DE2618962C2 - Verbrennungsanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verbrennungsanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine

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DE2618962C2
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description

15
daß die Verdichtung im zweiten Brennraum (5) größer ist als im ersten (4),
daß das angesaugte Gemisch rückgeführtes Abg2£ enthält und
daß der Spalt zwischen dem Unterkolben (3a)
und der Zyiinderkopfausnehmung nahe dem oberen Totpunkt eine turbulente Strömung im ersten Brennraum (4) vom zweiten her zuläßt
25
Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete gemischansaugende Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs (siehe hierzu US 22 24 973).
Bekannt ist eine mit äußerer Gemischbildung und Fremdzündung betriebene Brennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Brennraum, von denen einer durch Eintauchen eines Unterkolbens in eine Ausnehmung im Zylinderkopf unter Belassung eines Spalts zwischen dem Unterkolben und dem Zylinderkopf gebildet wird (US 22 24 973). Dabei wird nach der Zündung in einem Brennraum die Ladung im anderen durch Fackelzündung entflammt.
Es ist auch eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, bei der durch Vorkammeratmung eine Vermischung des in die Vorkammer eingeführten Gemisches mit dem höher verdichteten Gemisch im Hauptbrennraum und umgekehrt stattfindet (SAE-paper 7 41 159).
Bei der Abgasrückführung muß das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen geringen Wert eingestellt werden, beispielsweise Luft/Brennstoff =13 bis 15, um eine stabile Verbrennung auszuführen. Demgemäß wird der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine wesentlich verringert im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung. Um die Verbrennung in der Nachbehandlungsvorrichtung, wie einem thermischen Reaktor, zur Verringerung des Gehalts an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid in den Abgasen auszuführen, ist es aber notwendig, Sekundärluft in die Abgase wegen des geringen Luft-Brennstoff-Verhältnisses einzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fremdgezündete gemischansaugende Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei stabiler Verbrennung und bei geringem Brennstoffverbrauch den Gehalt an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid in den Abgasen ohne Einführung von Sekundärluft verringert. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist
Fig. 1 ein Schnitt einer Brennkraftmaschine gemäß eines Ausführungsbeispiels,
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Brennstoffverbrauch und der Konzentration der giftigen Bestandteile in den Abgasen und des Luft-Brennstoff-Verhältnisses bei einer bekannten Brennkraftmaschine und
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Brennstoffverbrauch und der Konzentration der giftigen Bestandteile und des Luft-Brennstoff Verhäl misses bei der Brennkraftmaschine nach dem Ausfüh rungsbeispiel.
ί iss ein Zylinder, an dessen oberem Ende ein Zylinderkopf 2 befestigt ist In dem Zylinder 1 ist gleitbar ein Kolben 3 vorgesehen. An dem oberen Ende des Kolbens 3 ist ein Unterkolben 3a vorgesehen. Der Zylinderkopf 2 hat einen ersten Brennraum 4 und einen zweiten Brennraum 5, in die der zylindrische Unterkolben 3a eingeführt werden kann, wenn der Kolben 3 die Stelle nahe dem oberen Totpunkt des Kolbenhubs erreicht Durch Einführen des Unterkolbens 3a in den zweiten Brennraum 5 wird der zweite Brennraum 5 von dem ersten Brennraum 4 getrennt In dem ersten Brennraum 4 sind eine Zündkerze 6 und ein Ansaugventil 7 vorgesehen, das mit einer Ansaugöffnung 7 in Verbindung steht In dem zweiten Brennraum 5 ist ein Auslaßventil 8 vorgesehen, das mit einer Auslaßöffnung 10 in Verbindung steht Ein Abgasrückführdurchlaß 11 ist zwischen der Auslaßöffnung 10 und der Ar-saugöffnung 9 vorgesehen, um einen Teil des Abgases in die Ansaugöffnung entsprechend der Steuerung eines Rückführsteuerventils 12 in dem Abgasrückführdurchlaß 11 zurückzuführen, 13 ist ein Vergaser. Die Auslaßöffnung 10 ist durch geeignete Mittel wärmeisoliert und gegebenenfalls mit einer Nachbehandlungsvorrichtung, wie einem thermischen Reaktor, verbunden.
Die Verdichtung in dem ersten Brennraum ist geringer eingestellt als die Verdichtung in dem zweiten Brennraum 5. Das Luft-Brennstoff-Gemisch, das von dem Vergaser 13 über die Ansaugöffnung 9 eingeführt wird, ist ein mageres Luft-Brennstoff-Gemisch, dessen Luft-Brennstoff-Verhältnis etwa Luft/Brennstoff = 16 bis 18 beträgt.
Beim Verdichtungshub ist die Verdichtung in dem zweiten Brennraum 5 größer als die Verdichtung in dem ersten Brennraum 4, so daß ein Teil des Luft-Brennstoff-Gemisches des zweiten Brennraums 5 in dem ersten Brennraum 4 über einen Spalt zwischen dem Unterkolben 3a und der inneren Wand des zweiten Brennraums 5 für einen ersten Abschnitt der Unterkolbeneingriffsperiode eingespritzt wird. Demgemäß wird das Luft-Brennsloff-Gemisch in dem ersten Brennraum einer turbulenten Strömung ausgesetzt. Gleichzeitig wird die Zündkerze 6 erregt und das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem ersten Brennraum wird schnell verbrannt. Die schnelle Verbrennung und die Turbulenzströmung in dem ersten Brennraum führen zu einer stabilen Verbrennung des Brennstoffs, obwohl es sich um ein mageres Brennstoffgemisch handelt und dieses mit rückgeführten Abgasen gemischt ist.
Wenn der Unterkolben 3a von dem zweiten Brennraum 5 gelöst wird, dehnt sich eine Zündung in dem ersten Brennraum 4 zu dem zweiten Brennraum 5 aus, so daß das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem zweiten Brennraum 5 als Fackelzündung gezündet wird. Die Verbrennung in dem zweiten Brennraum findet wegen
der Fackelzündung sehr schnell statt. Auf diese Weise kann das magere Gemisch verbrannt werden obwohl es rückgeführtes Abgas enthält Die Verbrennungsge-.xhwindigkeit kann durch die Menge der rückgeführten Gase gesteuert werden, so daß eine abnorm hohe Verbrennungsgeschwindigkeit erzeugt wird. Entsprechend den Antriebsbedingungen hat sie!·, ein Rückführverhältnis von beispielsweise 5 bis 15% als vorteilhaft herausgestellt
Die oben beschriebene zweistufige VerbrennuLg kann mit niedriger Spitzentemperatur stattfinden, wodurch Stickstoffoxide wesentlich verringert werden können. Des weiteren kann der Brennstoffverbrauch verringert werden, indem ein mageres Gemisch ohne Erschwerung der Verbrennung verwendet wird. Auch wegen des mageren Gemischs kann der Gehalt an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff verringert werden. Da das Abgas der mageren Mischung üblicherweise 3 bis 5% Sauerstoff enthält, kann des weiteren eine Oxidation von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid in der Nachbehandlungsvorrichtung ohne Zufuhr von Sekundärluft mittels einer Luftpumpe stattfinden.
Fig.2 zeigt den Brennstoffverbrauch und die Beziehung zwischen der Konzentration von Stickstoffoxiden, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff und dem Luft-Brennstoff-Verhältnis bei einer bekannten Brennkraftmaschine.
Die Drehzahl der Brennkraftmaschine beträgt 2000 Umdrehungen pro Minute, der Wirkungsgrad der Ladung beträgt 0,5 und das Rückführverhältnis ist etwa 13%. Demgegenüber zeigt Fig.3 die Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und den voranstehend angegebenen Faktoren der Brennkraftmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel unter denselben Bedingungen wie bei der bekannten Brennkraftmaschine nach F i g. 2. Aus den graphischen Darstellungen ergibt sich, daß die zweistufige Verbrennung nach dem Ausführungsbeispiel eine Verringerung des Gehalts an Stickstoffoxiden ergibt, ohne daß der Gehalt an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid ansteigt, indem ein mageres Luft-Brennstoff-Gemisch (Luft/Brennstoff = 16 bis 18) verwendet wird, wobei ein Abfall der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verhindert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Fremdgezündete gemischansaugende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem ersten eine Zündkerze enthaltenden Brennraum und einem zweiten Brennraum, wobei die Unterteilung in den ersten und zweiten Brennraum mit unterschiedlicher Ladungsverdichtung durch Eintauchen eines Unterkolbens in eine Zyiinderkopfausnehmung unter Belassung eines Spaltes zwischen dem Unterkolben und dem Zylinderkopf geschieht und die Ladung des fremdgezündeten Brennraums durch Fackel-Zündung die Ladung des anderen Brennraumes entzündet, dadurch gekennzeichnet,
    10
DE2618962A 1975-05-02 1976-04-29 Verbrennungsanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine Expired DE2618962C2 (de)

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