DE2633904A1

DE2633904A1 - Ausschliesslich mit magergemisch betriebender benzinmotor

Info

Publication number: DE2633904A1
Application number: DE2633904A
Authority: DE
Inventors: Junichi Ono; Akira Shimoura; Yukiyasu Tanaka; Osaka Toyonaka
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1975-08-16
Filing date: 1976-07-28
Publication date: 1977-02-24
Also published as: US4092969A; AU1536176A; DE2633904C2; IT1066516B; JPS5224608A; FR2321594A1; GB1549020A; AU504200B2; JPS5245843B2; FR2321594B1; CA1053103A

Description

Patentanwalt·

l.-ing. Leinweber

l.-lng. v. Wengersky 9 R ^ ? Q Π /

lünchen 2, Rosental 7 ,? ιλτΪ: ^ ^

Tel. 2603989 2O. vlUll W''

Z/II

Daihatsu Kogyo Kabushiki Kaisha Osaka, Japan

Ausschließlich mit Magergemisch betriebener Benzinmotor

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und betrifft Verbesserungen an Benzinmotoren, die ausschließlich mit Magergemisch betrieben werden.

Die Brennstoffzuführeinrichtung von Benzinmotoren für Kraftfahrzeuge wurde so ausgeführt, um ein Gemisch mit einem Luft-Brennstoffverhältnis (nachfolgend A/F genannt) von 11 bis 15 zuzuführen.

Da jedoch die Vergiftung der Atmosphäre wegen der in dem Auspuffgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe« Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid zu ernsten Schwierigkeiten führte, wurden Motoren entwickelt, die zum Betrieb mit Magergemisch geeig-

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net waren, das soviel überschüssige Luft enthält, um die Emission der vorstehend genannten Giftstoffe zu unterdrükken.

In der jüngeren Vergangenheit sind Motoren einer Bauart entwickelt worden, bei denen ein mageres Gemisch mittels einer Stichflamme gezündet wird, die durch Verwendung eines verhältnismäßig fetten Gemische erzeugt wird, und diese Motoren haben folgende Vorteile:

1. Durch die Verwendung eines fetten Gemische ist es

\ einfach, ein Gemisch zur Erzeugung einer Stichflam

me bereitzustellen, die mit einer Zündkerze zuverlässig gezündet werden kann;

2. der Energiepegel der Stichflamme ist hinreichend hoch; und

3. die Dauerhaftigkeit der Stichflamme ist hoch.

Bei diesen Motoren ist es jedoch notwendig, zusätzlich zu einer Brennstoffzuführeinrichtung für ein mageres Gemisch noch eine Brennstoffzuführeinrichtung für ein fettes Gemisch vorzusehen. Der Aufwand, der für die Bereitstellung einer sol-'■ chen doppelten Brennstoffzuführeinrichtung getrieben werden muß, ist jedoch im Hinblick auf die Konstruktion, die Wartung und die Wirtschaftlichkeit sehr hoch.

Es wurde daher die Entwicklung von Motoren einer Bauart betrieben, bei der auch zur Erzeugung der Stichflamme ein mageres Gemisch zugeführt wird. Diese Motorenbauart kann als "Einfach-Brennstoffzufuhr-Bauart^M bezeichnet werden. Die Problematik dieser Motorenbauart besteht darin, wie eine zuver-

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lässige Zündung mit einer Zündkerze verwirklicht werden kann, und wie sich die Flainmenfortpflanzung in der Brennkammer entwickelt, um eine hohe Leistungsfähigkeit unter solchen Bedingungen zu erzielen, bei denen das Auspuffgas sauber gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden und einen Motor mit hoher Leistung zu schaffen, der ausschließlich mit Magergemisch betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Unteransicht eines Zylinderkopfes eines

herkömmlichen Motors, dem kein mageres Gemisch zugeführt wird,

Fig. 2 eine Unteransicht eines Zylinderkopfes des erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kolben und den Richtungen der Stichflammen des erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines anderen Zylinderkopfes eines erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 6 eine Ansicht des in Fig. 5 gezeigten Zylinderkopfes, wobei ein Schnitt durch die Vorkammer zur Erzeugung der Stichflammen und durch das Einlaßventil gelegt ist.

•jnöono / nn 1

Fig. 7 eine Unteransicht des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Zylinderkopfes,

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich wie Fig. 4 für den Zylinderkopf nach den Fig. 5, 6 und 7,

Fig. 9 und 10 Unteransichten zur Erläuterung von an

den Zylinderköpfen vorgesehenen Turbulenz-Quetschflächen,

Fig. 11 und 12 eine perspektivische Darstellung und

eine Oberansicht der in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Vorkammer,

Fig. 13 und 14 Schnitte nach der Linie 13-13 und 14-14

in Fig. 12,

Fig. 15 einen Schnitt, der die Vorkammer zusammen mit dem Zylinderkopf zeigt,

Fig. 16 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Gehalt an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen und dem Luft-Brennstoffverhältnis zeigt, und

Fig. 17 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der

Belastungsänderung und dem Luft-Brennstoffverhältnis zeigt.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 1 eines herkömmlichen Motors gezeigt, der mit einem Gemisch mit einem Luft-Brennstoff verhältnis A/P von 11 bis 15 betrieben wird. In dieser Figur sind eine Brennkammervertiefung 2 mit einem Umriß 3, ein Einlaßventil 4 und ein Auslaßventil 5 zusammen mit einer Zylinderbohrung gezeigt. Die Zylinderbohrung ist durch eine

H Λ Μ Λ. «· *

strichpunktierte Linie veranschaulicht. Zunächst ist die Form der Brennkammervertiefung zu beachten. Die Umrißlinie 3 ist eingeschnürt und hat vorspringende Bereiche 6, 7 zwischen dem Einlaßventil 4 und dem Auslaßventil 5. Diese vorspringenden Bereiche 6, 7 sind vorgesehen, um das erforderliche Verdichtungsverhältnis zu erzielen. In der jüngsten Vergangenheit bestand eine Bestrebung nach einer Beseitigung eines der vorspringenden Bereiche 6, 7 aus einem anderen Grund, um das Flächen-Volumenverhältnis klein zu machen.

Die zwischen dem Zylinderkopf und der Oberseite des Kolbens ausgebildete Brennkammer hat ebene Bereiche 8, 9 die infolge der vorspringenden Abschnitte 6, 7 am Ende des Kompressionshubs starke Quetsch- und Turbulenzwirkungen verursachen. Die Form des die Bereiche 8, 9 bildenden Zylinderkopfs 1 unterteilt die Brennkammer in die nachfolgend genannten beiden Teile, die beachtliche Unterschiede voneinander hinsichtlich der Geschwindigkeit der Volumenänderung aufweisen, soweit ein Bereich des Kurbelwellenwinkels von Θ,, bei dem die Verbrennung des Gemische beginnt, bis zu einem Kurbelwellenwinkel Θ, betroffen ist, bei dem die Verbrennung des Gemischs im wesentlichen abgeschlossen ist.

Erster Teil: /-~λ

Der Teil mit dem Volumen V zwischen der Brennkammervertiefung 2 in dem Zylinderkopf und der dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Kolbens.

Zweiter Teil:

Der Teil mit dem Volumen ν zwischen den ebenen Bereichen 8, 9, die nachfolgend als Quetschflächen bezeichnet werden, in dem Zylinderkopf und der diesen gegenüberliegenden Oberfläche des Kolbens.

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Das Volumen ν des zweiten Teils ist selbst bei dem vorstehend genannten Kurbelwellenwinkel ©₂ nur 0,05V oder weniger. Der erste Teil ist nochmals in zwei Teile unterteilt. Der eine ist der Teil mit dem Volumen V,_t der hauptsächlich dem Einlaßventil gegenüberliegt, und der andere ist der Teil mit dem Volumen V₂, der hauptsächlich dem Auslaßventil gegenüberliegt.

Angesichts der vorstehenden Ausführungen ist der erfindungsgemäße Motor mit einer Hilfsbrennkammer 20 zur Erzeu- ~^ gung von Stichflammen versehen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese HiIfsbrennkammer wird nachfolgend als Vorkammer bezeichnet. Die Vorkammer 20 ist an einer von der Mittellinie O der Zylinderbohrung 21 abweichenden Stelle angeordnet, und sie ist mit mehreren Öffnungen versehen, um unter bestimmten Bedingungen, die nachfolgend noch erläutert werden, Stichflammen auszustoßen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Zylinderkopf 22 ist wegen des Einbaus der Vorkammer 20 ein ziemlich großer Anteil der einen der in Fig_e 1 gezeigten Quetschflächen 9 verlorengegangen, die andere der in Fig. 1 gezeigten Quetschflächen 8 ist jedoch so wie sie ist erhalten geblieben und mit dem ^y Bezugszeichen 23 bezeichnet. Mit 24 ist ein Einlaßventil bezeichnet und mit 25 ist ein Auslaßventil bezeichnet. Der dem Teil mit dem Volumen V, entsprechende Teil und der dem Teil mit dem Volumen V₂ entsprechende Teil, die im Fall des herkömmlichen Motors erläutert wurden, wird nachfolgend als der erste Teil S, der Brennkammer bzw. als der zweite Teil S₂ der Brennkammer bezeichnet. Der erste Teil S^ liegt hauptsächlich dem Einlaßventil 24 gegenüber, und der zweite Teil S₂ liegt hauptsächlich dem Auslaßventil 25 gegenüber. Ferner wird der dem Teil mit dem Volumen ν entspre-

7riQfinfi / nn π

chende Teil, der die Turbulenzfläche betrifft, als dritter Teil s der Brennkammer bezeichnet (siehe Fig. 5). Die Vorkammer 20 ist mit einer Öffnung 28 versehen, die eine in einer Ebene X-X liegende Stichflamme ausstößt, und ferner mit einer öffnung 29 versehen, die eine in einer Ebene Y-Y liegende Stichflamme ausstößt«. Diese Ebenen X-X und Y-Y sind zu der Mittellinie 0 der Zylinderbohrung 21 parallel. Die aus den Öffnungen 28, 29 austretenden Stichflammen werden nachfolgend als "erste Stichflamme¹¹ bzw. als "zweite Stichflamme¹¹ bezeichnet. Die durch die erste Stichflamme bewirkte Gasströmung durchströmt den ersten Teil S, der Brennkammer, und die durch die zweite Stichflamme bedingte Gasströmung durchströmt den zweiten Teil S₂ der Brennkammer. Die Ebene X-X ist eine solche, die den Teil S, der Brennkammer mit nahezu größtmöglicher Erstreckung durchsetzt, und andererseits ist die Ebene Y-Y eine solche, die den Teil S, der Brennkammer mit nahezu größtmöglicher Erstreckung durchsetzt. Wie dies in den Fig. 2 und 7 gezeigt ist, ist der Abstand zwischen dem Zentrum des Tellers des Einlaßventils 24 und der Ebene X-X klein. In ähnlicher Weise ist der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Tellers des Auslaßventils 25 und der Ebene Y-Y klein. Mit anderen Worten, die Ebene X-X ist nahe dem Mittelpunkt des Tellers des Einlaßventils 24, und die Ebene Y-Y ist nahe dem Mittelpunkt des Tellers des Auslaßventils

Die durch die Stichflammen bedingten Gasströmungen sind gegen die kleinen Flächen der Oberseite 27 des Kolbens 26 gerichtet. Diese Flächen verändern sich mit der Bewegung des Kolbens 26. In Fig. 4 bezeichnen die Punkte P₁ und P₂ die Flächenmittelpunkte auf der Seite der ersten Stichflamme, und die Punkte Q, und Q₂ bezeichnen die Flächenmittelpunkte auf der Seite der zweiten Stichflamme. Die Verbrennung des mageren Gemische ist näherungsweise bei einem Kurbelwellenwinkel von 30 Grad nach dem oberen Totpunkt beendet. Die

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Punkte P₂ und Q₂ sind diejenigen, die dem vorstehend genannten Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt entsprechen,.

Die erste Stichflamme und die zweite Stichflamme leisten ihren Anteil an der Verbrennung des mageren Gemische in den Teilen S, und S₂ infolge ihrer Richtungen, die in der vorstehend beschriebenen Weise gewählt sind_o Infolge dieser Aufteilung erfolgt die Fortpflanzung der Flamme in der Brennkammer derart» daß sie jeden und alle Punkte der Brennkammer ohne Überwindung langer Strecken erreicht. Die Verringerung der Strecke der Flammenfortpflanzung bewirkt eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades des Motors, und das ist der erste Vorteil, der durch die besondere Vorkammer 20 hervorgerufen wird. Der zweite Vorteil besteht darin, daß, obgleich die durch die Zündung des mageren Gemisch s erzeugten ersten und zweiten Stichflammen verhältnismäßig schwach sind, sie sich gegenseitig unterstützen können, sodaß bei einer Verringerung der Energie der einen Stichflamme die andere Stichflamme einen Ausgleich bewirken kann«.

Die vorstehend genannte Aufteilung dient auch zur Verhinderung von Drehmomentschwankungen. Wenn die Verbrennung im Motor eines Kraftfahrzeugs nicht gleichmäßig abläuft, so kommt es zu Schwankungen des Drehmoments, die sich auf den Fahrkomfort nachteilig auswirken. Das Auftreten derartiger Schwankungen des Drehmoments kann einem Motor der Doppelgemisch-Bauart nachgesagt werden, der mit einer Vorkammer ausgerüstet ist, die nur eine Öffnung aufweist* Es ist daher nützlich, die Vorkammer dieser Motorenbauart in der gleichen Weise mit einer ersten und einer zweiten öffnung zu versehen, wie dies vorstehend erläutert wurde.

Die anhand der Fig. 2 und 3 erläuterten Stichflammen,

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die von der ersten und der zweiten Öffnung 28 und 29 ausgehen, sind gegenüber der Mittellinie O der Zylinderbohrung stark geneigt und erreichen die Oberseite 27 des Kolbens durch die dem Einlaßventil 24 und dem Auslaßventil 25 gegenüberliegende Brennkammer (Häuptkamraer). Demzufolge ist der Einfluß der ersten und zweiten Stichflamme auf denjenigen Bereich, der unmittelbar unter und hinter der Vorkammer 20 liegt, möglicherweise etwas schwach. Eine mit einer diesen Punkt kompensierenden dritten Öffnung 30 versehene Vorkammer 20 ist in den Fig. 5 bis 7 gezeigt. Die Flächenmittelpunkte auf der Oberseite 27 des Kolbens 26, auf die durch die Stichflammen bedingte Strömungen gerichtet sind, sind ^v in Fig. 8 gezeigt. Die Punkte R, und R₂ in dieser Figur entsprechen der aus der dritten öffnung 30 austretenden Stichflamme. Die Querschnittsfläche der dritten Öffnung 30 ist klein in Anbetracht der Lage und des Volumens des Raums innerhalb der Brennkammer, den sie einnimmt, und die Richtung ihrer Mittellinie ist nahezu parallel zu der Mittellinie der Zylinderbohrung. Zwischen den Querschnittsflächen A,, A₂ und a der ersten, zweiten und dritten Öffnung 28, 29 und 30 besteht die Beziehung A^> A₂> a. Die Beziehung A₁^ A₂ ist gewählt, um den Spülwirkungsgrad der Vorkammer 20 zu steigern. Dieser Punkt wird nachfolgend noch erläutert.

Die Wirkung der Turbulenz-Quetschfläche 23 ist wichtig. Diese Fläche 23 erzeugt während des Verdichtungshubs des Kolbens 26 in der Brennkammer zahlreiche Mikrowirbel. Diese infolge der Quetschwirkung der Fläche 23 erzeugten Mikrowirbel vergrößern die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit in der Brennkammer. Wie dies vorstehend erläutert wurde, teilen sich zwei Stichflammen die Teile S₁ und S₂ der Brennkammer. Die Verbrennung von magerem Gemisch in der Brennkammer ist infolge der erwähnten Aufteilung der Teile S₁ und S₂, der Erzeugung der Mikrowirbel und einer nachfolgend noch erläu-

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terten Strömung von Verbrennungskeimen in den Teil s der Brennkammer in einer relativ kurzen Zeit abgeschlossen.

Der Teil s der Brennkammer ist ein solcher, in dem eine starke Quetschwirkung infolge der Quetschfläche 23 auf dem Zylinderkopf 1 stattfindet. Es ist bekannt, daß die Intensität dieser Quetschwirkung nahe einem Kurbelwinkel von 20° vor dem oberen Totpunkt ihr Maximum erreicht und Null wird, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Die Volumenänderung des Teils s findet während des Explosionshubs in einer entgegengesetzten Richtung statt. Das heißt, das Volumen des Teils s vergrößert sich am schnellsten nahe einem Kurbelwinkel von 20° nach dem oberen Totpunkt. Infolge dieser raschen Volumenänderung findet eine Gasströmung statt, sodaß ein Anteil der Verbrennungskeime in den Teilen S₁ und S₂ in den Teil s transportiert wird. Demzufolge kann das magere Gemisch in der Brennkammer nicht nur in den Teilen S. und S₂* sondern auch in dem Teil s mit geringer Verzögerung gezündet werden.

Wie dies vorstehend erläutert wurde, geht im Fall des in Fig. 2 gezeigten Zylinderkopfs ein beachtlich großer Teil der in Fig. 1 gezeigten Quetschfläche 9 verloren, und die verbleibende Fläche ist klein. Obgleich diese Fläche verhältnismäßig klein ist, ist sie von Vorteil für die ersten und zweiten Stichflammen, weil eine Gemischströmung infolge der Quetschwirkung dieser Fläche verbleibt, welche die Aussendung der Stichflammen unterstützt.

Die Itarißlinie 32 der Brennkammeraussparung im Zylinderkopf 31 ist zwischen dem Einlaßventil 24 und dem Auslaßventil 25 nach innen verlagert, sodaß die Quetschfläche 23 gebildet werden kann. Hinsichtlich des Ausmaßes der Verlage-

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rung gibt es zwei Fälle. Der eine Fall ist in Fig. 9 gezeigt, und der andere Fall ist in Fig. 10 gezeigt. Die in Fig. 9 gezeigte Umrißlinie 32 hat einen eingezogenen inneren Bereich, wogegen die in Fig. 10 gezeigte Umrißlinie 32 keinen innenliegenden Bereich hat. In diesen Figuren ist der Mittelpunkt der Vorkammer 20 mit 0, bezeichnet, der Abstand vom Mittelpunkt O₁ bis zu einem Punkt C auf der Umrißlinie 32 ist mit r bezeichnet, der größtmögliche Wert von r ist mit R, bezeichnet, der nach R₁ größte Wert von r ist mit R₂ bezeichnet, und die Schnittpunkte zwischen den Ebenen X-X, Y-Y und der Umrißlinie 32 sind mit M₁ und M₂ bezeichnet. Die Größe der in Fig. 9 gezeigten Turbulenzfläche 23 ist größer als die in Fig. 10 gezeigte Turbulenzfläche 23.

Wenn ein mageres Gemisch in die Vorkammer eingeleitet wird, so ist es notwendig, die Temperatur des Gemische zu steigern, sodaß die Zündung mittels einer Zündkerze zuverlässig stattfindet. Im Falle der Zweifach-Brennstoff»ufuhrbauart, bei der ein fettes Gemisch in die Vorkammer eingeleitet wird, ist es möglich, das endgültige Luft-Brennstoffverhältnis A/f in der Vorkammer so einzustellen, daß das Ge- j misch mit einer Zündkerze leicht gezündet wird. Im Fall eines ;

Motors, der mit einem mageren Gemisch (beispielsweise einem _ ; mageren Gemisch» das auf ein Luft-Brennstoffverhältnis A/F . - j von 17 bis 18 eingestellt ist) betrieben wird, besteht diese Möglichkeit nicht. Die Vorkammer sollte daher in der Lage sein, die Temperatur eines Magergemischs auf einen Wert zu steigern, bei der eine saubere Zündung mit einer Zündkerze möglich ist. Weiterhin ist die Spülwirkung und die Zuführung der Flamme wichtig.

Die Vorkammer 20 ist so ausgebildet, daß sie die Temperatur des Magergemischs erhöht, und sie ist auch hinsichtlich anderer Gesichtspunkte, die nachfolgend erläutert werden, aus-

η r» rt Λ η ι

gebildet. Die Form der Vorkammer 20 ist in den Fig. 11 bis gezeigt. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist die Vorkammer 20 ein dickes, becherförmiges Bauteil, das aus einem kugelförmigen Kopfbereich 40 besteht, der in einen zylindrischen Rumpfbereich 41 übergeht. Der kugelige Kopfbereich 40 ist besonders dick ausgeführt, und die Öffnungen 28, 29 und 30 sind in diesem Bereich angeordnet. Die Vorkammer 20 ist in den Zylinderkopf 22 eingesetzt, wobei der gesamte oder der größere Teil des Kopfbereichs 40 in die Brennkammervertiefung 31 hineinragt.

Λ Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Motors werden nachfolgend als Beispiel einige Daten genannt:

Verdrängungsvolumen eines Zylinders

300 cm³ Durchmesser der Zylinderbohrung 21

75 mm Volumen der Vorkammer 20

3,5 cm³

Dicke des Kopfbereichs 40 der Vorkammer 20 ungefähr

3,0 mm

Dicke des zylindrischen Rumpfbereichs 41 der J Vorkammer 20 ungefähr

2,5 rom

Die Dicke des Kopfbereichs 40 und die Dicke des Rumpfbereichs 41 sind deshalb unterschiedlich ausgelegt, damit der Wärmeverlust durch den Rumpfabschnitt 41 verringert wird, sodaß eine hinreichend große Wärmemenge in dem der Brennkammer ausgesetzten Kopfbereich 40 gesammelt wird. Selbst wenn die genannten Dickenabmessungen gleich sind, dann kann der Wärme-

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verlust durch Anbringung eines Schlitzes oder einer Wärmeisolationsschicht verringert werden. Die Dicke des Kopfbereichs 40 betrifft die Flächen der Seitenwände der Öffnungen 28, 29 und 30, und wenn diese Dicke gesteigert wird, dann ist es möglich, eine große Wärmemenge an das Magergemisch zu übertragen, wenn dieses in die Vorkammer 20 eindringt. Die Vergrößerung der Dicke des Kopfbereichs 40 erbringt auch noch einen anderen Vorteil, indem die Richtung der durch die Öffnungen 28, 29, 30 austretenden Stichflammen genau bestimmt werden kann.

Eine Zündkerze 42 mit einer Funkenstrecke 43 ist im Rumpfbereich 41 der Vorkammer 20 angeordnet. Im Verhältnis zu der Lage der Funkenstrecke 43 ist die Vorkammer 20 verhältnismäßig flach ausgebildet, und das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser D des Rumpfbereichs 41 und der maximalen Tiefe H des Innenraums ist so gewählt, daß D größer als H ist, d.h., daß die Gleichung D/H> 1 erfüllt ist.

Zum Zünden eines mageren Gemische mit der Zündkerze ist es wichtig, das Gemisch zu erhitzen und die Vorkammer 20 mit dem mageren Gemisch hinreichend zu spülen, das durch eine Einlaßöffnung zugeführt wird. Im Hinblick auf diesen Gesichtspunkt ist unter den drei Öffnungen 28, 29 und 30 eine Öffnung 28 in der Querschnittsfläche größer ausgebildet als die anderen Öffnungen 29 und 30. Diese Öffnung 28 ist neben dem Einlaßventil 24 angeordnet, und sie ist ferner gegen eine Strömung von Magergemisch ausgerichtet, die in die Brennkammer eingeleitet wird, während sie vom Teller des Einlaßventils 24 geleitet wird. Die Richtung der Öffnung 28 unterliegt solchen einschränkenden Bedingungen, wie sie bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 10 erläutert wurden. Es besteht jedoch ein zulässiger Bereich für diese Einschränkungen. Das heißt, die Ebenen X-X und Y-Y können in einem Bereich von

+ 10° oder vorzugsweise in einem Bereich von + 5° schwanken. Weiterhin besteht ein verhältnismäßig großer Raum für das Einsetzen der Vorkammer 20.

Es ist daher möglich, eine Öffnung 28 vorzusehen, durch die zum Spülen eine Magergemischströmung eingeleitet werden kann. Die anderen Öffnungen 29 und 30 sind solche, durch die das Magergemisch zum Spülen ausströmt, und sie sind in solchen Richtungen angeordnet, die nicht der Magergemischströmung zugekehrt sind»

Die Anzahl der vorstehend erläuterten Öffnungen beträgt zwei oder drei. Anstelle der dritten Öffnung können aber zwei Öffnungen vorgesehen sein, sodaß die Gesamtanzahl der Öffnungen vier beträgt.

Es besteht ein passendes Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Öffnungen und dem Volumen der Vorkammer. Dieses

2 3 Verhältnis sollte in dem Bereich von 0,14 bis 0,3 cm /cm

liegen. Wenn die Vorkammer mit drei Öffnungen versehen ist, und die Durchmesser dieser Öffnungen auf 7 mm, 5,5 mm und 4 mm festgelegt sind, und wenn ferner das vorstehend genannte Verhältnis auf 0,214 festgelegt wird, so kann ein Motor ^ erhalten werden, bei dem eine gewünschte Verbrennung in der Brennkammer stattfindet.

Es ist notwendig, darauf zu achten, daß die hauptsächliche Wärmeströmung von der Vorkammer 20 nicht über die Zündkerze 42 erfolgt, selbst wenn die Wärmeströmung von der Vorkammer 20 zum Zylinderkopf 22 in der vorstehend beschriebenen Weise unterdrückt wird, weil die Temperatur des Kopfbereichs 40 der Vorkammer 20 besonders hoch ist.

Die Magergreaze des Gemischs kann ermittelt werden, in-

dem das L^^-^rennstoff verhältnis A/P ermittelt wird, bei dem die Kohlenstoffemission merklich zunimmt. Fig. 16 ist ein Diagramm, das die experiraentel^^m^belten Meßwerte
für den Zusammenhang zwischen der Kohler/stoffemission und dem Luft-Brennstoffverhältnis A/P für vier Motoren veranschaulicht. Die weißen Kreise, die schwarzen Kreise, die
weißen Dreiecke und die schwarzen Dreiecke wurden folgendermaßen verwendet:

Nummer des

Versuchs

(Kennzeichnung)

(weiße Kreise)

vorhanden (gemäß der vorliegenden Erfindung)

2 vorhanden (ge-(schwarze Krei-näß der vorliese)

(weiße Dreiecke)

(schwarze Dreiecke)

Quetschwirkung

genden Erfindung)

vorhanden (ähnlich wie bei de vorliegenden Er findung)

nicht vorhanden

Anzahl der Stichflammen-Öffnungen

Richtung der Stichflammen

gemäß der vorliegenden Erfindung gewählt

nicht gemäß der

vorliegenden

Erfindung

nicht gemäß der

vorliegenden

Erfindung

Im Fall der Versuche 1 und 2 handelt es sich um die vorliegende Erfindung. Es ist erkennbar, daß sich in jedem dieser Fälle die Magergrenze im Vergleich zu den Versuchen 3 und 4 zu

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der höheren Seite des Brennstoff-Luftgemischs A/F verlagert.

wasser-

Es ist ferner erkennbar, daß die Kohlenstoffemission in jedem der Fälle 1 und 2 kleiner ist als in den Fällen 3 und 4. Das zeigt, daß die Verbrennung im Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafter abläuft.

Fig. 17 zeigt das Verhältnis zwischen dem Lastwechsel Aw/w und dem Luft-Brennstoffverhältnis A/F bei den gleichen Fällen, die in der vorstehenden Tabelle gezeigt sind. In dieser Figur entsprechen die im unteren Bereich gezeigten beiden Kurven den erfindungsgemäßen Fällen, und es ist erkennbar, daß der Lastwechsel im Vergleich mit den Fällen 3 und 4 abgesenkt wird.

In den Fig. 16 und 17 geben die auf der Abszisse angegebenen Werte das Luft-Brennstoff verhältnis A/F wieder,, In Fig. 16 stellt die Ordinate die ^K%1ä^JBtoffemission (g/H>) dar, während in Fig. 17 die Ordinate den Lastwechsel Cäw/W χ 100) darstellte

Zusammenfassung

Es wird ein ausschließlich mit Magergemisch betriebener Benzinmotor offenbart, der für die praktische Verwendung verbessert ist. Der Zylinderkopf des Motors hat eine Fläche, die in Verbindung mit der Oberseite des Kolbens eine intensive Turbulenz bewirkt. Der Motor ist ferner mit einer Vorkammer versehen, die Stichflammen aussendet, welche die Verbrennung des mageren Gemische gemeinsam bewirken, sodaß der Flammenfortpflanzungsweg verringert wird. Unter den Stichflammen ist eine, die durch einen Bereich der Brennkammer unmittelbar unter dem Mittelpunkt des Tellers des Einlaßventils hindurchgeht* und eine andere, die durch einen Bereich der Brennkammer unmittelbar unter dem Mittelpunkt des Tellers des Aus-1aßventils hindurchgeht.

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Claims

Patentansprüche

Ausschließlxch mit Magergemisch gespeister Benzinmotor mit einem Zylinderkopf, der mit einer Vorkammer versehen ist, um mehrere Flammen in die Brennkammer auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (22) mit einer Brennkammervertiefung (31) versehen ist, die eine Urafangs- ^

linie (32) aufweist, die zwischen dem Einlaßventil (24) und dem Auslaßventil (25) der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) am stärksten angenähert ist, um eine Quetschfläche (23) zu bilden, die im Zusammenwirken mit der Oberseite (27) des Kolbens (26) intensive Turbulenzen erzeugt, daß die Vorkammer (20) an dem Zylinderkopf (22) in einer von der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) abweichenden Lage angeordnet ist, daß die Vorkammer (20) mit mindestens zwei Öffnungen (28, 29) versehen ist, wobei die Mittellinie (X-X) der einen Öffnung (28) derart ausgerichtet ist, daß sie durch einen Bereich der Brennkammer unmittelbar unter dem Mittelpunkt des Tellers des Einlaßventils (24) hindurchgeht _φ und , wobei die Mittellinie (Y-Y) der anderen Öffnung (29) derart ausgerichtet ist, daß sie durch einen Bereich der Brennkammer unmittelbar unter dem Mittelpunkt des Tellers des Auslaßventils (25) hindurchgeht, und daß die beiden Gasströme, die von den aus den beiden öffnungen ausgestoßenen Stichflammen herrühren, die Oberseite (27) des Kolbens (26) erreichen.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die lfofangslinie (32) der Brennkammervertiefung (31) der Mittellinie (O) der Zylinderbohrung (21) angenähert ist, xan einen eingeschnürten, schmalen Bereich zu bilden.
3. Ausschließlich mit Magergemisch gespeister Benzinmotor mit einem Zylinderkopf, der mit einer Vorkammer versehen ist, um mehrere Flammen in die Brennkammer auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (22) mit einer Brennkammervertiefung (31) versehen ist, die eine Umfangslinie (32) aufweist, die zwischen dem Einlaßventil (24) und

■κ dem Auslaßventil (25) der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) am stärksten angenähert ist, um eine Quetschfläche

(23) zu bilden, die im Zusammenwirken mit der Oberseite (27) des Kolbens (26) intensive Turbulenzen erzeugt, daß die Vorkammer (20) an dem Zylinderkopf (22) in einer von der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) abweichenden Lage angeordnet ist, daß die Vorkammer (20) mit mindestens zwei Öffnungen (28, 29) versehen ist, wobei die Mittellinie der einen Öffnung (28) derart ausgerichtet ist, daß sie mit einer Schwankungsbreite von + 10° in einer Ebene (X-X) verläuft, die zu der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) parallel ist und durch den Mittelpunkt des Tellers des Einlaßventils

(24) hindurchgeht, und wobei die Mittellinie der anderen .) Öffnung (29) derart ausgerichtet ist, daß sie mit einer Schwankungsbreite von + 10° in einer Ebene Y-Y verläuft, die zu der Mittellinie (0) der Zylinderbohrung (21) parallel ist und durch den Mittelpunkt des Tellers des Auslaßventils (25) hindurchgeht, und daß beide Gasströme, die von den aus den beiden öffnungen (28, 29) ausgestoßenen Stichflammen herrühren, die Oberseite (27) des Kolbens (26) erreichen.
4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (20) die Form eines Bechers hat, der aus einem

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kugelförmigen Kopfbereich (40) besteht, der in einen zylindrischen Rumpfbereich (41) übergeht, daß die Funkenstrecke (43) einer Zündkerze (42) am Boden der Vorkammer (20) angeordnet ist, und daß zumindest der größere Teil des Kopfbereichs (40) in die Brennkammer hineinragt.
5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Einlaßventil (24) benachbarte Öffnung (28) von allen Öffnungen die größte Querschnittsfläche hat und so ausgebildet ist₄ daß sie einen Magergemischstrom erhält, der durch den Teller des Einlaßventils (24) zum Einströmen in die Brennkammer geführt ist, und daß die anderen Öffnungen (29, 30) der Vorkammer (20) an der Seite angeordnet sind, die keine Magergemischströmung erhält.
6. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser (D) des zylindrischen Rumpfbereichs (41) der Vorkammer (20) und der Tiefe (H) der Vorkammer größer als 1 ist.
7. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorkammer (20) eine dritte Öffnung (30) angeordnet ist, die kleiner ist als die erste und die zweite Öffnung (28, 29), um eine Stichflamme auszustoßen, die die Oberseite (27) des Kolbens (26) in einer verhältnismäßig kurzen Entfernung erreicht.
8. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Summe der Querschnittsflächen aller öffnungen (28, 29, 30) in der Vorkammer (20) und dem Volumen der Vorkammer so bestimmt ist, daß es in dem Bereich

2 3
von 0,14 bis 0,3 cm /cm liegt.
9. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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der kugelförmige Kopfbereich (40) der Vorkammer (20) besonders dick ausgebildet ist.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des zylindrischen Rumpfbereichs (41) der Vorkammer (20) dünn ausgebildet ist.

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Ausschließlich mit Magergemisch O R 3 3 9 Π U

betriebener Benzinmotor

Bezugszeichenaufstellung :

1 Zylxnderkopf 2 Brennkammervertiefung 3 Umriß von 2 4 Einlaßventil 5 Auslaßventil 6, 7 vorspringende Abschnitte vor 8, 9 ebene Bereiche von 1 20 Vorkammer 21 Zylinderbohrung 22 Zylinderkopf 23 Quetschfläche 24 Einlaßventil 25 Auslaßventil ^Sl erster Teil der Brennkammer ^S2 zweiter Teil der Brennkammer S dritter Teil der Brennkammer 26 Kolben 27 Oberseite von 26 28 erste öffnung in 20 29 zweite Öffnung in 20 30 dritte Öffnung in 20

O Mittellinie von 21

31 Brennkammervertiefung

32 Umriß von 31

40 Kopfbereich von 20

41 Rumpfbereich von

42 Zündkerze

43 Funkenstrecke