DE2706363C2 - Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich &jf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der hn Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten ArL

Bei einer solchen aus der DE-PS 4 04 827 bekannten Brennkraftmaschine ist die Öffnung bei der unteren Totpunktlage des Kolbens oberhalb seiner Stirnfläche angeordnet. Durch die Öffnung hindurch wird mit Hilfe einer Verbindung zur Umgebung Luft zusammen mit Wasser als im wesentlichen kohlenwasserstofffreies Gas in den Zylinder eingeführt, wenn der Kolben am Ende des Ansaughubes und in der Nähe seiner unteren Totpunktlage die Öffnung freigibt. Sowohl die Umgebungsluft als auch das dem Kühlmantel des Zylinders entnommene Wasser wird durch den am Ende des Ansaughubes herrschenden Unterdruck im Zylinderinnenraum eingestrahlt. Da sich diese Öffnung in der unteren Totpunktlage des Kolbens, jedoch oberhalb seiner Stirnfläche befindet, können die sich in dem Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinderinnenmantelfläche oberhalb des obersten Kolbenringes befindenden unverbrannten Kohlenwasserstoffe jedoch nicht vollständig entfernt bzw. verdrängt werden.

Aus der FR-PS 11 17 415 ist es bekannt, bei einer Brennkraftmaschine zum Zwecke der Schichtung ein inertes Gas und insbesondere von der Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas oberhalb der Stirnfläche des Kolbens in dessen unterer Totpunktlage einzuleiten, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe in der Nähe des oberen Kolbenabschnittes zu verringern.

Aus der DE-OS 26 11 806 ist es in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine bekannt, den Zylinderinnenraum über ein gesondertes Abgas-Einlaßventil mit der Abgasleitung zu verbinden, um zur Verminderung der Menge an Stickoxyden zusätzlich zu dem Luft-Kraftstoff-Gemisch eine bestimmte Menge Abga3 in den Brennraum einzuleiten. Auch das Abgas-Einlaßventil wird wie das normale Einlaßventil von der Nockenwelle gesteuert und die Abgas-Einlaßöffnung mündet an der oberen Stirnfläche des Brennraumes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß eine vollständige Entfernung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinder oberhalb des obersten Kolbenringes und der oberen Siirnf!ä~he des Kolbens sichergestellt wird.

Bei einer Vorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Die mehreren, gleichmäßig über den Umfang des Zylinders verteilten Öffnungen stellen sicher, daß eine homogene Einleitung des kohlenwasserstofffreien Gases in den Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinder oberhalb des obersten Kolbenringes stattfindet, wo· durch alle sich dort abgelagerten unverbrannten Kohlenwasserstoffe verdrängt werden bzw. eine Ablagerung dieser Kohlenwasserstoffe in diesem Zwischenraum verhindert wird, da sowohl dieser Zwischenraum als auch die oberhalb der Stirnfläche des Kolbens benachbarte Umgebung des Zwischenraumes mit dem kohlenwasserstofffreien Gas angefüllt ist. Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird daher eine Verringerung dsr unverbrannten Kohlenwasserstoffe in einem bisher nicht bekannten Ausmaß erreicht Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Im Ausführungsbeispiel zeigt

F i g. 1 einen Schnitt der Brennkraftmaschine beim Ansaughub,

Fig.2 einen Schnitt der Brennkraftmaschine, wobei sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunktes befindet,

Fig.3 einen Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine, wobei sich der Kolben im Bereich des unteren Totpunktes befindet. In Fig. 1 ist schematisch ein Kolben 4 mit einem oberen Kolbenring 5 in einem Zylinder 2 gezeigt, die einen Brennraum 16 begrenzen. Dabei ist als Beispiel ein Viertakt-Benzinmotor dargestellt, obwohl der Anmeldungsgegenstand auch andere Brennkraftmaschinen umfassen kann. Der Brennraum 16 ist mit einer Einlaßleitung 12 über ein Einlaßventil 13 und mit einer Abgasleitung 10 über ein Auslaßventil 11 in einem Zylinderkopf 15 verbunden. Ein Kanal stellt eine Verbindung zwischen der Abgasleitung 10 und dem so Brennraum 16 über Öffnungen 7 her. Bei Beginn des Ansaugvorganges kann Abgas über den Kanal 9 und die Öffnungen 7 nicht in den Brennraum 16 eintreten, da der Kolben 4 und der Kolbenring 5 die Öffnungen 7 schließen. Wenn sich der Kolben 4 während des Ansaughubes nach unten bewegt und sich dem Totpunkt nähert, gibt der Kolbenring 5 die Öffnungen 7 frei und Abgas oder ein nicht kohlenwasserstoffhaltiges Gas kann über den Kanal in dem Brennraum 16 eintreten. Bei der Darstellung in Fig. 1 sind die Öffnungen 7 gerade offen, bevor der Kolben 4 den unteren Totpunkt erreicht, so daß das nicht kohlenwasserstoffhaltige Gas durch den freien Spalt zwischen Kolben 4 und Zylinderwand 3 im Bereich an der Stirnfläche des Kolbens 4 und der Zylinderwand 3 abgelagert wird. An diesem Teil des Ansaughubes ist der Druck innerhalb des Brennraums 16 kleiner als der in der Abgasleitung 10. Dadurch gelangt Abgas durch die Öffnungen 7 hindurch in benachbarte Bereiche, so daß Kohlenwas-

serstoffe aus dem spaltförmieen Zwischenraum um den oberen Kolbenabschniit herum verdrängt werden. Nachdem das Finlaßventil 13 geöffnet hat, ist der Durchsatz der Gasströmung in den Brennraum 16 durch die öffnungen 7 hindurch von der Geschwindigkeit abhängig, mit der sich der Kolben 4 im Zylinder 2 nach unten bewegt. Beim Beginn und am Ende des Ansaughuhes i^i der Durchsatz des in den Brennraum ib einströmenden Gases minimal während er maximal wird, wenn sich der Kolben 4 etwa in der Mitte des Ansaughubes befii det. Daher sind die Öffnungen 7 so angeordnet da-3 sie am Ende des Einlaßhubes offen sind, so daß uas in den Brennraum 16 eingeblasene, nicht kohlenwasserstoffhaltige Gas in der Nähe des oberen Kolbenabschnitts und des spaltförmigen Zwischenraumes bleibt.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird während des Kompressionshubes das Gas CJ, das Luft, Abgas oder irgendein anderes, nicht kohlenwasserstoffhaltiges Gas sein kann, noch weiter in den spaltförmigen Zwischenraum 6 gepreßt, wenn sich der Kolben 4 in dem Zylinder nach oben bewegt. Der zunehmende Kompressionsdruck im Brennraum 16 komprimiert das nicht kohlenwasserstoffhaltige Gas im Zwischenraum 8 und verhindert dadurch das Einströmen von Kohlenwasserstoffen in diesen Zwischenraum. Wird ein komprimiertes Kohlenwasserstoffgemisch von einer Zündkerze 14 gezündet, breitet sich eine Flammenfront 17 von der Zündkerze her über den Brennraum 16 zum Kolben 4 hin aus. Der Druck innerhalb des Brennraums 16 nimmt schnell im Verhältnis zum Verbrennungsgrad zu und das nicht kohlenwasserstoffhaltige Gas C wird dadurch noch weiter in den Zwischenraum 6 hineingedrückt. Dadurch wird das Kraftstoffgemisch verbrannt, ohne daß Kohlenwasserstoffe in den Zwischenraum 6 gedrückt werden können, wo sie unter die Zündtemperatur gekühlt und dem zur Verbrennung benötigten Sauerstoff entzogen würden.

Während des Arbeitshubes, wenn sich der Kolben 4 im Zylinder nach unten bewegt, nimmt der Dnick im Brennraum 16 ab und das Gas C im Zwischenraum 6 neigt dazu, in den Brennraum 1ft ?e strain Bei ;ici Bf.»ve;aing des Kolbens 4 nach unten neigt das Gas lJ dazu, lieh an den Zylinderwänden 3 als dünne Schicht anzulagern. Diese Schicht verhindert die Ausbildung einer Kohlenwasserstoffschicht an den Zylinderwäiiden 3, die sonst unter die Zündtemperatur abgekühlt würde.

ίο Wenn der Kolben 4 während des Auslaßhubes sich im Zylinder nach oben bewegt, wird das Gas G, das sich an den Zylinderwänden angelagert hat. von den Kolbenringen abgestreift und in die Abgasleitung 10 abgegeben.
F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem Luft aus der Umgebung in den Zwischenraum 6 mit Hilfe einer Pumpe 19 eingeblasen wird. Ein Einwegeventil 18 ist zwischen den öffnungen 7 und der Pumpe 19 angeordnet. Ein solches Einwegeventil ist bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 nicht erforderlich, da eine rückwärts gerichtete Abgasströmung durch den Kanal 9 keine nachteiligen Wirkungen hätte.

Die F i g. 1 und 3 zeigen einen U-;fangskanal 8 innerhalb des Zylinders 2, der mit mehreren Öffnungen 7 in Verbindung steht, die rund um den Umfang des Kolbens 4 angeordnet sind. Auf diese Weise kann das nicht Kohlenwasserstoff tragende Gas G in den spaltförmig°n Zwischenraum gleichförmig und gleichmäßig um den gesamten Umfangsspalt zwischen Kolben 4 und Zylinderwand 3 eingeblasen werden.

jo Das Gas wird während des letzten Teils des Ansaughubes von einer außerhalb gelegenen Quelle eingeblasen, wie beispielsweise von der Umgebung oder der Abgasleitung. Dadurch wird der Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas stark verringert Das Kompressionsverhältnis wird nicht beeinträchtigt, da die Öffnungen 7 und der Kanal 9 von den Kolbenringen geschlossen werden, sobald der Kolben den Kompres-■ionshub beginnt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Gaswechselkanälen und mit einer öffnung in der Zylinderwand, über die im Bereich der unteren Totpunktlage des Kolbens ein kohlenwasserstofffreies Gas, insbesondere Luft, in den Zylinder in die Nähe des oberen Kolbenabschnittes eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang des Zylinders (2) verteilte Öffnungen (7) vorgesehen sind, die über einen Umfangskanal (8) im Zylinder (2) das Gas erhalten und in den Ringraum zwischen dem obersten Kolbenring (5) und der oberen Stirnfläche des Kolbens münden, wenn sich dieser in seiner unteren Totpunktlage befindet.

2. Brennkraftmaschine, bei der das Gas unter Überdruck eingeleitet wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luft aus der Umgebung abziehende Ρϋπ,ρ? (19) mit dem Umfangskanal (8) verbunden ist.

3. Brennki iftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einwegventil (18) zwischen Pumpe (19) und Umfangskanal (8) vorgesehen ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (C) Abgas ist, das von der Abgasleitung(10) abgezogen ist(F i g. 1).

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (9) die Abgasleitung (10) mit dem Umfangskanal verbindet.