleitung und eines Dosierventils direkt mit einer Quelle für rohen Kraftstoff zu verbinden, z.B. durch unmittelbares Anschließen an den Kraftstoffraum eines Vergasers bekannter Art oder an eine mit der Kraftstoffpumpe verbundene Kraftstoffleitung, Bei einer solchen Anafünung wird

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eine kleine Menge des rohen Kraftstoffs, die durch das Dosierventil geregelt wird, während des Abwärts- oder Ansaughubes des Kolbens überdie geöffnete Ventilbaugruppe 85 angesaugt, so daß dieser Kraftstoff durch den Kanal 111 der Vorwärmleitung 110 zu der Zündkammer 107 in dem Dom 103 des Zwischenstücks 102 strömt. Dieser rohe Kraftstoff wird von der Zündkammer der Zündkerze wegen der gewählten Konstruktion der Ventilbaugruppe während des Abwärtshubes des Kolbens in sehr kleinen Mengen angesaugt» Ist der Motor noch kalt, wird der von der Zündkammer 107 angesaugte rohe Kraftstoff durch die Verwirbelung zerstäubt, die in der Zündkammer 107 während des Aufwärts- oder Verdichtungshubes des Kolbens hervorgerufen wird, währenddessen ein Teil des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches, das dem Hauptverbrennungsraum während des vorangehenden Ansaughubes zugeführt wurde, über die geneigten Öffnungen 105 in die Zündkammer hineingedrückt wird, um dem rohen Kraftstoff in der Zündkammer die für eine wirksame Zündung benötigte Luft zuzuführen«, Somit wird der der Zündkammer über den Kanal 109 zugeführte Kraftstoff zerstäubt und mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch infolge der Verwirbelung gemischt, die in der Zündkammer während des Aufwärts- oder Verdichtungshubes des Kolbens hervorgerufen wird, woraufhin das Gemisch in der Zündkammer gezündet wird, sobald durch den Verteiler des Motors eine Spannung an die Elektroden der Zündkerze angelegt wird_o Sobald sich der Motor erwärmt, wird der über den Kanal 109 zuzuführende rohe Kraftstoff beim Durchströmen des Kanals 111 des Leitungsabschnitts 110 vorgewärmt, um dann bei seiner Berührung mit den heißen Flächen in der Zündkammer verdampft zu werden, wobei dieser Vorgang zusätzlich durch die Verwirbelung unterstützt wird, die während des Verdichtungshubes auftritt und ein Durchmischen mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch herbeiführt, das aus dem Hauptverbrennungsraum in die Zündkammer Übertritte Die Verdampfung des Kraftstoffs durch seine Berührung mit den heißen Wandflächen der ZUndkammer führt zur Ausschaltung der Gefahr einer Kondensation von Kraftstoff und der Emission von Kohlenwasserstoffen, und die Verwirbelung

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des Gemisches in der Zündkammer, die auf die gewählte Form und .Neigung der Zündöffnungen zurückzuführen ist, bewirkt, daß die Gefahr des Ausblasens des Funkens bzw. der Flamme dadurch vermieden wird, daß die Kraftstofftröpfchen unter Kaltstartbedingungen im suspendierten Zustand gehalten werden.

Natürlich könnte man ggf₀ entweder die Ausführungsform nach Figo 1 bis 4 oder diejenige nach Figo 5 bis 6 bei einer Anordnung benutzen, bei der roher bzw. unvermischter Kraftstoff z.B. von der Schwimmerkammer des Vergasers aus oder unmittelbar über eine Kraftstoffleitung dem Kanal 52 zugeführt werden könnte, der gemäß Fig. 4 durch das Ventilorgan 58 oder gemäß Figβ 5 durch das Ventilorgan 90 gesteuert wird, so daß während des Abwärts- oder Ansaughubes des Kolbens eine kleine Menge des rohen Kraftstoffs über den Kanal 52 in die Zündkammer 40 hineingesaugt wird, wo der Kraftstoff infolge der Verwirbelung mit einem Teil des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches gemischt wird, der während des folgenden Verdichtungshubes des Kolbens in die Zündkammer hineingedrückt wird, so daß in der Zündkammer ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht, das gezündet wird, sobald an die Elektroden der Zündkerze eine Spannung angelegt wird; hierdurch wird eine einwandfreie Zündung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hauptverbrennungsraum durch die verwirbelten Flammen gewährleistet, die aus den Zündkanälen 36 austreten. Ferner könnte man ggf. darauf verzichten, rohen Kraftstoff der gleichen Art, wie er zur Erzeugung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Hauptverbrennungsraum verwendet wird, in die Zündkammer einzuleiten, und man könnte einen völlig anderen entzündbaren Kraftstoff bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen über das beschriebene Ventil und den zugehörigen Kanal in die Zündkammer einleiten, um eine Zündung zu gewährleisten, durch die dann Flammen erzeugt werden, die aus den Zündkanälen austreten und die Zündung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hauptverbrennungsraum herbeiführen.

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Es hat sich gezeigt, daß die besonderen Strömungsbedingungen (retroturbo action), die sich in dem Hauptverbrennungsraum in der Umgebung des Doms 34 bzw₀ 103 einstellen, wenn die eine Wirbelbewegung ausführenden Flammen aus den geneigten Öffnungen 36 bzw. 105 in den Hauptverbrennungsraum eintreten, eine vollständigere Verbrennung des im Zylinder vorhandenen mageren Gemisches herbeiführen, und zwar deshalb, weil sich das sich an den relativ kühleren Zylinderwänden sammelnde, relativ kühlere Kraftstoff-Luft-Gemisch, das normalerweise weniger vollständig verbrannt wird und daher Anlaß zur Emission von Kohlenwasserstoffen gibt, mit dem heißeren Kraftstoff-Luft-Gemisch in den übrigen Teilen des Hauptverbrennungsraums mischt, wodurch die Emission von Kohlenwasserstoffen verringert wird ο

Ansprüche;

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Claims

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ANSPRÜCHE

J Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, die geeignet ist, die Emission unerwünschter Stoffe auf ein Minimum verringern und eine Herabsetzung des Kraftstoffverbrauchs durch Verbrennen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches zum Betätigen der Kolben der Brennkraftmaschine zu erzielen, mit mindestens einer Zylinderbohrung, in der ein mit einer Kurbel verbundener Kolben bewegbar ist, und deren Wände zusammen mit dem Kolben über diesem einen Hauptverbrennungsraum abgrenzen, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Kraftstoffquelle und eine von dieser verschiedene zweite Kraftstoffquelle vorhanden sind, daß die erste Kraftstoffquelle ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch liefert, daß mit der ersten Kraftstoffquelle eine erste Leitung (78) zum Zuführen des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches zu dem Hauptverbrennungsraum verbunden ist, daß an die zweite Kraftstoffquelle eine zweite Kraftstoffleitung (66) angeschlossen ist, daß in die Brennkraftmaschine eine mit dem Hauptverbrennungsraum in Verbindung stehende Zündkerze eingebaut ist, die einen langgestreckten Körper (12; 102) zum Unterstützen von an einem Ende der Zündkerze eine Funkenstrecke bildenden Elektroden (38, 42; 106) aufweist, daß zu der Zündkerze ein rohrförmiger Dom (34; 103) aus Metall gehört, der eine Funkenzündkammer (40; 107) von begrenztem Rauminhalt abgrenzt, welche die Funkenstrecke umgibt und Austrittsöffnungen (36; 105) für Flammen aufweist, daß der Körper der Zündkerze mit einem Gewinde (24; 108) zum Einschrauben der Zündkerze in eine auf bekannte Weise ausgebildete Zündkerzenaufnahme-Gewindebohrung (74) der Brennkraftmaschine versehen ist, so daß sich die Zündkerze in einer Lage einbauen läßt, bei der der Dom in den oberen Teil des Hauptverbrennungsraums hineinragt, daß der Zündkerzenkörper einen Ansatz (12a) aufweist, der mit einem durch ein Ventil steuerbaren Kanal (52j 109) versehen ist, dessen inneres Ende in der Funkenzündkammer in dem Dom mündet, und der an seinem äußeren

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mit der zweiten Kraftstoffleitung verbunden ist, damit es möglich ist, der Funkenzündkammer von der zweiten Kraftstoffquelle aus Kraftstoff zuzuführen, um in der Funkenzündkammer ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, das sich mit Hilfe eines an der Funkenstrecke erzeugten Funkens zünden läßt, um Flammen zu erzeugen, die durch die Austrittsöffnungen in den Hauptverbrennungsraum übertreten, um in letzterem das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden, daß in den Kanal in dem Ansatz ein Ventil (58; 90) zum Einleiten von Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffquelle in die Funkenzündkammer eingeschaltet ist, und daß die Brennkraftmaschine ein Ventil (76) zum Einleiten des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Hauptverbrennungsraum über die erste Kraftstoffleitung aufweist,
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der die erste und die zweite Kraftstoffquelle bildenden Einrichtung um einen Vergaser handelt, der das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch abgibt und als zweite Kraftstoffquelle ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch liefert.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Ventil in dem Kanal (52; 109) im Ansatz des Zündkerzenkörpers ein Ventilsitz (62; 92) und ein Ventilorgan (58; 90) gehören, das normalerweise in seine Schließstellung in Anlage an dem Ventilsitz elastisch vorgespannt ist und sich dann, wenn während eines Ansaughubes des Kolbens (80) der Kanal von dem Hauptverbrennungsraum (72) aus mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, öffnet, um Kraftstoff von der zweiten Kraftstoffquelle aus in die durch den Dom (34; 103) abgegrenzte Funkenzündkammer (40; 107) eintreten zu lassen, daß sich in dem langgestreckten Körper (12; 102) der Zündkerze eine langgestreckte Mittelelektrode (42) befindet, die sich entlang einer geraden Mittelachse über die ganze Länge der Zündkerze erstreckt und an ihrem von der Funkenstrecke abgewandten Ende ein von außen zugängliches Anschlußstück (50) aufweist, und

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daß sich der Kanal entlang einer im wesentlichen geraden Achse erstreckt, die unter einem spitzen Winkel gegen die Achse der Mittelelektrode so geneigt ist, daß der Kanal von seinem inneren Ende aus in Richtung auf sein äußeres Ende gegenüber der Mittelelektrode fortschreitende divergiert, so daß das äußere Ende des Kanals einen Anschluß bildet, der mit der zweiten Kraftstoffleitung (66) nahe dem Anschlußstück der Mittelelektrode verbindbar ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem langgestreckten Körper (12; 102) der Zündkerze eine langgestreckte Mittelelektrode (42) befindet, die sich längs einer geraden Mittelachse über die ganze Länge der Zündkerze erstreckt und an ihrem von der Funkenstrecke abgewandten Ende ein von außen zugängliches Anschlußstück (50) aufweist, und daß sich der genannte Kanal (52; 109) längs einer im wesentlichen geraden Achse erstreckt, die unter einem spitzen Winkel gegen die Achse der Mittelelektrode geneigt ist, so daß der Kanal von seinem inneren Ende aus in Richtung auf sein äußeres Ende gegenüber der Mittelelektrode fortschreitend divergiert, und daß daher das äußere Ende des Kanals einen Anschluß bildet, der mit der zweiten Kraftstoffleitung (66) verbindbar und seitlich neben dem Anschlußstück der Mittelelektrode angeordnet ist_o
5, Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitteleleörode (42) ein Außengewinde (42a) aufweist, das in Eingriff mit einem Innengewinde des langgestreckten Zündkerzenkörpers steht, so daß sich die Mittelelektrode durch Drehen derselben gegenüber dem Zündkerzenkörper axial bewegen läßt, um die Breite der Funkenstrecke einzustellen, und daß auf das Außengewinde der Mittelelektrode eine sich am Zündkerzenkörper abstützende Sicherungsmutter aufgeschraubt ist, um die Mittelelektrode festzulegen,.

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6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (36; 105) des Doms (34; 103) als zylindrische Öffnungen ausgebildet sind, deren Mittelachsen dann, wenn der Zündkerzenkörper (12; 102) eine senkrechte Lage einnimmt, in einer senkrechten Ebene gegen die Mittelachse des Zündkerzenkörpers geneigt sind, und in einer waagerechten Ebene jeweils unter einem Winkel zu radialen Linien (36A) verlaufen, die sich von der Mittelachse aus durch die Achsen der Austrittsöffnungen erstrecken, damit die aus den Öffnungen austretenden Flammen so gerichtet werden, daß sie in der Nähe der Funkenstrecke eine Wirbelbewegung hervorrufen.

7_o Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (36; 105) des Doms (34; 103) als zylindrische Öffnungen ausgebildet sind, deren Mittelachsen dann, wenn der Zündkerzenkörper eine senkrechte Lage einnimmt, in einer senkrechten Ebene unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Mittelachse des Zündkerzenkörpers geneigt sind und in einer waagerechten Ebene unter einem Winkel von etwa 45° zu radialen Linien (36A) verlaufen, die sich von der Mittelachse aus durch die Achsen der Austrittsöffnungen erstrecken, damit die aus den Öffnungen austretenden Flammen so gerichtet werden, daß sie in der Nähe der Funkenstrecke eine Wirbelbewegung hervorrufen.

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