DE2746596A1

DE2746596A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2746596A1
Application number: DE19772746596
Authority: DE
Inventors: Walter Benedikt; Dieter Dipl Ing Scherenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-10-15
Filing date: 1977-10-15
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS6125892B2; JPS5467111A; US4242990A; DE2746596C2

Description

R. 4186

28.9.1977 Bö/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Fremdgezündete Brennkraftmaschine Zusammenfassung

Es wird eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen mit je einem Hauptbrennraum pro Zylinder und einer mit dem Hauptbrennraum über einen Überströmkanal verbundenen Zündkammer, deren frei in den Hauptbrennraum ragendes Mündungsteil als Injektor ausgebildet ist. Nach der Zündung des in der Zündkammer befindlichen Gemisches durch eine Zündkerze wird bei Austritt des Flammstrahls aus dem Überströmkanal in den Hauptbrennraum durch den Injektor das die Mündung der Zündkammer umgebende kraftstoffreiche Gemisch in der Nähe der gekühlten Wände des Hauptbrennraumes angesaugt und damit die Temperatur des Brennstrahls gesenkt. Auf diese Weise wird auch die NO -Konzentration des den Brennstrahl bildenden Ladungsanteils und damit auch der gesamten Abgasmenge gesenkt. Gleichzeitig wird die Turbulenz der Ladung im Hauptbrennraum zum EntflammungsZeitpunkt gesteigert und die Gasumsetzgeschwindigkeit erhöht.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche bekannte Brennkraftmaschine, die pro Zylinder einen Hauptbrennraum und eine mit diesem verbundene Zündkammer besitzt, hat den Nachteil, daß der in der Zündkammer befindliche Ladungsteil, der nach der Zündung als Flammstrahl in die Hauptbrennkammer austritt, am stärksten aufgeheizt ist und durch die weitere Kompression noch weiter aufgeheizt wird, wenn der Rest der Ladung im Hauptbrennraum verbrennt. In bekannter Weise tritt die NO Bildung insbesondere in den stark erhitzten Ladungsteilen auf. Je größer diese Ladungsmenge ist und je höher die Temperatur ist, umso höher wird die NO -Emission in der

Ji.

insgesamt verbrannten Ladung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Ansaugen von kühlen Ladungsteilen des Hauptbrennraums und die frühzeitige Durchmischung dieser Ladungsteile mit dem heißen Flammstrahl die Temperatur dieser Ladungsteile frühzeitig abgesenkt und damit die NO -Konzentration verringert wird.

Dadurch, daß vorwiegend das nahe der gekühlten Brennraumwände befindliche, kohlenwasserstoffreiche Gemisch der Ladung im Hauptbrennraum angesaugt wird, kommt es zu einer weiteren Absenkung der NO -Emission, da die Kohlenwasserstoffe bei Abwesenheit von Sauerstoff eine reduzierende Wirkung auf bereits gebildete NO -Bestandteile haben.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine widergegeben. In dem Zylinderblock 1 befinden sich Zylinderbohrungen 2, von denen ein Teil einer Zylinderbohrung geschnitten wiedergegeben ist. In der Zylinderbohrung ist ein Kolben 3 angeordnet, der in bekannter Weise in der Zylinderbohrung 2 verschiebbar ist und zusammen mit einem die Zylinderbohrung 2 abschließenden Zylinderkopf 5 einen Hauptbrennraum 6 einschließt. Der Hauptbrennraum wird über eine Saugleitung 7 mit Betriebsgemisch versorgt. Der Eintritt der Frischladung von Saugleitung 7 in den Hauptbrennraum 6 wird durch ein Einlaßventil 8 gesteuert. In üblicher Weise sind die an den Hauptbrennraum und an die Zylinderbohrung anschließenden Teile von Zylinderkopf und Zylinderblock gekühlt, was im vorliegenden Falle durch mit Kühlflüssigkeit gefüllte Hohlräume 10 erfolgt.

Der im wesentlichen nicht unterteilte Hauptbrennraum 6 weist einen zylindrischen Teil 12 auf, der unmittelbar von den Hohlräumen 10 umgeben ist und in den der Mündungsteil 1*1 einer Zündkammer 15 ragt. Der zylindrische Teil 12 bildet mit dem Mündungsteil I¹J einen Ringspalt 22. Die Zündkammer

15 weist eine rotationssymmetrische Form auf und befindet sich in einem dicht in den Zylinderkopf eingeschraubten Einsatz Mit der Achse der Zündkammer 15 fluchtend ist in den Einsatz

16 eine Zündkerze 17 eingeschraubt, deren Elektroden in die Zündkammer ragen. Genau gegenüber weist der Mündungsteil einen düsenartig ausgebildeten Teil 18 auf, der einen

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koaxial zur Zündkerzenachse verlaufenden in den Hauptbrennraum führenden Überströmkanal 19 aufweist. Der Düsenteil ist brennraumseitig von einem mit dem Einsatz 16 fest verbundenen Mantel 20 umgeben, der mit dem Düsenteil 18 einen Ringspalt 21 bildet, der einerseits tangential in den überströmkanal 19 mündet und andererseits über radiale Durchbrüche mit dem Ringspalt 22 verbunden ist.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Nachdem während des Ansaughubs des Kolbens 3 über die Saugleitung 7 und das geöffnete Einlaßventil 8 der Hauptbrennraum mit einem Gemisch aus Kraftstoff und Luft geladen wurde, wird in üblicher Weise nach dem Schließen des Einlaßventils beim Aufwärtshub des Kolbens 3 das Gemisch bis auf das kleinste verbleibende Volumen des Hauptbrennraums 6 komprimiert. Dabei strömt ein Teil der Ladung über den überströmkanal 19 auch in die Zündkammer 15 ein. Sobald, kurz bevor der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat, das in der Zündkammer befindliche Gemisch durch einen Funken der Zündkerze gezündet ist, erfolgt dort eine rasche Umsetzung des Kraftstoffs mit der vorhandenen Luft und ein Ausstoßen des sich entzündenden Gemisches in Form eines Flammstrahls durch den überströmkanal 19 in den Hauptbrennraum. Dort kommt es zur Entzündung der übrigen Gemischbestandteile (der dort eingebrachten Gemischladung).

Insoweit entspricht die Funktionsweise derjenigen einer vorbekannten Zündkammer. Bekannterweise kann mit einer solchen Zündkammer auch ein stärker abgemagertes Betriebsgemisch sicher gezündet und eine gleichmäßige nachfolgende Verbrennung erzielt werden. Die Zündung des an sich sehr mageren Gemischs wird durch die hohe Turbulenz des in die Zündkammer eintretenden Gemisches begünstigt und die nachfolgende Entzündung der übrigen Ladung dadurch begünstigt, daß der austretende

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Flairanstrahl wiederum auch im Hauptbrennraum eine hohe Turbulenz und schnelle Durchmischung bewirkt. Damit wird auch eine schnelle Umsetzung des gesamten eingebrachten Gemisches erzielt.

Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mündet tangential in den Flammstrahl der Ringspalt 21. Durch Injektorwirkung wird über den Ringspalt und die Durchbrüche 23 ein Teil der in Ringspalt 22 und in der Hauptbrennkammer 6 befindlichen Ladung mitgesaugt und intensiv mit den Gasen des Flammstrahls vermischt. Bei dem angesaugten Gemisch handelt es sich um ein mit Kohlenwasserstoff angereichertes Gemisch, das sich in der Nähe der gekühlten Brennraumwände des Zylinderkopfes im zylindrischen Teil 12 des Hauptbrennraumes befindet. Auch durch den Eintrittswinkel der Saugleitung 7 bzw. die Lage der Zündkammer wird die Ansammlung von kraftstoffreichen Gemischteilen an dieser Stelle begünstigt.

Die Vermischung des heißen Flammstrahls mit dem angesaugten kühleren, HC-reichen Frischgemisch führt zu einer Temperaturabsenkung des Flammstrahls und damit derjenigen Gemischanteile, die die höchste NO -Konzentration enthalten. Das in der Nähe der Zündkerze zuerst gezündete Gemisch erreicht nämlich frühzeitig eine hohe Temperatur, die durch die weitere Kompression während der Umsetzung der restlichen Ladungsbestandteile noch weiter erhöht wird. Die s^irk erhitzten Bestandteile des umgesetzten Betriebsgemisches sind Träger hoher NO Emission, die umso höher ist, je höher die maximale Verbrennungstemperatur ist. Durch die Beimischung von kühleren kohlenwasserstoffreichen Gemischanteilen zum Flammst-ahl wird die Spitzentemperatur gesenkt. Weiterhin wird bei Sauerstoffmangel der reduzierende Effekt der Kohlenwasserstoffe auf die NO -Bestandteile ausgenutzt und damit eine Absenkung der Stickoxid-Emission erzielt.

Der austretende Flammstrahl führt ferner zu einer hohen

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turbulenten Ladungsbewegung und zu einer schnellen Umsetzung des gesamten eingebrachten Betriebsgemischs. Daraus ergeben sich im Vergleich zu üblichen Zündkerzenanordnungen im Hauptbrennraum bei gleichen Betriebsbedingungen geringere Kraftstoffverbräuche. Wenn man den Kraftstoffverbrauch gleich hoch halten kann, so ist es bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, den Zündzeitpunkt näher an den oberen Totpunkt heranzulegen. Diese Maßnahme wirkt sich bekanntermaßen wiederum so aus, daß die NO- und die Kohlenwasserstoff-Emission gesenkt wird.

Wenn die Ringspalte 21 und 22 sehr schmal gehalten werden, nämlich kleiner als 0,2 mm, so wird mit Sicherheit (bei absinkender Ausströmgeschwindigkeit des Flammstrahls) das Eintreten der Flammenfront in die Ringspalte vermieden. Damit wird insbesondere der Ringspalt 22 als kohlenwasserstoffreiche, kühle Zone begünstigt und zusätzlich eine Überhitzung des Mündungsteiles 14 vermieden.

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Claims

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Ansprüche

f1.JFremdgezündete Brennkraftmaschine mit je einem Hauptbrennraum pro Zylinder und einer mit dem Hauptbrennraum über einen Überströmkanal verbundenen Zündkammer, in die eine Zündkerze eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Überströmkanal (19) enthaltende Mündungsteil (I¹I) der Zündkammer (15) frei in den Hauptbrennraum ragt und als Injektor ausgebildet ist mit Ansaugöffnungen (23), die mit den den Mündungsteil radial umgebenden Teilen des Hauptbrennraums (6) verbunden sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsteil (I¹O der Zündkammer einen Düsenteil (18) aufweist, der sich zum überströmkanal (19) hin kegelförmig verengt und einen diesen Düsenteil koaxial umgebenden, einen Ringspalt (21) bildenden Mantel (20) aufweist, der Durchbrüche (23) hat, die den Ringspalt mit dem den Mündungsteil (I¹O umgebenden Hauptbrennraum (6) verbinden.
3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Mündungsteil (I¹O umgebende Teil (12) des Haupt-

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brennraums zylindrisch ausgebildet und gut gekühlt ist und einen Ringspalt (22) bildet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (21) tangential in Ausströmrichtung zum überströmkanal (19) einmündet und die Ringspalte (21, 22) eine Spaltbreite haben, die kleiner als 0,2 mm ist.

5· Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (15) in einem auswechselbaren Einsatz (16) vorgesehen ist, in den koaxial zum überströmkanal die Zündkerze (17) eingeschraubt ist.

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