DE2614595A1

DE2614595A1 - Fremdgezuendete viertaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2614595A1
Application number: DE19762614595
Authority: DE
Inventors: Michael G Dipl Ing May
Original assignee: May michael G dipl-Ing
Current assignee: May michael G dipl-Ing
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1977-10-13
Also published as: GB1536971A

Description

Dp-ing. DipL-Phys. OSKAR Κ©NIG

Telefon: (O? ii) «S»«*"⁵^ 29 64 61
Telegramm: Koenigpat 7000 STUTTGART-I, Klüpfelstraße G PoBtscheck Sigt.8-1919

Postfach 51

j NACHGEREICHT

4108

Michael G. May
Rolle (Schweiz)

Fremdgezündete Viertaktbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete 4-Takt-Brennkraftmaschine mit Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches außerhalb des mindestens einen Zylinders, wobei jeder

709841/0387

26H595

4108 - 1 -

• a.

Zylinder ein einziges hängendes Auslaßventil aufweist und der vom Auslaßventil verschließbare Auslaß in der Oberseite einer zumindest im wesentlichen im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer angeordnet ist, in der sich das zu verbrennende Gemisch in der oberen Totpunktstellung des Kolbens im wesentlichen befindet, wobei der untenseitige Rand der im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer bzw. des im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammerbereiches sich zumindest im wesentlichen innerhalb einer durch die Kolbenlaufbahn des Zylinders definierten geometrischen Zylinderfläche befindet, und außerhalb der Wirbelkammer ein hängendes Einlaßventil angeordnet ist, das vorzugsweise das einzige Einlaßventil dieses Zylinders ist.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (US-PS 2 7 63 254) ist die Wirbelkammer sehr groß und überdeckt nahezu die Hälfte des Querschnittes des Zylinderinnenraumes, wobei im Zylinderkopf das Auslaßventil und drei Zündkerzen angeordnet sind. Der Kolbenboden ist mit äußeren Ausnehmungen und einer mittleren Einbuchtung versehen, derart, daß während des Verdichtungstaktes in der Wirbelkammer in ihre beiden äußeren Endbereiche Gas unter Bildung von je einem Wirbel einströmt und die Wirbel symmetrisch zueinander und gegensinnig rotieren. Dies ergibt hohe Strömungsverluste, einen niedrigen thermodynamischen Wirkungsgrad und macht das Vorhandensein von drei Zündkerzen erforderlich und hat auch noch andere Nachteile.

709841/0387

26H595

4108 - X-

■ </3.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen» die einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad mit allen sich hieraus ergebenden Vorteilen und eine gute, möglichst weitgehend vollständige Verbrennung hat, so dass diese Maschine u.a. auch einen geringen Ausstoß schädlicher Abgasbestandteile, einen geringen Kraftstoffverbrauch und auch sonstige Vorteile hat.

Erfindungsgemäß ist bei einer Maschine der eingangs genannten Art vorgesehen, dass in den Zylinderkopf und/oder den Kolbenboden ein zum Kolbenboden bzw. Zylinderkopf hin auf seiner ganzen Länge offener Kanal eingelassen ist, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens einen vom Zylinderkopf und dem Kolbenboden begrenzten Leitkanal bildet, der in aussermittiger, vorzugsweise ungefähr tangentialer Richtung in die Wirbelkammer mündet und eine Verbindung zwischen dem unterhalb des Ventiltellers des Einlassventiles befindlichen Zylinderinnenraumbereich und der Wirbelkammer bildet und an einem dem Einlassventil benachbarten Bereich der Wirbelkammer in diese mündet.

Zweckmäßig grenzen

die aussenseitigen Längsränder des Kanals auf ihrer ganzen Länge an Quetschflächen des Zylinderkopfes bzw. Kolbenbodens an.

Infolge dieses Leitkanals wird erreicht, dass sich gegen Ende des Verdichtungstaktes in der Wirbelkammer praktisch eine einzige wesentliche Drallströmung einstellt, deren Rotationsachse ungefähr koaxial zum Auslassventil ist. Es zeigte sich, dass

7098 A 1 /0387

4108 - y-

ein rascher Verbrennungsablauf erzielt wird. Auch sind die während des Verdichtungstaktes und des Ausschiebens des verbrannten Gemisches auftretenden Strömungsverluste gering.

Ferner kann die Maschine mit überraschend mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen betrieben werden. Der Luftüberschuß des sie antreibenden Gemisches kann normalerweise mindestens 10 %, (d.h. mindestens Λ = 1,1, wo A- das Luftverhältnis bedeutet), vorzugsweise mindestens 30 % (A =1,3) betragen. Es ist aber zumindest in vielen Fällen möglich, Gemische mit einem Luftüberschuß von mindestens 40 % (Λ. = 1/4), vorzugsweise mindestens 50 % (A = 1,5) zu verwenden.

Auch ist die Streuung des Druckverlaufes aufeinanderfolgender Zyklen bei konstanten Betriebsbedingungen gering. Die Maschine hat einen geringen Kraftstoffverbrauch, eine hohe spezifische Leistung und eine saubere Verbrennung mit relativ geringen schädlichen Bestandteilen im Abgas. Auch neigt die Maschine wenig zum Klingeln, so daß sie mit relativ hohen Verdichtungsverhältnissen betrieben werden kann bzw. sich auch mit itformalkraftstoffen bei relativ hohen Verdichtungen betreiben läßt. Das Verdichtungsverhältnis kann dabei vorzugsweise mindestens 10:1, vorzugsweise mindestens 14:1 betragen. Es ist in vielen Fällen möglich, die Maschine mit einem Verdichtungsverhältnis von mehr als 15:1 zu betreiben, bezogen auf die Oktanzahlen der derzeitigen Kraftstoffe.

Trotz dieser Vorteile ist die Maschine in der Herstellung billig, da sie keine direkte Kraftstoffeinspritzung besitzt und mit je einem Einlaß- und Auslaßventil pro Zylinder

709841/0387

26U595

4108 - β- -

auskommen kann. Auch läßt sich die Serienherstellung von 4-Takt-Brennkraftmaschinen ohne Wirbelkammern mit relativ geringen Kosten auf die Herstellung von erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen umstellen, da im einfachsten Falle nur das Auslaßventil und der Zylinderkopf konstruktiv geändert werden müssen.

Bekanntlich haben Flachkolben oder Kolben mit schwach gewölbtem Kolbenboden minimale Wärmeaufnahmeflächen, was günstig ist. Es kann deshalb zweckmäßig vorgesehen sein, daß der Kolben ein solcher Flachkolben oder ein Kolben mit schwach gewölbtem Kolbenboden ist und der Leitkanal und die Wirbelkammer allein im Zylinderkopf vorgesehen sind. Auch ergeben sich bei dieser Ausführungsform besonders geringe StrömungsVerluste.

Um den Verbrennungsablauf noch weiter zu begünstigen, d.h., daß er möglichst rasch abläuft, kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß das in der oberen Totpunktstellung des Kolbens verbleibende Volumen des Verbrennungsraumes vorzugsweise mindestens zu 80 % durch die Wirbelkammer und den Leitkanal gebildet ist.

Die Gemische, mit denen sich die Maschine betreiben läßt, können im allgemeinen besonders mager sein, wenn man vorsieht, daß die Wandung der Wirbelkammer zumindest teilweise ungekühlt ist, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang, derart, daß sie in Teil- und Vollastbetrieb Betriebstemperaturen von mindestens 300 C und höchstens 500 - 600° C annimmt.

709841/0387

26U595

Pro Zylinder ist eine einzige Zündkerze erforderlich. Die Lage der die Funkenstrecke ergebenden Elektroden der Zündkerze hat Einfluss auf den Verbrennungsablauf, insbesondere lässt sich durch geeignete Anordnung dieser Elektroden erreichen, dass die Verbrennung besonders rasch vor sich geht, was sich weiter vermindernd auf die im Abgas enthaltenen Schadstoffe auswirkt und den Ausbrenngrad noch weiter erhöht.

Zu diesem Zweck können die Züridkerzenelektroden sich in der Wirbelkammer befinden oder es kann in vielen Fällen auch zweckmäßig vorgesehen sein, sie in dem Kanal nahe dessen in die Wirbelkammer führenden stromabwärtigen Mündung anzuordnen. Letzteres hat auch den Vorteil einer baulich besonders einfachen Anordnung der Zündkerze, d.h., dass der Zylinderkopf auch in schwierigen Fällen, wie insbesondere bei Betätigung der Ein- und Auslassventile mittels durch den Zylinderkopf hindurchgeführten Stoßstangen anstatt mittels obenliegender Nockenwellen, bezüglich der Bohrung für die Zündkerze besonders einfach ausgebildet werden kann und die Zündkerze auch besonders leicht von aussen zugänglich gemacht werden kann.

Wenn die Elektroden der Zündkerze in der Wirbelkammer angeordnet sind, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, diese Elektroden nahe des dem Kolbenboden benachbarten Randes der Wirbelkammer vorzusehen. Dies kann auch bei Anordnung der Elektroden in dem Kanal in vielen Fällen zweckmäßig vorgesehen sein bzw. ergibt sich dies bei geringer Höhe des

7098A1/0387

26U595

Kanales von selbst. Bei Anordnung der Elektroden in der Wirbelkammer ist es ferner besonders vorteilhaft, diese Zündkerzenelektroden so anzuordnen, dass sie bezogen auf die in der Wirbelkammer sich ausbildende Rotationsströmung sich weniger als 90° stromaufwärts der Einmündung des Kanals in die Wirbelkammer befinden.

Die erfindungsgemäße Maschine ermöglicht es, Kraftstoff-Luft-Gemische mit erheblichem, im allgemeinen sogar extrep grossen Luftüberschuss vorzusehen. Falls es erwünscht ist, das Abgas durch thermische und/oder katalytische Nachoxydation zu entgiften, kann dies bei der erfindungsgemäßen Maschine durch das Verfahren nach Anspruch 39 erfolgen. Man muss also nicht mehr wie bisher diese Nachoxydation mittels Fremdluft, die mittels einer gesonderten Pumpe in das Abgas eingeleitet werden muss, durchführen. Hierdurch lassen sich die Abgas-Entgiftungseinrichtungen, die mit Nachoxydation des Abgases arbeiten, baulich erheblich vereinfachen. Auch ist es nicht erforderlich, auf irgendwelche sonstige komplizierte, die Leistung beeinträchtigende Weise den erforderlichen Sauerstoffgehalt des Abgases für das Nachoxydieren zu erreichen.

Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 39 kann zweckmäßig die Massnahme nach Anspruch 40 vorgesehen sein. Wenn

709841/0387

26U595

der Monolith als Katalysator dienen soll, dann können seine Gaskanäle in bekannter Weise mit katalytisch wirksamen
Substanzen, beispielsweise mit Platin oder Platinverbindungen, beschichtet sein. Solche Katalysatoren haben den Vorteil, dass sie bereits bei relativ niedrigen Eigentemperaturen von 300 - 400 C wirksam arbeiten. Sie sind jedoch
im allgemeinen dann nicht anwendbar, wenn dem Kraftstoff
als Antiklopfmittel Bleiverbindungen beigemischt sind, da
diese den Katalysator vergiften. Auch konnten bisher solche Katalysatoren durch durch zu fette Kraftstoff-Luft-Gemische verursachte zu hohe Temperaturen zerstört werden. Hier bringt

/auch
die Erfindung bei Verwendung von Katalysatoren den Vorteil, dass infolge des hohen Luftüberschusses des Gemisches diese Gefahr des thermischen Zerstörens des Katalysators nicht irehr auftritt.

Die bisher bei solchen Viertakt-Brennkraftmaschinen für die Abgasentgiftung eingesetzten thermischen Reaktoren haben den Nachteil, dass sie keine wesentliche Wärmespeicherkapazität und nur relativ kleine freie Kontaktoverflächen mit dem Abgas haben, wodurch ihr Wirkungsgrad erst bei extrem hohen
Temperaturen in brauchbare Grössenordnung gelangt, was besondere, zusätzliche Kraftstoff verbrauchende Maßnahmen
erforderlich macht, um solch extrem grosse Temperaturen
zu halten. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist die Maßnahme nach Anspruch 41 vorgesehen, bei der der Monolith nicht mehr

709841/0387

26U595

4108 - I -

• /f.

wie bisher als Träger für eine katalytisch wirksame Beschichtung dient, sondern "nackt", d.h. unbeschichtet für die Nachoxydation des Abgases dient, so dass die Oberflächen seiner Gaskanäle durch den keramischen Werkstoff des Monolithen gebildet sind und dieser damit ein einstückiges Bauteil ist. Hierdurch wird dieser Reaktor erheblich billiger als katalytische Reaktoren, kann nicht mehr durch bleihaltige Kraftstoffzusätze vergiftet werden, so dass Kraftstoffe aller Art verwendet werden können, ohne die Lebensdauer des Reaktors zu verkürzen. Auch hat dieser Reaktor einen hohen Wirkungsgrad, da er eine hohe Wärmekapazität hat, so dass er im Gefolge eines Kaltstarts nach durch das Abgas bewirkter Aufheizung auf im allgemeinen zweckmäßig mindestens 650 C dann beim weiteren Betrieb der Maschine, auch bei längerem Schiebebetrieb oder Leerlaufbetrieb, ständig mit hohem Wirkungsgrad nachoxydiert, da infolge seiner grossen Wärmekapazität die hierfür erforderliche Mindesttemperatur nicht mehr unterschritten wird. Dieser Reaktor arbeitet also ausschliesslich oder in erster Linie als thermischer Reaktor, wobei je nach dem verwendeten keramischen Werkstoff auch katalytische Wirkungen zur Nachoxydation beitragen können. Im Vergleich zu den bisher eingesetzten rein thermischen Reaktoren zeichnet sich der erfindungsgemäße Reaktor unter anderem auch durch seine wesentlich grössere Wärmekapazität und die viel grössere Reaktions-

- 10 -

709841/0387

oberfläche und die längere Kontaktzeit des Abgases mit deir Reaktor aus, so dass höhere Wirkungsgrade als bei den bekannten thermischen Reaktoren erreichbar sind. Dabei ist dieser Reaktor baulich einfach und billig, da er dem Träger der bekannten katalytischen Abgasentgifter entspricht. Dieser erfindungsgemäße Reaktor nach Anspruch 41 ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Maschine, kann jedoch auch Anwendung bei anderen Brennkraftmaschinen finden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei es sich versteht, dass sich die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklichen lässt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Unteransicht des

Zylinderkopfes einer Viertaktbrennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei diese Maschine noch weitere Zylinder haben kann,

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1, gesehen entlang der Schnittlinie 2-2, wobei auch ein Teil der Zylinderlaufbahn mit Kolben dargestellt ist,

709841/0387

- 11 -

4108 - ye -

Fig. 3 eine ausschnittsweise Unteransicht eines Zylinderkopfes ähnlich Fig. 1, jedoch gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3, gesehen entlang der Schnittlinie 4-4,

Fig. 5 u.

6 eine Abwandlung der Fig. 3 und 4,

Fig. 7 einen Teillängsschnitt durch einen Zy.linder gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Zeichnung sind sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kolben 10 ein Flachkolben_f d.h. er hat einen ebenen Kolbenboden 9. Im Zylinderkopf 11 sind ein Einlassventil 12 und ein Auslassventil 13 angeordnet. Der zum Raum oberhalb des Ventiltellers 14 des Einlassventiles 12 führende Sauglei-

- 12 -

709841/0387

26U595

4108 - V2- -

tungsabschnitt 15 hat die in Fig. 1 dargestellte Richtung ungefähr senkrecht zur Längsachse des Ventils 12, so daß das beim Saugtakt in den Verbrennungsraum
einströmende Gas eine Vorzugsrichtung in Richtung
des Pfeiles A erhält, d.h. im Zylinderinnenraumbereich unterhalb des Zylinderkopfes 11 in Richtung dieses
Pfeiles rotiert. Die vom Raum über dem Ventilteller 17 des Äuslaßventiles 13 wegführende Abgasleitung 19 verläuft etv/a parallel zum Saugleitungsabschnitt 15.

Die dem Auslaßventilteller 17 zugeordnete Auslaßöffnung 20 ist in der Oberseite einer Wirbelkammer 21 angeordnet, und zwar ist die Ebene dieser Auslaßöffnung 20 zweckmäßig ungefähr parallel zum Kolbenboden 9. Die Umfangswandung 24 dieser Wirbelkammer 21 hat einen ungefähr halbkreisförmigen Querschnitt, wobei der Radius dieses halbkreisförmigen Querschnitts wesentlich kleiner als der maximale Durchmesser der Wirbelkammer 21 ist, so daß sich die Wirbelkammer 21 ungefähr in Art einer flach gedrückten Kugel darstellt, wobei jedoch, wie bevorzugt vorgesehen, keine exakt platt gedrückte Kugelgestalt vorliegt, sondern sich der Abstand der Umfangswandung der Wirbelkammer 21 von der zur Längsachse des Äuslaßventiles 13 koaxialen Mittelachse der Wirbelkammer 21 in Umfangsrichtung von der Stelle 22 bis zur Stelle 23 stetig verkleinert, so daß diese umfangswandung 24 in Umfangsrichtung der
Wirbelkammer 21 einen ungefähr spiralförmigen Verlauf hat.

- 13 -

709841/0387

4108 -W

Wie besonders deutlich aus Fig. 1 ersichtlich ist, erstreckt sich von der durch das Einlaßventil 12 absperrbaren Zylindereinlaßöffnung 25 bis zur Wirbelkammer ein durch eine kanalartige Vertiefung gebildeter Kanal 2 6 in der dem Kolbenboden 9 zugewendeten Fläche des Zylinderkopfes 11, deren Höhe gemäß Fig. 2 von der Einlaßöffnung 25 aus stetig bis zur Wirbelkammer 21 zunimmt.

Dieser Kanal 26 bildet in der in Fig. 2 dargestellten oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 zusammen mit dessen Kolbenboden 9 einen Leitkanal 26', der, wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, ungefähr tangential in die Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 mündet.

Der Querschnitt dieses Leitkanales 26' nimmt infolge der stetig zunehmenden Höhe ebenfalls stetig vom Einlaßventil aus bis zur Wirbelkammer zu. Seine Breite ist nahezu konstant. Die wirbelkammerseitige Mündung dieser Vertiefung 26 erstreckt sich bis nahezu in halbe Höhe der Wirbelkammer 21.

Die der Längsachse des Zylinders benachbarte Seite dieser Vertiefung 26 endet an der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer an der Stelle 2 3 in Art einer Abrißkante, damit hier die aus dieser Vertiefung 26 beim Verdichtungstakt in die Wirbelkammer 21 einströmende Strömung abreißt. Die andere Seite der Vertiefung 26 geht bei 2 2 stetig in die Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 über.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist der Kanal 26 bogenförmig gekrümmt und verläuft in Richtung der sich beim Ansaugtakt im Zylinder ausbildenden Drallströmung (Pfeil A). Man kann dies auch so beschreiben,

- 14 -

709841/0387

26U595

4108 - «r-

dass diese kanalförmige Vertiefung 26 in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht auf der vom Saugleitungsabschnitt 15 abgewendeten Seite der Einlassöffnung 25 beginnt, und zwar nicht diametral gegenüber diesem Saugleitungsabschnitt, sondern in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu etwas winkelverschoben. Es ergibt sich so eire relativ kurze Länge des Leitkanales 26', was günstig ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 noch vorhandene lichte Verbrennungsraum im wesentlichen nur durch den Leitkanal 26' und die Wirbelkammer 21 bestimmt.

Wie strichpunktiert angedeutet, befindet sich der Boden des Auslassventiltellers 17 in der voll geöffneten Stellung des Auslassventiles 13 ungefähr in Höhe des grössten Durchmessers der Wirbelkammer 21, d.h. hier ungefähr in halber Höhe der Wirbelkammer, was im allgemeinen vorteilhaft ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die einzige Zündkerze 27 in die ümfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 eingesetzt, was zweckmäßig ist.

Das Volumen der kanalartigen Vertiefung 26 ist kleiner, vorzugsweise wesentlich kleiner als das Volumen der Wirbelkammer 21.

Diese Wirbelkammer 21 ist die einzige Wirbelkammer dieses Zylinders und ihre Höhe ist wie dargestellt kleiner als ihr maximaler Durchmesser, wie es auch die anderen Ausführungsbeispiele ebenfalls zeigen. Die Einlaßöffnung 25 befindet sich in geringem

709841 /0387

- 15 -

26U595

4108 - 4-5 -

Abstand oberhalb des Kolbenbodens 9 in dessen oberer Totpunktstellung. Hierdurch wird u.a. das Ausschieben des verbrannten Gemisches verbessert. Der Abstand zwischen Kolbenboden 9 und Einlaßventilteller 14 ist jedoch natürlich so groß, daß mit dem Öffnen des Einlaßventils 12 in üblicher Weise bereits begonnen werden kann, bevor der Kolben 10 seine obere Totpunktstellung erreicht hat.

Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich, liegt der gesamte nur durch die Mündung der Vertiefung 26 unterbrochene untere Rand der unteren relativ großen Wirbel kammeröffnung 29 dem Kolbenboden 9 gegenüber, so daß der Überströmquerschnitt von dem von der Kolbenlaufbahn umfaßten Zylinderraumbereich 16 in die Wirbelkammer 21 durch die die Kolbenlaufbahn bildende Zylinderumfangsflache nicht eingeengt ist, was besonders vorteilhaft ist.

Mit Ausnahme der Wirbelkammer 21 und der Vertiefung 26 befindet sich der übrige Bereich des Zylinderkopfes 11 in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 von diesem in einem solch geringen Abstand, daß sich an diesem gesamten übrigen Bereich eine sogenannte Quetschzone bildet.

Auch beginnt die Wirbelkammer 21 praktisch unmittelbar am unteren Rand ihrer dem Kolbenboden 9 benachbarten Öffnung 29, d.h. daß sie praktisch unmittelbar an den unterhalb des Zylinderkopfes befindlichen Raum des Zylinders angrenzt.

- 16 -

709841 /0387

4108 -

Die Wirkungsweise des in der Zeichnung ausschnittweise dargestellten Zylinders der nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten 4-Takt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, deren Kraftstoff-Luft-Gemisch in irgend einer bekannten Weise außerhalb des Verbrennungsräumes des Zylinders hergestellt wird, beispielsweise mittels eines Vergasers oder durch Einspritzung in die Ansaugleitung, ist wie folgt. Während des Ansaugtaktes wird in bekannter Weise durch Abwärtsbewegen bei geöffnetem Einlaßventil Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum eingesaugt, wobei zumindest bei größeren Gasmengen das Gemisch in dem Zylinderinnenraum 16 in Richtung des Pfeils A rotieren kann. Bei der anschließenden Verdichtungsbewegung des Kolbens 10 wird dieses Gemisch verdichtet und es kann sich bereits hierbei u.U. in der Wirbelkammer durch den Kanal 26 bedingt eine langsame Drallströmung in Richtung des Pfeiles B ausbilden, deren Rotationsachse ungefähr koaxial zur Längsachse des Auslaßventiles 13 ist. Gegen Ende der Verdichtungsbewegung nähert sich der Kolbenboden 9 mehr und mehr der Vertiefung 26, so daß die in ihr auftretende Strömung sich verstärkt und eine relativ intensive Strömung aus dem sich hierbei bildenden Leitkanal 26' in die Wirbelkammer einströmt und zumindest hierdurch eine Drallströmung in Richtung des Pfeiles B bewirkt wird. Die Zündkerze 27 zündet das Gemisch in bekannter Weise bei einstellbaren Kurbelwinkeln noch während der Verdichtungsbewegung des Kolbens, d.h., bevor der Kolben seine obere Totpunktstellung erreicht hat.

- 17 -

709841/0387

4108 _ yf _

. ir-

Infolge der Konzentration des Gemisches in der Wirbelkammer 21 und dem Leitkanal 26' und der in der Wirbelkammer herrschenden gleichsinnigen geordneten Drallströmung verläuft der Verbrennungsvorgang rasch und es wird ein hoher Ausbrenngrad erreicht. Der Kolben wird nach Überschreiten seiner oberen Totpunktstellung nach unten gestoßen und bei der nächsten Aufwärtsbewegung des Kolbens wird bei geöffnetem Auslaßventil das verbrannte Gas durch die Wirbelkammer hindurch in die Abgasleitung 15 ausgeschoben, wobei auch das Ausschieben dieses verbrannten Gases durch die Vertiefung 26 verbessert wird.

Diese Maschine läßt sich mit sehr mageren Gemischen betreiben, hat einen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch und enthält im Abgas relativ wenig schädliche Bestandteile, so daß sie trotz ihrer einfachen Bauart und relativ hoher spezifischer Leistung umweltfreundlich ist. Auch kann die Oktanzahl des Kraftstoffes relativ gering sein.

In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie bevorzugt vorgesehen, die Vertiefung 26 nur im Zylinderkopf vorhanden. Es kann jedoch in vielen Fällen zweckmäßig sein, den Leitkanal 26' durch sich gegenüberliegende Vertiefungen im Zylinderkopf und Kolbenboden zu bilden, wobei es im allgemeinen zweckmäßig sein dürfte, die Höhe der Vertiefung im Zylinderkopf größer zu treffen als die der

- 18 -

709841/0387

26U595

4108 -

Vertiefung im Kolbenboden. In Sonderfällen ist es auch denkbar, daß man den Leitkanal 26' ausschließlich durch eine Vertiefung im Kolbenboden bildet, die so getroffen ist, daß sie gegen Ende der Verdientungsbewegung des Kolbens vorzugsweise tangential Gas in die Wirbelkammer so einleitet, daß dieses Gas in der Wirbelkammer eine Drallströmung entlang der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer ausführt oder zumindest eine wesentliche Kompo nente dieser Drallströmung in dieser Umfangsrichtung der Wirbelkammer verläuft.

Es ist auch denkbar, daß man im Kolbenboden gegenüber der im Zylinderkopf 11 vorgesehenen Wirbelkammer 21 eine beispielsweise kalottenförmige Mulde vorsieht, die die Wirbelkammer in der oberen Kolbentotpunktstellung in den Kolbenboden hinein etwas fortsetzt, wobei jedoch die Höhe dieser kolbenbodenseitigen Mulde wegen der Wärmebelastung des Kolbenbodens zweckmäßig wesentlich kleiner als die Höhe des Bereiches der Wirb elkammer im Zylinderkopf getroffen sein kann.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 im wesentlichen durch die Anordnung der Ventile 13 und 14 relativ zur Zylinderachse und insbesondere durch die Ausbildung der Wirbelkammer 21 und des Kanales 26. Die durch das Einlaßventil 12 verschließbare Einlaßöffnung des Zylinderinnenraumes ist in einer flachen, kegelstumpfförmigen Vertiefung 31 des Zylinderkopfes 11 angeordnet, deren

- 19 -

709841 /0387

maximaler Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Ventiltellers 14 des Einlaßventiles 12 ist. Die Längsachsen 36, 37 des Einlaßventils 12 und des Auslaßventiles 13 sind zu einer zu ihrer Verbindungsebene 3 9 parallelen Durchmesserebene 40 des Kolbens wie dargestellt versetzt. Der Kanal 26, der von der den Ventilteller 14 enthaltenden Vertiefung 31 zur Wirbelkammer 21 führt, ist durch eine einzige im Zylinderkopf 11 befindliche kanalförmige, flache, breite und sehr kurze Ausnehmung gebildet, deren Querschnitt in Richtung aur/Wirbelkammer zu abnimmt. Hierdurch wird der Impuls der im Leitkanal auftretenden Strömung verstärkt. Der Kanal 26 ist dabei direkt zwischen der Einlaßöffnung 25 und der Wirbelkammer 21 angeordnet und deshalb sehr kurz. Der eine Längsrand 32 des Kanals 26 verläuft etwa parallel zu der durch die Längsachsen 36, 37 des Einlaßventiles 12 und des Auslaßventiles 13 bestimmten Ebene 39. Diese gedachte Ebene 39 geht durch den Kanal 26 hindurch. Der andere Längsrand 33 des Kanals 26 besitzt einen geringeren Abstand von der Ebene 39 als der Rand 32 und verläuft unter einem spitzen Winkel zur Ebene 39 derart, daß sich der Querschnitt des Kanals 26 in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu verkleinert und daß sich eine Gasströmung von der Vertiefung 31 zur Wirbelkammer ungefähr in Richtung des Pfeiles C ergibt. Der auf seiner ganzen Länge zum Kolbenboden hin offene und bezüglich der Ebene 39 asymmetrisch ausgebildete Kanal 26 mündet also in außermittiger Richtung in die

- 20 -

709841/0387

261A595

4108 - f

'3t>.

Wirbelkammer 21, so daß die ebenfalls in außermittiger Richtigung gemäß dem Pfeil C verlaufende, sich erst gegen Ende des Verdichtungstaktes ausbildende Gasströmung in der Wirbelkammer 21 eine Drallströmung bewirkt, die gemäß den Pfeilen D und E an der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 entlang verlauf t. Die Breite des Kanales 26 ist wesentlich größer als seine Länge und es ist seine Höhe ungefähr konstant. In manchen Fällen kann es aber auch günstig sein, v/enn sich die Höhe des Kanales 26 vorzugsweise in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu vergrößert oder verkleinert. Es kann ferner in manchen Fällen vorgesehen sein, den Kanal 26 durch mindestens einen Längssteg in mehrere vorzugsweise zueinander ungefähr parallele Teilkanäle zu unterteilen. Gegen Ende des Verdichtungstaktes wird das in der Vertiefung 31 befindliche Gas rascher als das in der Wirbelkammer befindliche Gas verdichtet, so daß sich die Gasströmung gemäß Pfeil C ergibt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem der Kolben ebenfalls gemäß Fig. 2 ausgebildet sein kann, v/eist die Wirbelkammer 21 einen im wesentlichen ovalen Querschnitt auf. Die ümfangswandung 24' der Wirbelkammer ist im wesentlichen zylindrisch. In manchen Fällen kann es aber auch zweckmäßig sein, einen im wesentlichen runden Querschnitt vorzusehen. Die öffnung für das Auslaßventil 13 ist gemäß Fig. 3 in bezug auf die Mittelachse der Wirbelkammer 21 exzentrisch angeordnet, wobei die Qiermittel-

- 21 -

709841/0387

26U595

4108 -

ebene der Wirbelkammer 21 parallel zur Durchmesserebene 40 des Zy linders ist.

Die Bohrung 27' für die einzige Zündkerze mündet in der Ecke zwischen der zylindrischen Wandung 24" und der Decke der Wirbelkammer 21 und ist in einem Bereich angeordnet, der dem Rand 33 des Kanals 26 benachbart ist. Alle Bereiche des Zylinderkopfes 11 mit Ausnahme der Wirbelkammer 21 des Kanales 2 6 und der flachen Vertiefung 31 sind Quetschflächen.

Gemäß einer in Fig. 3 strichpunktiert dargestellten Variante kann der Zylinder in der Wirbelkammer 21 einen durch ein zweites Einlaßventil 34 verschließbaren Einlaß 34' für Kraftstoff-Luft-Gemisch aufweisen, dessen Querschnitt kleiner als der Querschnitt des ersten Einlaßventiles 12 ist. Es kann dann der erste mittels des Ventils 12 verschließbare Einlaß 25 dem Einleiten reiner Luft dienen, so daß der gesamte Kraftstoff durch das zweite Einlaßventil 34 eingeführt wird. Dies ergibt eine besonders vollständige, rasche Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, so daß die Vorteile dieser Maschine noch weiter verstärkt werden. Man kann dabei in manchen Fällen auch vorsehen, daß durch beide Einlasse 25, 34" Kraftstoff-Luft-Gemische einströmen, wobei im allgemeinen jedoch das. durch den Einlaß 34' einströmende Gemisch fetter als das durch den Einlaß 25 einströmende Gemisch sein sollte.

- 22 -

709841/0387

26U595

4108 _

•31 .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert bzw. verkleinert sich der Querschnitt des Kanals 26 in Richtung auf die Wirbelkammer. Es kann jedoch in vielen Fällen auch vorgesehen sein, diesen Querschnitt ungefähr konstant zu treffen, vorzugsweise eine ungefähr konstante Höhe und Breite dieses Kanals 26 vorzusehen.

Vorzugsweise ist ein einziger Leitkanal vorgesehen, der vom Einlaßventil zur Wirbelkammer führt, doch können gegebenenfalls auch zwei oder mehrere solcher Kanäle vorgesehen sein, vorzugsweise durch Unterteilung des Kanals 26 in mehrere vorzugsweise ungefähr parallele Teilkanäle durch trennende Längsstege.

Mit Quetschflächen des Zylinderkopfes bzw. Kolbenbodens sind diejenigen Bereiche dieser Teile verstanden, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens einen möglichst geringen Abstand voneinander haben, der normalerweise nur so klein ist, wie es erforderlich ist, damit es im Betrieb nicht zum Anstoßen des Kolbenbodens an den Zylinderkopf kommt.

Es ist nicht erforderlich, daß außer dem erfindungsgemäßen Leitkanal zusätzliche Leitkanäle, die nicht vom Einlaßventil herkommen und in die Wirbelkammer münden, vorgesehen sind. Doch ist die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt, so daß gegebenenfalls auch ein oder mehrere zusätzliche, zum Kolbenboden bzw. Zylinderkopf hin offene, zur Wirbelkammer führende Kanäle im Zylinderkopf bzw. Kolbenboden vorgesehen sein können.

- 23 -

709841/0387

26U595

4108 - Iff -

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 entspricht dem nach den Fig. 3 und 4 mit folgenden Unterschieden: Der Längsrand 32 des Leitkanales 2 6 ist etwas nach weiter außen verlegt, so daß er - wie dargestellt - eine ungefähr tangentiale Verbindung der Vertiefung 31 und der Wirbelkammer bildet.

Ferner ist die Zündkerze 27' so nahe wie möglich an den unteren, dem Kolbenboden benachbarten Rand der Wirbelkammer 21 verlegt, so daß ihre Elektroden nur einen geringen Abstand von dem unteren Rand der Wirbelkammer haben, was besonders vorteilhaft für ein rasches und vollständiges Durchbrennen des Gemisches nach der Zündung ist. Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn - wie dargestellt die Elektroden der Zündkerze sich, bezogen auf die sich in der Wirbelkammer ausbildende Drallströmung D, E, weniger als 90 stromaufwärts der Mündung des Kanales 2 6 befinden. Dies wirkt sich günstig auf eine möglichst rasche Verbrennung des Gemischs in der Wirbelkammer aus. Wie dargestellt, kann dieser Winkelabstand besonders vorteilhaft sogar weniger als 45 (bezogen auf die Rotationsrichtung D,E) betragen. Im allgemeinen ist es umso günstiger, je näher die Elektroden der Zündkerze an die ihnen benachbarte, bezogen auf die Rotationsrichtung D, E stromaufwärtige Seite der Einmündung des Kanales 26 in die Wirbelkammer 21 angeordnet sind.

Als weiterer Unterschied ist vorgesehen, daß in die Quetschfläche 73 des Zylinderkopfes, d.h. in die Fläche des Zylinderkopfes, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens mit dem Kolben eine Quetschzone bildet,

- 24 -

709841/0387

4108 -

eine flache Vertiefung 71 eingelassen ist, die durch zwei Längsränder 70 begrenzt ist und so angeordnet ist, daß sie ungefähr tangential in die Wirbelkammer 21 einmündet. Diese flache Vertiefung 71 ist zum Kolbenboden hin offen und kann bevorzugt so ausgebildet sein, daß ihre Tiefe an der Einmündung in die Wirbelkammer 21 am größten ist und in von der Wirbelkammer 21 wegführender Richtung stetig bis zu 0 abnimmt, so daß sie in die Quetschzone stetig übergeht. Die maximale Tiefe kann vorzugsweise 1 -1,5 mm betragen. Ggf. können auch noch kleinere Werte vorteilhaft sein. Diese Vertiefung bildet zusammen mit dem Kolbenboden, wenn sich dieser seiner oberen Totpunktstellung nähert und insbesondere wenn er sich in der oberen Totpunktstellung befindet, einen nicht vom Einlaßventil her kommenden Kanal, sondern einen von der Quetschzone aus in die Wirbelkammer 21 führenden anderen Kanal, in welchem der Kolben, beginnend kurz vor Erreichen seiner oberen Totpunktstellung, eine Gasströmung erzeugt, die im wesentlichen tangential in die Wirbelkammer 21 parallel zum Kolbenboden in Richtung des Pfeiles H einströmt, und zwar in derselben Rotationsrichtung der durch den Leitkanal 26 bewirkten Rotationsströmung, d.h. ebenfalls in Richtung der Strömungspfeile D, E rotiert, so daß diese Gasströmung H die vom Leitkanal 26 in der Wirbelkammer 21 erzeugte Rotationsströmung D, E verstärkt. Hierdurch kann der Verbrennungsablauf in der Wirbelkammer 21 noch weiter verbessert werden. Ggf. ist es auch möglich, anstelle einer einzigen solchen Vertiefung 71 auch zwei oder mehr solche in die Quetschfläche des Zylinderkopfes eingelassene flache Vertiefungen in die Wirbelkammer im wesentlichen tangential einmünden zu lassen, um eine noch größere Verstärkung der Rotationsströmung in der Wirbelkammer zu erreichen. Es muß jedoch darauf geacilK^ w-e-nA-S/Λ dafe diese Vertiefungen

7098U/ö3ffT - 25 -

4108 - ^

nur so flach sind, daß sich in ihnen keine sogenannten "Klopfnester" ausbilden können, das heißt, daß das in solchen Vertiefungen wie 71 befindliche Gemisch nicht zur Selbstentzündung neigt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die gesamte Quetschfläche des Zylinderkopfes, d.h. die Fläche des Zylinderkopfes, die zusammen mit dem Kolbenboden die sogenannte Quetschzone begrenzt, d.h. die Quetschfläche zumindest im wesentlichen, vorzugsweise vollständig ungekühlt ist. Im Falle von Wasserkühlung der Maschine bedeutet dies, daß diese Quetschfläche 73 nicht oder allenfalls nur auf geringem Flächenabschnitt durch Wasserkanäle des Zylinderkopfes gekühlt wird, vorzugsweise nur im Bereich der Zündkerze. Dies wirkt sich dahingehend aus, daß die Entstehung von gesundheitsschädlichen Kohlewasserstoffen vermindert wird und so im Abgas weniger gesundheitsschädliche Kohlewasserstoffe enthalten sind.

Fig. 7 zeigt in längsgeschnittener Darstellung einen Ausschnitt aus einem Zylinder einer fremdgezündeten Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen im wesentlichen folgende Unterschiede bestehen. In diesen Ausführungsbeispiel ist die einzige Zündkerze 27' ' dieses Zylinders so angeordnet, daß ihre Elektroden und damit die Funkenstrecke sich nicht in der Wirbelkammer 21 befinden, sondern im Kanal 26 nahe dessen stromabwärtiger, in die Wirbelkammer mündenden Mündung 90. Dies hat einmal den Vorteil, daß sich zumindest in vielen Fällen die bauliche Ausbildung des Zylinderkopfes 11 bezüglich der Bohrung für die Zündkerze 27'' einfacher

- 26 -

709841/0387

4108 _

als bei Anordnung der Zündkerze in der Wandung der Wirbelkammer 21 gestalten läßt. Zum anderen können sich bei dieser Anordnung der Zündkerze 27'' auch günstige Auswirkungen auf den Verbrennungsablauf ergeben.

Der Ventilsitz 25' für den Ventilteller 14 des Einlaßventils 12 befindet sich am Grund einer asymmetrischen sehr flachen Vertiefung 31 des Zylinderkopfes, die zum weiteren Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen so ausgebildet ist, daß sie auf einem kleinen anfänglichen Abschnitt des Öffnungsweges des Ventiltellers 14, der bis zu strichpunktierte dargestellten Stellung 14' des Ventiltellers reicht, an einem von der Zylinderlängsachse abgewendeten Umfangswandbereich 31' der Vertiefung 31 konstanten, geringen Abstand von beispielsweise 0,6 mm von dem Ventilteller 14 hat, wogegen* der übrige Umfangswandbereich dieser Vertiefung 31 sich mit Ausnahme der durch die Eingangsmündung des Kanales 26 bedingten Unterbrechung schräg nach unten außen erweitert, vorzugsweise ungefähr kegelstumpfförmig.

Der Umfangswandbereich 31' kann sich von der der Kolbenlaufbahn 91 am nächsten liegenden, dargestellten Querschnittsstelle aus nach jeder Seite vorzugsweise jeweils etwa 20 bis 40 erstrecken und bewirkt, daß das beim Ansaugtakt in den ZyIinderinnenraum 92 einströmende Gemisch während eines kurzen Anfangsbereiches des Öffnungsweges des Ventil-

- 27 -

709841 /0387

4108 - 2? -

-η-

tellers 14 nur zu einem sehr kleinen Teil durch den stark drosselnden schmalen Spalt zwischen dem Ventilteller 14 und dem
Umfangswandbereich 31* hindurchströmen kann und so während
dieses anfänglichen Öffnungswegbereiches das in den Zylinder
einströmende Gemisch im wesentlichen nur durch den wesentlich
grösseren übrigen Überströmquerschnitt strömt. Die maximale
Offenstellung 14'' des Einlassventiltellers 12 ist strichzweipunktiert eingezeichnet. Diese Ausbildung der Vertiefung
31 hat folgenden Zweck.

In der Geschlossenstellung des Einlassventiles 12 kann es, wie bekannt, zum Ansammeln von kondensiertem Kraftstoff stromaufwärts von dem Einlassventilteller 14 in dessen Nähe kommen, und zwar im allgemeinen an der Wandung der Saugleitung 15. Dies ist besonders dann der Fall, solange die Maschine noch nicht ihre
Betriebswärme erreicht hat und ist besonders ausgeprägt, wenn
der Kraftstoff in die Ansaugleitung kontinuierlich, d.h. nicht intermittierend eingespritzt wird. Indem infolge der beschriebenen Ausbildung der Vertiefung 31 ab Beginn des öffnens des
Einlassventils 12 bis der Ventilteller 14 die strichpunktierte Stellung 14" erreicht bzw. etwas überschritten hat, das in den Zylinderinnenräumen 92 eingesaugte Gemisch zum weitaus grössten Teil nicht auf den dem Umfangswandbereich 31' benachbarten Eereich der Kolbenlaufbahn 91 zu einströmt, sondern im wesentlichen in den Innenraum 92 des Zylinders, ohne sofort in Kontakt mit
der Kolbenlaufbahn zu kommen, einströmt, wird der erwähnte

- 28 -

709841/0387

kondensierte Kraftstoff im wesentlichen in den Innenraun 9 des Zylinders eingeführt, ohne daß er sich an der Kolbenlaufbahn 91 niederschlägt. Hierdurch wird die Emission schädlicher Abgasbestandteile während der Warmlaufphase reduziert und der Ausbrenngrad während der Warmlaufphase zusätzlich verbessert.

Falls trotz des erzielbaren hohen Ausbrenngrades eine v/eitere Verminderung der schädlichen Bestandteile des Abgases, d. h. eine Abgasentgiftuna erwünscht ist, kann in die Abgasleitung 19 (Fig. 1) ein der Abgasentgiftung dienender Raktor 93 eingesetzt sein, wie es in Fig. 1 strichpunktiert schematisch und ausschnittsweise dargestellt ist, in dessen Gehäuse ein keramischer Monolith 94 mit einer Vielzahl von axialen, zueinander parallelen Gaskanälen angeordnet ist, wobei erf indungsgem'iß die freien Oberflächen der nicht dargestellten Gaskanäle zweckmäßig durch den keramischen Werkstoff des Monolithen und nicht durch gesonderte katalytische Substanz gebildet sind. Im Betrieb wird dieser Monolith 94 durch das Abgas rasch auf hohe Temperaturen von mindestens 650 C aufgeheizt und das Abgas in ihm nachoxydiert, wobei der Sauerstoff hierfür erfindungsgemäß ausschließlich durch ausreichend hohen Luftüberschuß des in den Zylinder eingesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches erreicht wird, so daß keine Zufuhr von Fremdluft in das Abgas für die Nachoxydation erforderlich ist.

-I-

7Q9841/0387

Leerseite

Claims

4108 - jL - Patentansprüche ' *- ,<-

1. Fremdgezündete 4-Takt-Brennkraftmaschine mit Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches außerhalb des mindestens einen Zylinders, wobei jeder Zylinder ein einziges hängendes Auslaßventil aufweist und der vom Auslaßventil verschließbare Auslaß in der Oberseite einer zumindest im wesentlichen im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer angeordnet ist, in der sich das zu verbrennende Gemisch in der oberen Totpunktstellung des Kolbens im wesentlichen befindet, wobei der untenseitige Rand der im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer bzw. des im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammerbereiches sich zumindest im wesentlichen innerhalb einer durch die Kolbenlaufbahn des Zylinders definierten geometrischen Zylinderfläche befindet, und außerhalb der Wirbelkammer ein hängendes Einlaßventil angeordnet ist, das vorzugsweise das einzige Einlaßventil dieses Zylinders ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylinderkopf (11) und/oder den Kolbenboden ein zum Kolbenboden bzw. Zylinderkopf hin auf seiner ganzen Länge offener Kanal (26) eingelassen ist, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) einen vom Zylinderkopf und dem Kolbenboden begrenzten Leitkanal (26) bildet, der in außermittiger, vorzugsweise ungefähr tangentialer Richtung in die Wirbelkammer (21) mündet und eine Verbindung

- II

709841/0387

ORIGINAL INSPECTED

4108 -Ii-

• ι-

zwischen dem unterhalb des Ventiltellers (14) des Einlaßventiles (12) befindlichen Zylinder inn enraiambereich und der Wirbelkammer bildet und an einem dem Einlaßventil benachbarten Bereich der Wirbelkammer in diese mündet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) durch eine einzige im Zylinderkopf (11) befindliche Vertiefung gebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Kanal (26) durch mindestens einen Längssteg in mehrere, vorzugsweise zueinander parallele Teilkanäle unterteilt ist.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Einlaßventil (12) verschließbare Einlaß in einer flachen Vertiefung (31) des Zylinderkopfes angeordnet ist, deren maximaler Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Ventiltellers (14) des Einlaßventiles (12) ist.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bereiche des Zylinderkopfes (11) mit Ausnahme der Wirbelkammer (21), des Kanales (26¹) und der die durch das Einlaßventil (12) zu verschließende Öffnung aufweisenden flachen Vertiefung (31) Quetschflächen sind.

- III -

709841/0387

4108 _

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß sich der Querschnitt des Kanales (26) in Richtung auf die Wirbelkammer (21) zu verkleinert.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe und Breite des Kanales (26) ungefähr konstant sind.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhe und der Querschnitt des Kanales (26) von der Nähe des Einlaßventiles (12) aus in Richtung auf die Wirbelkammer (21) zu vergrößert.

9. Maschine, bei der der zum Einlaßventil führende Saugkanal so verläuft, daß das Gemisch im Zylinder um die Zylinderachse rotiert, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) ungefähr in Rotationsrichtung (Pfeil A) der Rotation des Gemisches verläuft.

10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ein Flachkolben (10) ~ oder ein Kolben mit schwach gewölbtem Kolbenboden ist.

11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) verbleibende Volumen des Verbrennungs-

_A raumes im wesentlichen, vorzugsweise zumindest zu 80 % durch die Wirbelkammer (21) und den Kanal (26) gebildet ist.

-IV-

709841/0387

4108 -Vf-

12. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangswandung (24) der Wirbelkammer (21) einen spiralförmigen Verlauf hat, wobei sich der Abstand dieser Umfangswandung von der Längs achse des Auslaßventiles (13) in der Rotationsrichtung der sich in ihr ausbildenden Drallströmung (Pfeil B) auf eine Abrißkante (23) der Mündung des Leitkanales (26') zu verkleinert.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (21) im wesentlichen runde Querschnitte hat.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (21) im wesentlichen ovale Querschnitte hat.

15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung für das Auslaßventil (13) in bezug auf die Wirbelkammer (21) exzentrisch angeordnet ist.

16. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (24') der Wirbelkammer zumindest im wesentlichen zylindrisch ist.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wirbelkammer (21) kleiner als ihr maximaler Durchmesser ist.

-V-

709841/0387

26U595

4108 _ rf _

18. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Zündkerze vorgesehen ist, die vorzugsweise in der Wandung der Wirbelkammer angeordnet ist.

19. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (24, 24") der Wirbelkammer (21) zumindest teilweise ungekühlt ist, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang, derart, daß sie in Teil- und Vollastbetrieb Betriebstemperaturen von mindestens 300 C und höchstens 500 - 600 C annimmt.

20. Maschine nach einem der Ansprüche 1-9 oder 11 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenboden gegenüber· der zylinderkopfseitigen Wirbelkammer (21) eine Mulde vorgesehen ist, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) die Wirbelkammer etwas in den Kolbenboden hinein .fortsetzt.

21. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kanales (26) wesentlich größer als seine Länge ist.

22. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Verbindungslinie (39) zwischen den verlängert gedachten Längsachsen (36, 37) des Einlaßventiles (12) und Auslaßventiles (13) durch den Kanal (26) geht.

- VI - ·

709841/0387

ORIGINAL W3P5C7H)

41O8

-Vf-

23. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis mindestens 10 : 1, vorzugsweise mindestens 14:1 beträgt.

24. Maschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis 15 : 1 bis 18 : 1 beträgt.

25. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wirbelkammer (21) ein durch ein zweites Einlassventil (34) verschliessbarer Einlass für Kraftstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist, dessen Querschnitt kleiner als der Querschnitt des ersten Einlassventiles (12) ist.

26. Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlass dem Einleiten reiner Luft dient.

27. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (26) so angeordnet ist, dass die aus ihm gegen Ende des Verdichtungstaktes in die Wirbelkammer (21) einströmende Gasströmung in dieser eine Drallströmung ungefähr parallel zum Kolbenboden erzeugt, vorzugsweise eine zur Längsachse des Auslassventiles ungefähr koaxiale Drallstromung.

- VII -

709841/0387

ORIGINAL IHSPEGTED

⁴¹⁰⁸ -νζί-

28. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 27, dadurch gekennzeichnet, dass die aussenseitigen Längsränder des Kanals (26) an Quetschflächen des Zylinderkopfes bzw. des Kolbenbodens angrenzen.

29. Maschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder des Kanals auf ihrer gesamten Länge ohne Ausbuchtungen an die Quetschflächen angrenzen.

30. Maschine nach einem der Ansprüche 1-29, dadurch gekennzeichnet, dass in cte_r Quetschfläche des Zylinderkopfes und/oder des Kolbenbodens mindestens eine flache Vertiefung (71) vorgesehen ist, die in die Wirbelkammer mündet und so ausgebildet ist, dass das aus ihr in die Wirbelkammer in der oberen Totpunktstellung des Kolbens ausströmende Gas die durch den Kanal (26) bewirkte RotationsStrömung in der Wirbelkammer verstärkt .

31. Maschine nach einem der Ansprüche 1-30, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Zündkerze (27') sich in der Nähe des dem Kolbenboden benachbarten Randes der Wirbelkammer befinden.

32. Maschine nach einem der Ansprüche 1-31, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Zündkerze (27') sich bezogen auf die in der Wirbelkammer ausbildende Rotationsströmung weniger als 90 stromaufwärts der Mündung des Kanales (26)

- VIII -

709841/0387

£614595

41 O8

•4P-

in der Wirbelkammer befinden.

33« Maschine nach einem der Ansprüche 1-32, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittt der Wirbelkammer sich zumindest auf dem überwiegenden Teil ihrer Höhe in Richtung auf ihrer Decke zu verjüngt.

34. Maschine nach einem der Ansprüche 1-33, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschfläche (73) des Zylinderkopfes zumindest im wesentlichen ungekühlt ist.

35. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 31, 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Zündkerze

Sich
(27"')/in dem Kanal (26) nahe dessen stromabwärtiger Mündung

befinden.

36. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (25) für den Einlassventilteller (14) am Grund einer asymmetrischen Vertiefung (31) des Zylinderkopfes (11) angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie zusammen mit dem Ventilteller (14) auf einem kleinen anfänglichen Abschnitt des Öffnungsweges des Ventiltellers (14) an einem von der Zylinderlängsachse abgewendeten ömf angswandbereich (31) einen nur sehr schmalen überströisiquerschnitt für das angesaugte Gemisch freigibt, so dass während dieses anfänglichen Öffnungswegabschnittes des Einlass-

- IX -

709841/0387

4108

-HC-

'5.

ventiltellers (14) das angesaugte Gemisch im wesentlichen durch den übrigen Überströmquerschnitt zwischen Ventilteller (14) und Zylinderkopf (11) in den Zylinderinnenraum (92) einströmt.

37. Verfahren zum Betreiben einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Luftüberschüsse des sie antreibenden Kraftstoff-Luft-Gemisches/mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 30 %, angewendet werden

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass Luftüberschüsse von mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 50 % angewendet werden.

39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, bei dem die durch die Verbrennung des Gemisches in dem oder den Zylindern der Brennkraftmaschine entstandenen Abgase zur Abgasentgiftung thermisch und/oder katalytisch nachoxydiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nachoxydation ausschliesslich der durch den Luftüberschuss des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Abgas enthaltene Sauerstoff verwendet wird.

40. Fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 39, bei welcher zur Abgasentgiftung in die Abgasleitung ein Reaktor eingesetzt ist, der einen keramischen Monolithen (Matrix, engl. core) mit einer Vielzahl von zueinander parallelen axialen Gaskanälen kleiner

709841/0387 - χ -

4108 - χ. -

' 40-

Querschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oder den Auslassventilöffnungen des oder der Zylinder und dem Monolithen 'die - Abgasleitung oder -leitungen frei von Zuleitungen für Fremdluft sind.

41. Maschine, bei welcher zur Abgasentgiftung in die Abgasleitung ein Reaktor eingesetzt ist, der einen keramischen Monolithen (Matrix, engl. core) mit einer Vielzahl von zueinander parallelen axialen Gaskanälen kleiner Querschnitte aufweist, insbesondere nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Gaskanäle durch den keramischen Werkstoff des Monolithen gebildet sind.

42. Maschine nach Anspruch 41, durch gekennzeichnet, dass der Monolith in der AbgaäLeitung an einer Stelle angeordnet ist, in welcher er durch die Abgase auf Betriebstemperaturen von mindestens 650 C aufgeheizt wird.

709841/0387