DE2710482A1

DE2710482A1 - Brennkraftmaschine mit einer hilfsbrennkammer

Info

Publication number: DE2710482A1
Application number: DE19772710482
Authority: DE
Inventors: Masaaki Noguchi; Taro Tanaka; Yukiyasu Tanaka
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1976-12-25
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2710482C2; JPS5381807A; US4125094A

Description

TlEDTKE - BOH LI NG" KlNNE- Gr U PE οΐΓΐη'α. Tildtke

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne Dipl.-lng. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2

Tel.:(0 89)53 96 53-56

Telex: 5 24 845 tipat

cable. Germaniapatent München

10. März 1977 B 8006/case 1658

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha

Toyota-shi, Japan

Nippon Soken, Inc.,

Nishio-shi, Japan
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Brennkraftmaschine mit einer Hilfsbrennkammer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Neben- oder Hilfsbrennkaimer , in der sich die Elektrode einer Zündkerze und eine Brennstoff-Einspritzdüse befinden.

Neuerdings wird vom Standpunkt des Einsparens natürlicher

Rohstoffquellen sehr stark nach einer Maschine mit niedrigem Brennstoffverbrauch verlangt. Während von diesem Standpunkt aus eine Dieselmaschine jeder anderen Maschine überlegen ist, besitzt eine Dieselmaschine den Nachteil, daß die auf das Gewicht der Maschine bezogene Ausgangsleistung relativ gering ist und daß die Maschine sehr laut ist. Folglich wird sehr stark eine Fremdzündungsmaschine gefordert, die einen niedrigen Brennstoffverbrauch aufweist, der gleich oder besser als der Brennstoffverbrauch- einer Dieselmaschine ist.

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Wie dem Fachmann bekannt ist, besteht bei einer Funkenzündungsmaschine eine Grenze für die Zündung eines brennbaren Gemisches. Wenn das in der Nähe der Zündkerze befindliche brennbare Gemisch äußerst mager ist, kann es folglich nicht gezündet werden. Zusätzlich besitzt eine mit einem Vergaser ausgestattete herkömmliche Maschine den Nachteil, daß bei geschlossener Drosselklappe ein Drosselungsverlust auftritt. In einer üblichen Maschine dieses Typs wird ein gleichförmig durchmischtes Luftbrennstoffgemisch in den Zylinder der Maschine eingeführt und es wird, insbesondere beim Leerlauf oder wenn die Maschine im Schwachlastbetrieb arbeitet, bevorzugt, daß ein mageres Luftbrennstoffgemisch in den Zylinder eingeführt wird. Um ein mageres Luftbrennstoffgemisch in den Zylinder einzuführen und um den vorstehend genannten Drosselungsverlust beispielsweise beim Leerlauf auszuschalten, gibt es das Verfahren, die Drosselklappe in großem Ausmaß zu öffnen und in den Zylinder ein brennbares Gemisch einzuführen, das aus einer großen Menge Luft und einer kleinen Menge Brennstoff besteht. Bei diesem Verfahren wird das brennbare Gemisch jedoch äußerst mager und kann folglich nicht gezündet werden. Deshalb ist es bei einer herkömmlichen Otto-Benzin-Brennkraftmaschine notwendig, während des Leerlaufs und beim Arbeiten der Maschine im Schwachlastbetrieb die Menge der in den Zylinder eingeführten Luft unter Verwendung einer Drosselklappe einzuschränken.

Andererseits wird, wie dem Fachmann bekannt ist, der Brennstoffverbrauch sehr stark verbessert, wenn die eingeführte Luft durch eine Drosselklappe nicht eingeschränkt wird und wenn die Einstellung des Belastungswerts nur in Abhängigkeit von der Einstellung der zugeführten Brennstoffmenge durchgeführt wird. Als Beispiel einer Benzin-Brennkraftmaschine, die das vorstehend genannte System anwendet, das erfolgreich in die Praxis eingeführt worden ist, ist eine ausgezeichnete Schichtladungs-Brennkraftmaschine, bei der der Brennstoff direkt eingespritzt wird, bekannt; diese Maschinen verwenden das Proco-System (FORD) und

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und das TCCS-System (TEXACO) usw. Bei einer Maschine dieser Art wird im Hinblick auf den Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in den Zylinder eingeführten Gemisches die Luftbrennstoffverhältnis-Zündgrenze dee brennbaren Gemisches ausgedehnt, so daß sich unmittelbar vor der Zündung ein brennbares Gemisch in der Nähe der Zündkerze und Luft in dem Raum der Verbrennungskammer, der das brennbare Gemisch umgibt, befinden.

Bei einer solchen Maschine wird der Brennstoff in die Verbrennungskammer direkt eingespritzt und die Zündung wird während der Zeit des Einspritzens des Brennstoffs bewirkt. Somit gehört das Verbrennungssystem in dieser Maschine zu der Kategorie des Brennstofftropfchen -Verbrennungssystems.

um eine gute Verbrennung in dieser Maschine zu erreichen, wird folglich umfassendes technisches Wissen benötigt, z. B. wie eine starke Wirbelbewegung erzeugt wird, wie die Zerstäubung des Brennstoffs gefördert wird und wo die Zündkerze relativ zu der Einspritzdüse angeordnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein mageres Luftbrennstoffgemisch das in einer üblichen Maschine nicht verbrannt werden kann, vollständig verbrennen kann, ohne daß zum Zeitpunkt des Leerlaufs oder während des Schwachlastbetriebs die eingeführte Luft gedrosselt wird.

Erfindungsgemäß wird deshalb eine Brennkraftmaschine geschaffen, die folgendes aufweist: Einen Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung, einen Zylinderkopf, der auf den Zylinderblock montiert ist und zwei Bohrungen aufweist, die eine erste Hilfsbrennkammer und eine zweite Hilfsbrennkammer begrenzen, ein Einlaßventil und ein Auslaßventil, die in dem Zylinderkopf bewegbar montiert sind, einen Kolben, der in der Zylinderbohrung hin- und herbewegbar ist, wobei der Kolben und der

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Zylinderkopf zwischen sich eine Hauptbrennkanuner bilden, in die während der Zeit der Einlaßphase durch das Einlaßventil Gas eingeführt wird, eine erste Durchlaßeinrichtung, die die erste Hilfsbrennkammer mit der Hauptbrennkanuner verbindet, eine zweite Durchlaßeinrichtung, die die zweite Hilfsbrennkammer mit der Hauptbrennkanuner verbindet, eine Brennstoffeinspritzeinrichtung, die in die zweite Hilfsbrennkammer Brennstoff einspritzt, so daß sich darin ein äußerst fettes Luftbrennstoffgemisch bildet, in dem die Flamme ausgelöscht wird, wobei die Menge des von der Brennstoffeinspritzeinrichtung eingespritzten Brennstoffs so reguliert wird, daß der Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in der Hauptbrennkammer und in der ersten und der zweiten Hilfsbrennkammer enthaltenen Gemisches größer als das stöchiometrische Luftbrennstoffverhältnis ist, eine dritte Durchlaßeinrichtung, die die erste Hilfsbrennkammer mit der zweiten Hilfsbrennkammer verbindet, so daß das äußerst fette Luftbrennstoffgemisch in die erste Hilfsbrennkammer geführt und ein brennbares Gemisch gebildet wird, das aus dem äußerst fetten

2C Luftbrennstoffgemisch und dem Gas in der ersten Hilfsbrennkammer besteht, und eine Zündeinrichtung in der ersten Hilfsbrennkammer, die das brennbare Gemisch zündet, wobei das brennende Gas über die erste Durchlaßeinrichtung in die Hauptbrennkammer zu strömen beginnt, ein Teil des brennenden Gases in die zweite Hilfsbrennkammer eintritt und das äußerst fette Luftbrennstoffgemisch über die zweite Durchlaßeinrichtung in die Hauptbrennkanuner schiebt und das gesamte äußerst fette Luftbrennstoffgemisch in der Hauptbrennkammer verbrennt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine allgemeine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine;

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Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Motorblocks des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 ist ein Schnittbild gemäß der Linie X-X in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Schnittbild gemäß der Linie Y-Y in Fig. 2;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Motorblocks eines anderen Ausführungsbeispiels, und

Fig. 6 ist ein Schnittbild gemäß dex Linie Z-Z in Fig. 5.

In Fig. 1 sind ein Motorblock 1, eine Einlaßleitung 2, eine Auslaßleitung 3, ein Luftfilter 4, ein im Fahrzeuginnenraum angeordnetes Fuß-Gaspedal 5, eine von der Maschine angetriebene und vom Gaspedal 5 gesteuerte erste Brennstoff-Einspritzpumpe 6, eine von der Maschine angetriebene und vom Gaspedal 5 gesteuerte zweite Brennstoff-Einspritzpumpe 7, eine an der Einlaßleitung 2 angebrachte und mit der zweiten Brennstoff-Einspritzpumpe 7 verbundene zweite Brennstoff-Einspritzdüse 8, eine mit der ersten Brennstoff-Einspritzpumpe 6 verbundene erste Brennstoff-Einspritzdüse 9, ein Brennstofftank 10 und eine Drosselklappe 11 dargestellt. Jedoch ist es gemäß der nachstehenden Beschreibung nicht immer notwendig, die Drosselklappe 11, die zweite Einspritzdüse 8 und die zweite Einspritzpumpe 7 vorzusehen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Drosselklappe 11 so konstruiert, daß sie bis auf eine vorbestimmte Größe offenbleibt, die die Öffnungsgröße der Drosselklappe bei einer herkömmlichen Maschine im Leerlauf übersteigt, bis daß das Gaspedal auf ein vorbestimmtes Maß herabgedrückt wird. Wenn das Gaspedal auf das vorbestimmte Maß herabgedrückt

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wird, saugt die erste Einspritzpumpe 6 gemäß dem Herabdrücken des Gaspedals 5 eine Brennstoffmenge vom Brennstofftank 10 an, während die zweite Einspritzpumpe 7 unwirksam bleibt.

Wenn das Gaspedal 5 über das vorstehend genannte vorbestimmte Ausmaß hinaus herabgedrückt wird, gelangt die Drosselklappe 11 in Eingriff mit dem Gaspedal 5, so daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 gemäß dem zunehmenden Herabdrücken des Gaspedals 5 ansteigt und als Folge davon die eingeführte Luftmenge durch die Drosselklappe 11 reguliert wird. Wenn dies auftritt, saugt die zweite Einspritzpumpe 7 vom Brennstofftank 10 eine der Menge der eingeführten Luft entsprechende Brennstoffmenge an, die dann von der zweiten Einspritzdüse 8 in die Einlaßleitung 2 eingespritzt wird und darin ein Luftbrennstoffgemisch bildet. Dann wird das auf diese Weise gebildete Gemisch in die Verbrennungskammer der Maschine eingeführt. Wenn die zweite Einspritzpumpe gemäß der vorstehenden Beschreibung wirksam wird, kommt andererseits die erste Einspritzpumpe 6 außer Eingriff mit dem Gaspedal 5, so daß von der ersten Einspritzdüse 9 immer eine konstante Brennstoffmenge der Verbrennungskammer der Maschine zugeführt wird.

Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoffeinspritzsystem arbeitet wie folgt: Der Anschaulichkeit halber wird nachstehend das Belastungsmaß der Maschine, wenn das Gaspedal 5 weniger als auf das vorstehend genannte vorbestimmte Ausmaß herabgedrückt ist, als Leerlauf bzw. geringe Belastung bezeichnet, während das Belastungsmaß nachstehend als mittlere bzw. große Belastung bezeichnet wird, wenn das Gaspedal 5 bis über das vorstehend genannte vorbestimmte Ausmaß hinaus herabgedrückt wird.

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Die vom Luftfilter 4 gefilterte Luftmenge wird durch die Drosselklappe 11 gesteuert. Die Luft wird durch die Einlaßleitung 2 in die Verbrennungskammer der Maschine eingeführt. Wenn die Maschine im Leerlauf bzw. bei geringer Belastung arbeitet, v/ird über die Drosselklappe 11 ein konstantes Luftvolumen in die Verbrennungskammer der Maschine eingeführt; die Drosselklappe 11 bleibt bis zu dem vorstehend genannten vorbestimmten Ausmaß offen. Die Ausgangsleistung der Maschine wird durch alleiniges Steuern der von der ersten Einspritzdüse 9 in die Verbrennungskammer der Maschine direkt eingespritzten Brennstoffmenge reguliert. Andererseits wird während des Betriebs der Maschine bei mittlerer bzw. großer Belastung die Luftmenge durch die Drosselklappe 11 gesteuert, deren Öffnungsgrad bei Zunahme des Herabdrückens des Gaspedals 5 ansteigt. Eine der Menge der eingeführten Luft entsprechende Brennstoffmenge wird von der zweiten Einspritzdüse 8 in die Einlaßleitung 2 eingespritzt, so daß ein Luftbrennstoffgemisch in der Einlaßleitung 2 gebildet wird und dann das auf diese Weise gebildete brennbare Gemisch in die Verbrennungskammer der Maschine eingeführt wird. Dabei wird von der ersten Einspritzdüse 9 eine konstante Brennstoffmenge unmittelbar in die Verbrennungskammer der Maschine eingespritzt. Das verbrannte Gas v/ird ähnlich wie bei einer üblichen Maschine über die Auslaßleitung 3 in die Atmosphäre ausgestoßen.

Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau eines Motorblocks 1 wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 besitzt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen Zylinderblock 20, einen im Zylinderblock 20 ausgebildeten Zylinder 20a, einen im Zylinder 20a hin- und herbewegbaren Kolben 19, einen über eine Dichtung 26 am Zylinderblock 20 befestigten Zylinderkopf 24, ein Einlaßventil 21 und ein nicht gezeigtes Auslaßventil , die am Zylinderkopf 24 befestigt sind,

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und eine im Zylinderkopf 24 ausgebildete Einlaßöffnung 22. Die Gffrungsbetätigung der Einlaßöffnung 22 v/ird vom Einlaßventil 21 gesteuert. Die Einlaßöffnung 22 ist mit der Einlaßleitung 2 verbunden und gemäß der vorstehenden Be-Schreibung ist die zweite Einspritzdüse 8 an der Einlaßleitung 2 montiert. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt ferner eine zwischen einer Innenwand des Zylinderkopfs 24 und einer Stirnfläche des Kolbens 19 gebildete Hauptbrennkairjner 18, ein Hilfsbrennkammer-Paßteil 17, das in eine im Zylinderkopf 24 gebildete Vertiefung 27 unter Bildung eines Preßsitzes eingesetzt ist, eine erste Hilfsbrennkammer 13, die am Grunde der Vertiefung 27 gebildet und durch den Zylinderkopf 24 und das Paßteil 17 begrenzt ist, und eine zweite Hilfsbrennkammer 23. Die erste Hilfsbrennkammer 13 ist einerseits über zwei Verbindungskanäle 15 (siehe Fig. 3) mit der zweiten Hilfsbrennkammer 23 und andererseits über einen Verbindungskanal 14 mit der Hauptbrennkammer 18 verbunden. Die zweite Hilfsbrennkammer 23 ist mit der Hauptbrennkammer 18 über vier Verbindungskanäle 16 (siehe Fig. 4) verbunden, die in die Hauptbrennkammer 18 in der Nähe der Stelle 14a münden, an der der Verbindungskanal 14 in die Hauptverbrennungskammmer 18 eintritt. Eine dünne hohle zylindrische Wand 17a ist im Paßteil 17 so ausgebildet, daß sie durch die zweite Hilfsbrennkammer 23 hindurchgeht. Diese dünne hohle zylindrische Wand 17a bildet eine gemeinsame Wand, die einen Teil der inneren Wand der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 und gleichzeitig die innere Wand des Verbindungskanals 14 bildet. Eine Zündkerze 12 befindet sich in der ersten HiIfsbrennkammer 13, während sich in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 die erste Einspritzdüse 9 befindet. In Fig. 3 ist ein Querschnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 2 dargestellt, während Fig. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie Y-Y in Fig. 2 zeigt.

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Wenn die Maschine im Leerlauf bzw. bei geringer Be lastung arbeitet, wird während der Einlaßphase gemäß der vorstehenden Beschreibung durch die Einlaßleitung 2, die Einlaßöffnung 22 und das geöffnete Einlaßventil 21 nur Luft in die Hauptbrennkammer 18 eingeführt. In die zweite Hilfsbrennkammer 23 wird Brennstoff so eingespritzt, daß die Brennstoffeinspritzbetätigung beendet ist, wenn der Kolben 19 eine Stelle nahe am unteren Totpunkt erreicht. Während der Verdichtungsphase wird die Luft in der Hauptbrenn-

1C kammer 18 einerseits über den Verbindungskanal 14 in die erste Hilfsbrennkammer 13 und andererseits über die Verbindungskanäle 16 in die zweite Hilfsbrennkammer 23 gedrückt. Die Verbindungskanäle 16 sind so angeordnet, daß die in die zweite Hilfsbrennkammer 23 gedrückte Luft zu diesem Zeitpunkt eine Wirbelbewegung in der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 bewirkt, wie es in Fig. 4 durch den Pfeil A dargestellt ist. Die gemein same Wand 17a ist von dem von der ersten Hilfsbrennkammer in die Hauptbrennkammer 18 gelangten brennendon Strahl im vorhergehenden Zyklus erhitzt. Folglich verdampft der von der ersten Einspritzdüse 9 eingespritzte und auf die gemeinsame Wand 17a aufprallende Brennstoff infolge der hohen Temperatur der gemeinsamen Wand 17a schnell; an schließend wird der auf diese Weise zerstäubte Brennstoff mit der verwirbelten Luft vollständig vermischt. Deshalb wird in der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 ein äußerst fettes Luftbrennstoffgemisch gebildet. Jedoch wird bei der er findungsgemäßen Brennkraftmaschine die von der ersten Einspritzdüse 9 eingespritzte Brennstoffmenge so einreguliert, daß der Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in

3C der Hauptbrennkammer 18, der ersten Hilfsbrennkammer 13 und der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 enthaltenen Gemisches größer als das Luftbrennstoffverhältnis des in einer üblichen Maschine verwendeten Gemisches ist. Damit gelangt ein Teil des in der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 gebildeten fetten Luftbrennstoffgemisches durch die Verbindungskanäle 15 und

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wird mit der in der ersten Hilfsbrennkammer 13 enthaltenen Luft vermischt. Folglich wird in der Nähe des Elektrodenabstands der Zündkerze 12 ein brennbares Gemisch gebildet. Am Ende der Verdichtungsphase wird das brennbare Gemisch in der ersten Hilfsbrennkammer 13 durch die Zündkerze 12 gezündet und es breitet sich die Flamme schnell über den gesamten Raum der ersten Hilfsbrennkammer 13 aus. Dann dringt ein Teil des brennenden Gases, das sich auf diese Weise in der ersten Hilfsbrennkammer 13 gebildet hat und eine hohe Temperatur aufweist, über den Verbindungskanal

14 in die Hauptbrennkammer 18 ein, während ein Teil des verbleibenden brennenden Gases über die Verbindungskanäle

15 in die zweite Hilfsbrennkammer 23 eintritt. Wie vorstehend erwähnt ist, ist ein äußerst fettes Luftbrennstoffgemisch in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 gebildet. Somit wird die in die zweite Hilfsbrennkammer 2 3 eintretende Flamme ausgelöscht und deshalb wird das Geirisch in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 nicht verbrannt. Dor Druck in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 steigt allmählich an, v/enn das brennende Gas über die Verbindungskanäle 15 in die zweite Hilfsbrennkammer 2 3 eintritt; somit strömt ein fettes Luftbrennstoffgemisch von der zweiten Hilfsbrennkammer 23 durch die Verbindungskanäle 16 in die Hauptbrennkammer 18 in Richtung auf eine Stelle in der Nähe der Stelle 14a, an der der Verbindungskanal 14 in die Hauptbrennkammer 18 mündet. Das aus den Verbindungskanälen 16 strömende fette Luftbrennstoffgemisch wird mit der Luft in der Hauptbrennkammer 18 vermischt und durch den aus dem Verbindungskanal 14 strömenden brennenden Strahl gezündet. Die Flamme breitet sich dann über den gesamten Raum der Hauptbrennkammer 18 aus. Deshalb wird der aus der ersten Einspritzdüse 9 in die zweite Hilfsbrennkammer 23 eingespritzte Brennstoff in der Hauptbrennkammer vollständig verbrannt, was auf die austreibende Wirkung des fetten Luftbrennstoffgemisches, die von dem in die zweite Hilfsbrennkammer 2 3 eintretenden brennenden Gas bewirkt wird, und auf den aus dem Verbindungskanal 14 strömenden

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brennenden Strahl zurückzuführen ist. Der Verbindungskanal 15 ist so angeordnet, daß das fette Luftbrennstoffgemisch leicht in die erste Hilfsbrennkammer 13 verteilt werden kann.

Wenn die Maschine bei mittlerer bzw. großer Belastung arbeitet, wird gemäß der vorstehenden Beschreibung der Brennstoff von der zweiten Einspritzdüse 8 in die Einlaßleitung 2 zusätzlich zu dem von der ersten Einspritzdüse 9 in die zweite Hilfsbrennkammer 23 eingespritzten Brennstoff einge-

U spritzt. Folglich wird in diesem Fall ein mageres Luftbrennstoff gemisch in die Hauptbrennkammer 18 eingeführt. Jedoch wird bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine die Menge des von der ersten Einspritzdüse 9 und der zv/eiten Einspritzdüse 8 eingespritzten Brennstoffs so reguliert, daß der Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in der Hauptbrennkammer 18, der ersten Hilfsbrennkammer 13 und der zweiten Hilfsbrennkammer 23 enthaltenen Gemisches größer als das Luftbrennstoffverhältnis des in einer üblichen Maschine verwendeten Gemisches ist. Wenn die Maschine unter mittlerer bzw. großer Belastung arbeitet, erfolgt die Verbrennung in gleicher Weise wie im Leerlauf bzw. während des Betriebs bei geringer Belastung. Deshalb kann die Beschreibung der Wirkungsweise der Maschine entfallen.

In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei sind die gleichen Bauteile wie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ist die Querschnittsfläche des offenen Endes 14a des Verbindungskanals 14, das in die Hauptbrennkammer 18 mündet, im Vergleich

3D mit jedem anderen Teil des Verbindungskanals 14 eingeschränkt und der Verbindungskanal 16 mündet gemäß der Darstellung in Fig. 6 in die Hauptbrennkammer 18 in der Form einer um das offene Ende 14a angeordneten ringförmigen öffnung. Folglich wird die Wärmeisolationsfähigkeit der gemeinsamen Wand 17a im Vergleich mit der in Fig..2 gezeigten gemeinsamen Wand 17a erhöht und es wird deshalb die Fähigkeit, ein fettes Luftbrenn-

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stoff gemisch in der zweiten Hilf sbrennkaminer 23 zu erwärmen, verbessert.

Ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird am Ende der Verdichtungsphase ein brennbares Gemisch in der ersten Hilfsbrennkammer 13 gezündet. Wenn ein Teil des brennenden Gases, das auf diese Weise in der ersten Hilfsbrennkammer 13 gebildet ist und eine hohe Temperatur aufweist, durch den Verbindungskanal 14 in die Hauptbrennkammer 18 strömt, ist die Geschwindigkeit des in dem offenen Ende 14a strömenden brennenden Strahls größer als die Geschwindigkeit des aus der zweiten Hilfsbrennkammer 23 durch den ringförmigen Verbindungskanal 16 gestoßenen fetten Luftbrennstoffgemisches. Folglich wird das in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 vollständig verdampfte fette Luftbrennstoffgemisch infolge des Strahlpumpen-Effekts in die Hauptbrennkammer 18 gesaugt, wodurch der gesamte in die zweite Hilfsbrennkammer 23 eingespritzte Brennstoff in der Hauptbrennkammer 18 verbrannt werden kann.

Um einen starken brennenden Strahl zu erhalten und den gesamten Brennstoff in der zweiten Hilfsbrennkammer 23 in die Hauptbrennkammer 18 einzuführen, wird gemäß einem durchgeführten Experiment bevorzugt, daß die erste Hilfsbrennkammmer bezogen auf das gesamte Volumen der Verbrennungskammer der Maschine ein Volumen von 8 bis 12 % aufweist. Zusätzlich wird auch bevorzugt, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des offenen Endes 14a des Verbindungskanals 14 zum Volumen der ersten Hilfsbrennkammer 13 innerhalb des Bereichs von 0,08 cm bis 0,12 cm liegt. Während bevorzugt wird, daß die zweite Hilfsbrennkammer 23 ein Volumen von 10 bis 30 % relativ zum gesamten Volumen der Verbrennungskammer der Maschine aufweist, ist es ferner nicht notwendig, die Drosselklappe 11, die zweite Einspritzpumpe 7 und die zweite Einspritzdüse 8 vorzusehen, wenn das Volumen der zweiten

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Hilfsbrennkammer 23 bezogen auf das gesamte Volumen der Verbrennungskammer 30 % übersteigt. Sind die Drosselklappe 11, die zweite Einspritzpumpe 7 und die zweite Einspritzdüse 8 nicht vorgesehen, entsteht keine drosselnde Wirkung der eingeführten Luft, unabhängig von der Belastungsart, unter der die Maschine arbeitet. Sogar wenn die in die Verbrennungskammer eingeführte Brennstoffmenge durch die erste Einspritzpumpe 6 reguliert wird und somit der gesamte für die Verbrennung notwendige Brennstoff von der ersten Einspritzdüse 9 der zweiten Hilfsbrennkammer 2 3 zugeführt wird, kann in diesem Fall zusätzlich eine gute Verbrennung erreicht werden.

Während die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, bei dem der Brennstoff von der zweiten Brennstoff-Einspritzdüse 8 in die Einlaßleitung 2 eingespritzt wird, wenn die Maschine unter mittlerer bzw. großer Belastung arbeitet, kann anstelle der Verwendung dieses Brennstoff einspritzsystems ein Vergaser verwendet werden , der in die Einlaßleitung 2 Brennstoff nur dann einspritzen kann, wenn die Maschine unter mittlerer bzw. großer Belastung arbeitet. Zusätzlich kann als Brennstoff, der in die Einlaßleitung 2 und in die zweite Hilfsbrennkammer 2 3 eingespritzt wird, ein Mehrfachbrennstoff verwendet werden. Ferner kann als Material für das Hilfsbrennkammer-Paßteil ein Keramikmaterial, ein Sintermetall oder ein wärmebeständiges Material, z. B. eine rostfreie Stahllegierung, verwendet werden.

Da erfindungsgemäß die aus einer Lage aus brennbarem Gemisch und aus einem äußerst fetten Luftbrennstoffgemisch, . in dem die Flamme ausgelöscht wird, bestehende Schicht in der Kammmer gebildet wird, die die erste und die zweite Hilfsbrennkammer umfaßt, und da der gesamte, in die zweite Hilfsbrennkammer eingespritzte Brennstoff zurVerbrennung in der Hauptbrennkammer beitragen kann, sogar wenn

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der Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in der Hauptbrennkammer enthaltenen Gemisches sehr viel größer als das stöchionietrische Luftbrennstoff verhältnis ist, kann eine leichte Zündung und eine gute Verbrennung erreicht werden. Folglich kann eine gute Verbrennung erreicht werden, ohne daß die eingeführte Luft im Leerlauf bzw. bei geringer Belastung der Maschine gedrosselt wird, wodurch der Brennstoffverbrauch stark verbessert und die Menge der schädlichen Abgasbestandteile HC, CO und NO verringert wird.

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Claims

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Patentansprüche

Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

einen Zylinderblock (20) mit einer Zylinderbohrung, einen Zylinderkopf (24), der auf den Zylinderblock montiert ist und zwei Bohrungen aufweist, die eine erste Hilfsbrennkamrner (13) und eine zweite Hilfsbrennkammer (23) bilden,

ein Einlaßventil (21) und ein Auslaßventil, die an dem Zylinderkopf (24) bewegbar montiert sind, einen Kolben (19), der in der Zylinderbohrung hin- und herbewegbar ist, wobei der Kolben und der Zylinderkopf zwischen sich eine Hauptbrennkammer (18) bilden, in die über das Einlaßventil zum Zeitpunkt der Einlaßphase Gas eingeführt wird,

eine erste Verbindungseinrichtung (14), die die erste Hilfsbrennkammer (13) mit der Hauptbrennkammer (18) verbindet,

eine zweite Verbindungseinrichtung (16), die die zweite Hilfsbrennkammer (23) mit der Hauptbrennkammer (18) verbindet,

eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung (9), die Brennstoff in die zweite Hilfsbrennkammer (23) einspritzt, so daß sich darin ein äußerst fettes Luftbrennstoffgemisch bildet, in dem die Flamme ausgelöscht wird, wobei die Menge des von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung eingespritzten Brennstoffs gemäß dem Belastungswert der Maschine eingestellt wird,

eine dritte Verbindungseinrichtung (15), die die erste Hilfsbrennkammer (13) mit der zweiten Hilfsbrennkammer (23) verbindet, so daß das äußerst fette Luftbrennstoff- gemisch in die erste Hilfsbrennkammer geführt und ein brennbares Gemisch gebildet wird, das aus dem äußerst

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fetten Luftbrennstoffgemisch und dem Gas in der ersten Hilfsbrennkammer besteht, und

eine Zündeinrichtung (12) in der ersten Hilfsbrennkammer (13), die das brennbare Gemisch zündet und das brennende Gas durch die erste Verbindungseinrichtung (14) in die Hauptbrennkammer (18) schiebt, wobei ein Teil des brennenden Gases in die zweite Hilfsbrennkammer (23) eintritt und das äußerst fette Luftbrennstoffgemisch über die zweite Verbindungseinrichtung (16) in die Hauptbrennkammer (18) schiebt, so daß das gesamte äußerst fette Luftbrennstoffgemisch in dor Hauptbrennkammer (18) verbrennt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung (9) eingespritzten Brennstoffs so eingestellt wird, daß der Mittelwert des Luftbrennstoffverhältnisses des in der Hauptbrennkammer (18), der ersten Hilfsbrennkammer (13) und der zweiten Hilfsbrennkammer (2 3) enthaltenen Gemisches größer als das stöchiometrische Luftbrennstoffverhältnis ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungseinrichtung (14) durch eine Umfangswand begrenzt ist, die einen Teil der die zweite Hilfsbrennkammer (23) definierenden inneren Wand (17a) bildet.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsbrennkammer (13) an einer Stelle angeordnet ist, die in bezug auf die zweite Hilfsbrennkammer (23) von der Hauptbrennkammer (18) entfernt liegt, wobei die Umfangswand durch eine hohle zylindrische Wand (17a) gebildet wird, die durch die zweite Hilfsbrennkammer (23) hindurchreicht. 35

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5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzeinrichtung (9) eine in der zweiten Hilfsbrennkammer (23) angeordnete Brennstoff-Einspritzdüse aufweist, wobei die Ausströmöffnung der Einspritzdüse auf den Teil einer inneren Wand gerichtet ist, die die zweite Hilfsbrennkammer (23) begrenzt.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungseinrichtung (16) mindestens einen Verbindungskanal aufweist, der in die Hauptbrennkammer (18) in der Nähe der Stelle (14a) mündet, an der die erste Verbindungseinrichtung in die Hauptbrennkammer mündet.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal so angeordnet ist, daß das durch den Verbindungskanal in die zweite Hilfsbrennkammer eintretende Gas eine Wirbelbewegung in der zweiten Hilfsbrennkammer verursacht.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungseinrichtung (14) ein kreisförmiges offenes Ende an der Stelle aufweist, an der die erste Verbindungseinrichtung in die Hauptbrennkammer (18) mündet, und daß der Verbindungskanal eine ringförmige Öffnung aufweist, die um das kreisförmige offene Ende angeordnet ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des kreisförmigen offenen Endes eingeschränkt ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das über das Einlaßventil (21) in die Hauptbrennkammer (18) eingeführt wird, Luft ist.

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11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Hauptbrennkammer eingeführte Gas ein Luftbrennstoffgemisch ist, wobei die Menge des von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung (9) eingespritzten Brenn-Stoffs gemäß dem Belastungswert der Maschine eingestellt wird, wenn die Maschine im Leerlauf bzw. bei geringer Belastung arbeitet, während die Brennstoffmenge in dem Gemisch, das in der Hauptbrennkammer (18), in der ersten Hilfsbrennkammer (13) und in der zweiten Hilfsbrennkammer (23) enthalten ist, gemaß dem Belastungswert der Maschine eingestellt wird, wenn die Maschine bei mittlerer bzw. bei großer Belastung arbeitet.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Einlaßleitung (2) aufweist, in der eine Drosselklappe (11) und eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung (8) angeordnet ist, und daß das in die Hauptbrennkammer (18) eingeführte Luftbrennstoffgemisch ein mageres Luftbrennstoffgemisch ist.
'13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlauf bzw. bei geringer Belastung der Maschine die Drosselklappe (11) auf ein vorbestimmtes Maß geöffnet und die Brennstoff-Einspritzeinrichtung (8) unwirksam bleiben.
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14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungseinrichtung (14) einen Verbindungskanal mit einem offenen Ende aufweist, mit dem der Verbindungskanal in die Hauptbrennkammer (18) mündet, wobei die erste Hilfsbrennkammer (13) relativ zum gesamten Volumen der Hauptbrennkammer, der ersten und der zweiten HiIfsbrennkammer ein Volumen von 8 bis 12 % aufweist und das Verhältnis der Querschnittsfläche des offenen Endes des Verbindungskanals zum Volumen der ersten Hilfsbrennkammer im Bereich von 0,08 cm" bis 0,12 cm liegt.

809826/0461