DE2922534A1

DE2922534A1 - Gemischbildung fuer brennkraftmaschinen mit schichtladung

Info

Publication number: DE2922534A1
Application number: DE19792922534
Authority: DE
Inventors: Paul Dr August
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1979-06-01
Publication date: 1980-12-11
Also published as: JPS56500813A; WO1980002724A1; EP0029051A1; GB2062757A

Description

Gemischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schiclitladung

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Gemischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schichtiadung, bei denen im ersten Teil des Ansaugtaktes bzw. dem unteren den Kolben zugewandten Teil der Zylinderfüllung nur Gas ohne Kraftstoff zugeführt wird, während im zweiten Teil der Brennluft Kraftstoff zugemischt wird.

Eingangs genannte Schichtlademotoren sind in vielfältigen Ausführungen bekannt geworden. Eine erste Ausführungsform ist in der "Motortechnischen Zeitschrift 34 (1973)? Seite 317 - 322 beschrieben. Eine Beschreibung des Honda-CVCC-Motors ist beispielsweise in der Zeitschrift "Auto-Motor-Sport 3, 1973," Seite 35 gegeben, während der sogenannte May-Motor in der Motortechnischen Zeitschrift 39, 1979,"Seite 15o beschrieben ist.

Am meisten bekannt geworden ist der Honda-CVCC-Motor. Dieser und andere Motoren mit Schichtladung bei äusserer Gemischbildung haben eine kleinere Nebenkammer, die mit einem engen Kanal mit dem Hauptbrennraum verbunden ist. In die kleine Kammer wird über eine gesonderte Ansaugleitung und drittem Ventil ein fetteres Gemisch angesaugt. Bei anderen Ausführungen wird in der kleinen Kammer das Gemisch durch zusätzliche Einspritzung angefettet. In den Hauptbrennraum wird je nach Belastung ein kraftstofffreies oder mageres Gemisch eingebracht.

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Das fettere Gemisch, in der kleinen Kammer wird gezündet und die Flamme stößt durch den engen Kanal in die Hauptbrennkammer , wo sie das dort befindliche magere Gemisch zündet.

Solche Motoren mit Schichtladung haben keinen sehr guten Wirkungsgrad, da die Brennkammern zerklüftet sind, wobei auch soviel HC entsteht, daß eine Nachverbrennung notwendig wird, die zusätzliche Kosten verursacht.

Es ist außerdem darauf zu achten, daß bei Teillast im unteren Teil der ZyIInderfüllung sich ein kraftstoffreies Gas befindet. Dieses Gas wird zum Teil zwischen Kolben und Zylinderwand gepresst und befindet sich im oberen Totpunkt des Kolbens in den Quetschspalten. Da die Verbrennung in diese Bereiche gar nicht oder nur unvollständig geht, entstehen dort unverbrannte HC.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Gemischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schichtladung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß verbesserte Abgas- und Verbrauchswerte erzielbar sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Wirbelrotationsströmung in der Brennkammer während des Verdichtungshubes kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens bis zum Erreichen des oberen Totpunktes erzeugt wird, und daß der Raum vor der Zündkerze von dieser Wirbelrotationsströmung freigehalten wird.

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Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, daß in der Brennkammer des Schichtlademotors kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes bis zum Eriachen des oberen Totpunktes eine Wirbelrotationsströmung erzeugt wird, wobei aber der Raum vor der Zündkerze von dieser Wirbelrotationsströmung freigehalten wird. Es wird also verhindert, daß der Raum oder Bereich der Brennkammer vor der Zündkerze in die Wirbelrotationsströmung bzw. durch Mischung von Kraftstoff-freiem Gas mit Kraftstoff-gemischter Brennluft einbezogen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Wirbelrotationsströmung dadurch erzeugt, daß ein Ladungstrom, der aus den gegenüberliegenden Quetschspalten im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens austritt, einerseits auf die Kolben-Oberfläche geführt wird und auf der anderen Seite durch eine besonders geformte Kolbennase, zu den Ventilen bzw. Oberseite der Brennkammer umgelenkt wird. Die gleiche Kolbennase bewirkt auch die Umlenkung des unteren LadungsStroms. Der obere Strom wird am anderen Ende der Brennkammer durch die Seitenwand des Zylinderkopfes umgelenkt. So entsteht eine rotative Strömung der Brennkammer kurz vor der Zündung und in den Zeitpunkt der Zündung hinein.

Dabei werden auch heiße Stellen, z.B. das Aulaßventil von der starken Strömung erfasst, die Hitze abgeführt und in das Brenngemisch gleichmässig verteilt.

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Diese Rotation bringt die vollkommene Homogenisierung des Gemisches , verbunden mit dem Ausströmen von fetten und mageren Zonen. Es entsteht eine gleichmässige Verbrennung mit höherer Klopfgrenze. Die Verdichtung kann erhöht werden und zwar von 1 : 9,5 auf 1 : 11,5 bei Superkraftstoff und entsprechend ein bis 1,5 Punkte niedriger bei Normalbenzin. Dies bringt eine Senkung des Verbrauchs verbunden mit Leistungssteigerung.

Die Erhöh^ung der Verdichtung und Homogenisierung des Gemisches erlaubt einen einwandfreien Fahrbetrieb im Bereich von Lambda 1,2. Um jedoch die NOx so weit zu senken, um die zukünftigen Abgasvorschriften von 1 g/mile mit Sicherheit zu unterschreiten und dabei einen einwandreien Fahrbetrieb zu haben, ist ein Betrieb im Bereich von Lambda 1,3 - 1,4 notwendig. Mit solch mageren Gemischen entstehen Zündschwierigkeiten und es ist kein einwandfreier Fahrbetrieb möglich.

Da Motoren mit Rotationsbrennkammer bereits mit einer Gemischzusammensetzung von Lambda 1,2 einwandfrei laufen, ist nur ein geringer Unterschied zwischen dem Gemisch an der Kerze und dem anderen Teil in der Brennkammer zu schaffen.

Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, daß der Raum vor der Zündkerze von dieser Wirbelrotationsströmung freigehalten wird. Es werden also die Vorteile einer Wirbelrotationsströmung (höhere Verdichtung möglich, wesentlich abgemagertes

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-Ιο-Krafts toff gemisch) mit den bekanntenVorteilen des Schichtlademotors, kombiniert, wobei sich ganz neue Ergebnisse hinsichtlich verbesserter Abgaswerte und erniedrigter Verbrauchswerte ergeben.

Obenstehend wurde beschrieben, daß eine Wirbelrotationsströmung in im wesentlichen vertikaler Ebene in der Brennkammer erzeugt wird.

Bei dem sogenannten May-Schichtlademotor ist es bekannt, eine horizontal gerichtete Wirbelrotationsströmung (Drehströmung) zu erzeugen. Auch hier wird der Raum vor der Zündkerze von dieser Wirbelrotationsströmung(Drehströmung) freigehalten, so daß sich die gleichen Vorteile, wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel, ergeben.

Erfindungsgemäss soll die Aufgabe gelöst werden, bei Schichtlademotoren, die Abgas- und Verbrauchswerte zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient neben der Erzeugung einer eingangs genannten Wirbelrotationsströmung, wobei der Raum vor der Zündkerze von dieser Wirbelrotationsströmung freigehalten wird, auch eine zusätzliche Verbesserung der Kraftstoff-Brennluft-Zuführung zu den Zylindern des Schichtlademotors.

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Dieses Merkmal in Verbindung mit der oben genannten Wirbelrotationsströmung verbessert noch einmal um ein wesentliches Maß die genannten Abgas- und Verbrauchswerte.

Hierbei ist es wesentlich, daß zusätzlich zu einem ansich bekannten Ansaugkanal vor jedem Zylinder eine Einspritzdüse in einem Mischrohr angeordnet ist. D.h., es wird ein Schichtlademotor mit separater Einspritzung vorgeschlagen, so daß es mit den nachfolgend beschriebenen erfindungswesentlichen Merkmalen möglich ist, eine streng getrennte Schichtladung aus Kraftstoff-freier Brennluft und mit kraftstoff-angereicherter Brennluft zu erzielen.

Wesentlich ist hierbei, daß bei unterer Teillast bereits eine Zylinderfüllung wie bei Halblast erfolgt, wodurch in folge eines höheren Verdichtungsdrucks ein besserer Wirkungsgrad erzielbar ist. Das bringt bei einem Motor mit den hier gezeigten Brennkammern und einer Verdichtung von mehr als 1:11 Verbrauchszahlen, die um und unter 2oo g/PSh liegen. Die vergleichbaren Verbrauchszahlen normaler Otto-Motoren in diesem Bereich liegen zwischen 27o-4oo g/PSh. Es wird im Hauptfahrbereich des Stadt- und Landstrassen-Verkehrs von 3o-1oo km/h eine Kraftstoffeinsparung von 35-4o% erreicht. Diese Werte sind tatsächlich auf dem Prüfstand erzielt worden.

Die Einspritzmenge der jeweiligen Einspritzdüse wird durch bekannte Vorrichtungen mit dem Beginn der Einspritzzeit bestimmt.

Die Einspritzung endet kurz ehe das Einlaßventil schliesst, ist bei Leerlauf also sehr kurz, und wird immer länger durch Vorverlegung des Einspritzbeginnes in Richtung zu früheren Öffnungszeiten des Einlaßventils hin. Etwa ab Halblast oder schon eher öffnet eine Drosselklappe, die im Ansaugkanal vor den Zylindern angeordnet ist. Die Steuerung der Drosselklappe ist derart, daß sie sehr schnell geöffnet wird, so daß etwa ab 1/3 Last bis Vollast die Brennluftmenge in dem Zylinder gesaugt wird, die der Vollastmenge entspricht.

So findet bei dieser Art der Schichtladung eine Güteregelung der Schichtladung über eine Mengenregulierung des Kraftstoffs statt, ähnlich wie bei einem Dieselmotor.

Mit dieser technischen Lehre in Verbindung mit der eingangs genannten Wirbelrotationsströmung werden also noch wesentlich bessere Abgas- und Verbrauchswerte erreicht, als mit der Wirbelrotationsströmung und den damit zusammenhängenden Merkmalen allein.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß statt eines Einlaßventils der Brennkammer zwei Einlaßventile zugeordnet sind, von denen das eine später geöffnet wird, als das andere. Dies stellt eine andere Möglichkeit dar, eine Schichtladung zu erreichen.

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Die erstgenannte Möglichkeit war oben beschrieben worden, nämlich mit Anordnung von einer oder mehreren Einspritzdüsen im Brennluft-Ansaugkanal des Schichtlademotors. Die im folgende beschriebene Möglichkeit bezieht sich darauf, daß das eine Einlaßventil beim Saughub des Motors zuerst geöffnet wird und nur Brennluft ohne Kraftstoff evtl. vermischt mit Abgasen oder nur Abgase in den Zylinder einlässt.

Das zweite Einlaßventil wird später geöffnet. Diesem ist ein Saugrohr mit Gemischbilder (entweder ein Vergaser oder eine Einspritzvorrichtung) vorgeschaltet, wodurch der zweite Teil der Füllung (Schichtladung) mit Kraftstoff versehen ist, während der untere Teil der Schichtladung ohne Kraftstoff versehen ist. Dem Einlaßventil ist wiederum ein Ansaugrohr vorgeschaltet, mit einem Vergaser, der erst ab Halblast der Brennluft Kraftstoff zuführt. Auch hier wird das Gemisch, welches durch das Einlaßventil einströmt, magerer sein , als das andere Gemisch.

Mit der technischen Lehre nach der Erfindung werden die Vorteile der möglichen höheren Verdichtung (1 : 11-1 : 16) bei Brennkammern mit RotationsStrömung erfasst ohne die Nachteile von HC-Bildung durch unvollständige Verbrennung in denQuetschspalten bzw. Strömungskanälen. Solche Brennkammern erlauben bereits eine Gemischzusammensetzung bis zu Lambda 1,2 bei einwandfreier Verbrennung im Fahrbetrieb und bringen einen niedrigen Verbrauch bei gleichzeitig hoher Vollastleistung.

Mit der Schichtladung nach der Erfindung zu diesen Brennkammern wird ein einwandfreier Fahrbetrieb auch bei Lambda 1,4 und mehr möglich, wodurch die Bildung von NOx so niedrig gehalten wird, wie es die Abgasbestimmungen der 8oer Jahre vorschreiben.

Die Nachteile von Schichtlademotoren bekannter Bauart mit äußerer Gemischbildung wie zerklüftete Brennkammer, schlechterer Wirkungsgrad und höhere HC-Anteile im Abgas werden vermieden.

Durch die in der Erfindung beschriebene Güteregelung in der Gemischbildung werden im Teillastbereich Verbrauchswerte erzielt, die 35-4o% unter dem sonstiger Otto-Motore liegt. Bei Vollast in höheren Drehzahlen werden mit 175-18o g/PSh ui Io - 2o% bessere Verbrauchswerte erreicht als beim Fahrzeugdieselmotor .

Der Erfindungsgedanke der vorliegenden Erfindung erstreckt sich nicht nur auf den Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch auf die Kombination der Patentansprüche untereinander.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen weitere erfindungswesentliche Vorteile und Merkmale der Erfindung hervor.

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Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt gemäss der Linie I-I in Fig. 2 durch eine erste

Ausführungsform einer Brennkammer mit Wirbelrotationsströmung,

Fig. 2 Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 schematisiert gezeichneter Schnitt gemäss der Linie IV-IV einer zweiten Ausführungsform der Brennkammer eines Schichtlademotors ,

Fig. 5 Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 Schnitt duruh die Brennkammer und den Ansaugtrakt eines weiteren Auüführungsbeispieles eines Schichtlademotors,

Fig. 7 Diagramm, welches den Bereich der Kraftstoff-Einspritzung , bezogen auf den Ventilhub und den Nockenwellenwinkel zeigt,

Fig. 8 Draufsicht auf eine Brennkammer eines weiteren Schichtlademotors mit zwei Einlaßventilen.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Form die Erzeugung einer horizontalen gerichteten Wirbelrotationsströmung.

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Im Zylinder 1 läuft der Kolben 2. Im Zylinderkopf 3 befinden sich das Auslaßventil 4 und Einlaßventil 5. Zwischen den Ventilen 4,5 und der Fläche dazwischen im Zylinderkopf 3 als obere Wand und der Kolbenoberfläche als untere Wand wird die Brennkammer gebildet. Eine Seitenwand der Brennkammer 6 bildet die Zylinderkopffläche 1o mit der Kolbennase 9. Die andere Seitenwand der Brennkammer wird von der Zylinderkopffläche 11 gebildet.

Auf einer Seite wird im oberen Totpunkt des Kolbens der Quetschspalt 8 auf der anderen Seite der Quetschspalt 7 gebildet.

Das aus dem Quetschspalt 8 heraustretende Gas wird durch die Kolbennase 9 nach oben zu den Ventilen 4,5 abgelenkt und an der Zylinderkopffläche 11 umgelenkt, wie im Strömungsverlauf 13 gezeigt.

Das aus dem Quetschspalt 7 heraustretende Gas strömt am Kolbenboden entlang bis zur Kolbennase 9_f wird dort nach oben geführt und umgelenkt wie der Strömungsverlauf 12 zeigt. So entsteht eine Wirbelrotationsströmung 12,13, der aus den Quetschspalten heraustretenden Gase. Diese wird wie Bild 3 zeigt vor der Zündkerze 14 durch die neuartige Umlenknase 15 umgelenkt, so daß in diesem Bereich die Wirbelrotationsströmungen 12,13 den Bereich 33 vor der Zündkerze 14 nicht erfassen.

Im Bereich 33 der Brennkammer vor der Zündkerze 14 wird also ein zündfähiges Gemisch beibehalten, obwohl das Kraftstoff-Gemisch des Schichtlademotors insgesamt sehr stark auf einen Lambda-Wert

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von 1,2 abgemagert ist. Durch diese starke Abmagerung und durch die Erzeugung einer Wirbelrotationsströmung können die Verdichtungswerte wesentlich erhöht werden, wodurch der Verbrauch sinkt. Ferner wird durch die Erzeugung einer Wirbelrotationsströmung mit der Vermeidung von großen Temperatur-Unterschieden in der Brennkammer auch die Abgaswerte wesentlich verbessert.

Eine andere Ausführung einer Rotationsbrennkammer zeigt Bild 4 und 5. Sie stellt den May-Motor dar. Die Brennkammer 16 befindet sich unter dem erhöht angebrachten Auslassventil 4. Gegen Ende des Verdichtungsvorgangs wird das Gas unterhalb des Einlassventils 5 über den Strömungskanal '!7 in Drehströmung 35 in die Brennkammer 16 gepresst. Da die Verbrennung nicht vollkommen in den Raum unterhalb des Einlaßventils Sund den Strömungskanal 17 verläuft, bildet dieser Motor ohne Verwendung der erfindungsgemässen Lehre mehr unverbrannte Gase (HC) als der Motor mit der Brennkammer nach Bild 1-3.

Die Drehströmung 35 wird im wesentlichen dadurch erzeugt, daß das Gas in der eingezeichneten Pfeilrichtung über die Ausbauchung 18 am Auslaßventil 4 vorbeigeführt wird und über den Auslaßkanal 21 die Brennkammer 16 verlässt. Gegenüberliegend zum Auslaßkanal 21 ist der dem Einlaßventil 5 zugeordnete Einlaßkanal 2o angeordnet.

Bringt man nach der Erfindung in Strömungsrichtung vor der Zündkerze 14 eine Ablenknase 19 an und wird zusätzlich das Quetschspaltgas kraftstoffrei gehalten, so entsteht dieser

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Nachteil nicht.

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Gemäss der vorliegenden Erfindung ist also wiederum die Drehströmung 35 von der Zündkerze 14 dadurch ferngehalten, daß in Stromrichtung vor der Zündkerze 14 eine Ablenknase 19 angeordnet ist, die einen Bereich 33 vor der Zündkerze 14 schafft, indem ein fetteres Gemisch als sonst in der Brennkammer vorhanden ist, beibehalten wird. Durch die Anordnung dieses fetteren Gemisches vor der Zündkerze 14 wird dann trotz des abgemagerten Brennluft-Kraftstoff-Gemisches eine einwandfreie Zündung und ein einwandfreier Lauf erreicht.

Es wurden jetzt mit den Fig. 1-3 sowie den Fig. 4-5 zwei verschiedene Arten der Erzeugung von Schichtladungen mit einer gleichzeitigen Möglichkeit zur Erreichung verbesserter Abgas- und Verbrauchswerte beschrieben. In den Fig. 6-8 wird nun beschrieben, wie in Kombination zu den erstgenannten Merkmalen oder alternativ, wie allein mit den jetzt beschriebenen Merkmalen eine Verbesserung bzw. weitere Verbesserung der Abgas- und Verbrauchswerte erzielbar ist.

In den Fig. 6 und 7 wird beschrieben, wie eine Schichtladung verbesserter Güte erzielbar ist, so daß die Abgas- und Verbrauchswerte noch weiter verbessert werden können.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung einer Schichtladung. Außer dem Ansaugkrümmer (Ansaugkanal 22) befindet sich vor jedem Einlaßkanal 2o eines Zylinders ein Mischrohr 23, das als Lavalldüse 24 ausgebildet und mit einer Einspritzdüse 25 versehen ist. Stromauf zum Mischrohr 23 ist ein Ansaugrohr 36 für Luft und ein Ansaugrohr 37 für die Abgase angeordnet.

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Im EGR-Ansaugrohr 37 befindet sich ein Drosselventil 38. Bild 7 zeigt den Bereich der Kraftstoffeinspritzung nach dem Ventilhub.

Die Arbeitsweise des Motors nach der Erfindung , entweder gemäss den Fig. 1-3 oder nach den Fig. 4-5 ist folgende: Im Teillastbereich ist der Ansaugkanal 22 geschlossen jedoch das Ansaugrohr 36 mit dem Mischrohr 23 geöffnet. So strömt Brennluft der Menge, die etwa Halblast entspricht, in den Zylinder 39. Erst im zweiten Teil des Öffnungshubs (vergl. Fig. 7) vom Einlassventil 5 spritzt die Einspritzdüse 25 Kraftstoff (Einspritzstrahl 26) in die Lavalldüse 24, wo dieser feinst zerstäubt wird und in den Zylinder 39 gelangt. Der erste Teil der Brennluft istphne Kraftstoff und somit der Teil, der sich im unteren Teil des Zylinders 39 am Kolbenboden befindet. Beim Verdichtungsvorgang wird das Kraftstoff-Luftgemisch vom oberen Tail der Zylinderfüllung in die Brennkammer 6 bzw. 16 gedrückt mit einer Gemischzusammensetzung von ca. Lambda 1, was gut zündfähig ist.

Erst gegen Ende des Verdichtungsvorgangs strömt die kraftstofffreie Brennluft vom unteren Teil der Zylinderfüllung in Wirbelrotationsströmung 12,13 bzw. 35 , wie in den Richtungen 12 und 13 (Fig. 1) bzw. 35 nach Fig. 5 gezeigt in die Brennkammer 6,16 und vermischt sich mit dem Kraftstoff-Luftgemisch, was dadurch auf etwa Lambda 1,4 und mehr in der Gemischzusammensetzung kommt.

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Durch die ümlenknase 15 bzw. 19 findet jedoch dieser Mischvorgang im Raum vor der Zündkerze 14 nicht statt, so daß dort ein fetteres gut zündfähiges Gemisch verbleibt. Die Kerze zündet dieses und die so entstehende Flamme ist in der Lage, auch das sehr magere Hauptgemisch einwandfrei zu zünden und zu verbrennen. Die in den Quetschspalten 7 und 8 nach Fig. 1 und 3 sowie dem Strömungskanal 17 nach Fig. 5 verbleibenden Gase sind ohne Kraftstoff, da sie aus dem unteren Teil der Zylinderfüllung bestehen. So verbleiben keine unverbrannten Kraftstoffe (HC) durch unvollständige Verbrennung in diesen Quetschspalten 7,8 bzw. im Strömungskanal 17.

Dadurch daß bei unteren Teillast bereits eine Zylinderfüllung wie bei Halblast erfolgt, wird infolge höheren Verdichtungsdrucks ein besserer Wirkungsgrad erreicht. Das bringt bei einem Motor mit den hier gezeigten Brennkammern 6,16 und einer Verdichtung von mehr als 1:11 Verbrauchszahlen, die um und unter 2oo g/PSh liegen. Die vergleichbaren Verbrauchszahlen normaler Otto-Motore in diesem Bereich liegen zwischen 27o 4oo g/PSh. Es wird im Hauptfahrbereich des Stadt- und Landstrassenverkehrs von 3o - 1oo km/h eine Kraftstoffeinsparung von 35 - 4o% erreicht. Diese Werte sind auf dem Prüfstand gefahren worden.

Die Einspritzmenge wird mit dem Beginn der Einspritzzeit bestimmt. Sie endet kurz ehe das Einlaßventil 5 schließt, ist bei Leerlauf sehr kurz und wird immer länger durch Vorverlegung des Einspritzbeginns zur Mitte der Öffnungszeit des

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Einlaßventils hin (Vgl. Pfeil 4o in Fig. 7). Etwa ab Halblast, oder schon eher öffnet die Drosselklappe , die dem Ansaugkanal 22 vorgeschaltet ist. Diese öffnet sehr schnell ganz, so daß etwa ab 1/3 Last bisVollast die Brennluftmenge in den Zylinder 1,39 gesaugt wird, die der Vollastmenge entspricht.

So findet bei dieser Art der Schichtladung eine Güteregelung statt mittels Mengenregulierung des Kraftstoffs ähnlich wie beim Dieselmotor.

Dem Mischrohr 23 ist neben dem Ansaugrohr 36 für Luft ein Ansaugrohr 3 7 für Abgase vorgeschaltet. Im letzteren befindet sich ein Drosselventil 38. Dieses ist geöffnet im ersten Teil der Öffnungszeit des Einlaßventils 5 und wird im zweiten Teil ganz oder fast ganz geschlossen. Es kann auch so gesteuert werden, daß es geöffnet ist, so lange die Einspritzdüse 25 nicht spritzt und sonst geschlossen ist. Damit wird erreicht, daß die rückgeführten Abgase zur Senkung der NOx sich nur in dem Teil der Brennluft befinden, der nicht mit Kraftstoff versehen ist und somit den Zündvorgang nicht stören.

Die Einspritzdüse 25 kann auch am Eingang eines gemeinsamen Ansaugrohrs für die Zylinder 1 und 4 sowie 2 und 3 angeordnet sein. Bei Vierzylindermotoren haben die angeführten Zylinderpaare gleichen Abstand in der Ansaugzeit zueinander und jeder Teil des gemeinsamen Ansaugrohrs kann in gleicher Länge und symmetrisch ausgeführt werden. So entsteht eine gleichmässige Gemischverteilung zu den Zylindern, auch wenn nur zwei Einspritzdüsen 25 für vier Zylinder verwendet werden.

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Eine andere Möglichkeit einer Schichtladung mit Vergaser oder Einspritzung zu erreichen,ist in Fig. 8 dargestellt. Der Motor hat zwei Einlaßventile 28,29, die über die Einlaßkanäle 31,32 ihr Brennluft-Kraftstoff-Gemisch erhalten. In den eingezeichneten Pfeilrichtungen wird wiederum eine Strömung in Richtung zum Auslaßventil 27 und zum Auslaßkanal 3o erzeugt. Es wird also eine Brennkammer 34 mit Quetschspalten gemäss der Fig. 8 vorgeschlagen.

Eine andere Möglichkeit, eine Schichtladung (mit Vergaser oder Einspritzung) zu erreichen, ist in Fig. 8 dargestellt. Der Motor hat zwei Einlaßventile 28,29. Das erste Einlaßventil 28 wird beim Saughub zuerst geöffnet und lässt nur Brennluft ohne Kraftstoff evtl. vermischt mit Abgasen oder nur Abgase in den Zylinder. Das zweite Einlaßventil 29 wird später geöffnet. Disem ist ein Saugrohr mit Gemischbildner - Vergaser oder Einspritzung - vorgeschaltet, wodurch der zweite Teil der Füllung mit Kraftstoff versehen ist, während der untere Teil der Gasfüllung ohne Kraftstoff versehen ist. Dem Einlaßventil 28 ist über den Einlaßkanal 31 einAnsaugrohr vorgeschaltet mit einem Vergaser, der erst ab Halblast der Brennluft Kraftstoff zuführt. Auch hier wird das Gemisch, welches durch das Einlaßventil 28 einströmt,magerer sein als das andere Gemisch.

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Es werden also wiederum die Vorteile erreicht, daß eine höhere Verdichtung (1 : 11-1 : 16) bei Brennkammern mit Kotationsströmung erzielt werden, ohne die Nachteile von HC-Bildung durch unvollständige Verbrennung in den Quetschspalten bzw. Strömungskanälen mit in Kauf nehmen zu müssen.

Mit der Schichtladung nach der Erfindung zu diesen Brennkammern 6,16,34 wird ein einwandfreier Fahrbetrieb auch beiLambda-Werten von 1,4 und mehr möglich, wodurch die Bildung von NOx so niedrig gehalten wird, wie es die Äbgasbestimmungen der 8oer Jahre vor s ehre iben.

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Claims

Patentansprüche

C 1 Λ Gemischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schichtladung, bei denen im ersten Teil des Ansaugtaktes bzw. dem unteren den Kolben zugewandten Teil der Zylinderfüllung nur Gas ohne Kraftstoff zugeführt wird, während im zweiten Teil der Brennluft Kraftstoff zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Wirbelrotationsströmung (12,13;35) in der Brennkammer (6,16) während des Verdichtungshubes kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens bis zum Erreichen des oberen Totpunktes erzeugt wird, und daß der Raum vor der Zündkerze (14) von dieser Wirbelrotationsströmung

(12,13;35) freigehalten wird.

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2. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Brennkammer (6) eine im wesentlichen vertikal gerichtete Wirbeirotationsströmung dadurch erzeugt wird, daß zwei entgegengesetzt rotierende Gasströme (Strömungsverläufe 12,13) von zwei sich gegenüberliegenden Quetschspalten {7,8i erzeugt werden; daß der eine Gasstrom (Strömungsverlauf 12} an der Oberfläche des Kolbens (2) entlangströmt und daß der andere Gasstrom {Strömungsverlauf 13) an der Oberfläche der Ventile (4,5) entlangströmt (Fig. 1-3).
3. Gemischbildung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wirbeirotationsströmung (Strömungsverläufe 12,13) über die gesamte Breite der Brennkammer

(6) verläuft und daß durch Anordnung einer Umlenknase (15) in der Brennkammer (6) vor der Zündkerze (14) ein Bereich (33) der Brennkammer geschaffen ist, der von der Wirbeirotationsströmung (12,13) nicht beaufschlagt ist, (Fig. 2,3).
4. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Brennkammer (16) eine im wesentlichen horizontal gerichtete Wirbeirotationsströmung (Drehströmung 35) erzeugt wird und daß durch Anordnung einer Ablenknase (19) in Strömungsrichtung vor der Zündkerze (14) ein nicht von der Wirbeirotationsströmung (Drehströmung35) beströmter Bereich (33) der Brennkammer (16) geschaffen ist, (Fig. 4,5).

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5. Gemischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schichtladung , bei denen im ersten Teil des Ansaugtaktes bzw. dem unteren den Kolben zugewandten Teil der Zylinderfüllung nur Gas ohne Kraftstoff zugeführt wird, während im zweiten Teil der Brennluft Kraftstoff zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Wirbelrotationsströmung (12,13; 35) in der Brennkammer (6,16) während des Verdichtungshubes kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens bis zum Erreichen des oberen Totpunktes erzeugt wird und daß der Raum vor der Zündkerze (14) von dieser Wirbelrotationsströmung (12,13;35) freigehalten wird, und diß zusätzlich zu einem ansich bekannten Ansaugkanal (22) vor jedem Zylinder eine Einspritzdüse (25) in einem Mischrohr (23) angeordnet ist, (Fig. 6).
6. Gemischbildung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzdüse (25) bei Vierzylindermotoren vor dem Ansaugkanal (22) für die Zylinder 1 und 4 und eine weitere Einspritzdüse (25) vor dem Ansaugkanal (22) für die Zylinder 2 und3 angeordnet ist, (Fig. 6).
7. Gemischbildung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzdüse (25) stromauf einer Lavalldüse (24) angeordnet ist, und der Einspritzstrahl (26) die Lavalldtise (24) durchströmt, (Fig. 6).

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8. Gemischbildung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der engste Querschnitt der Lavalldüse (24) für etwa 3o- 5o% Gasdurchgang bezogen auf den Gasdurchgang bei Vollast ausgelegt ist, (Fig. 6).
9. Gemischbildung nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf dem Mischrohr (23) parallel zum Ansaugrohr (36) für Luft ein weiteres Ansaugrohr (37) zur Zuführung von Abgas angeordnet ist, in dem ein Drosselventil (38) angeordnet ist, (Fig. 6).
10. Gemischbildung nach Anspruch 9- d a d u r c h gekennzeichnet , daß das Drosselventil (38) das Ansaugrohr (37) zur Zuführung von Abgas nur im ersten Teil des Ansaughubes des zugeordneten Zylinders öffnet, (Fig. 6).
11. Gemischbildung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Drosselventil (38) das Ansaugrohr (37) zur Zuführung von Abgas fast oder ganz schließt, wenn die Einspritzdüse (25) Kraftstoff einspritzt, (Fig. 6).
12. Gemischbildung nach Anspruch 5 und einem oder mehreren der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzdüse (25) bei Teillast Kraftstoff nur im zweiten Teil des Öffnungshubes des Einlaßventils (5;28,29) einspritzt.

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13. Gemischbildung nach Anspruch 12, dadurch

gekennzeichnet , daß bei Steigerung der Motorleistung die Dauer der Einspritzung der Einspritzdüse (25} in Richtung des Öffnungsbeginns des Einlaßventils [Sf 28,29} verlängert ist_r (Fig. 7}.
14. Geraischbildung für Brennkraftmaschinen mit Schichtladung, bei denen im ersten Teil des Ansaugtaktes, bzw. dem unteren den Kolben zugewandten Teil der Zylinderfüllung nur Gas ohne Kraftstoff zugeführt wird, während im zweiten Teil der Brennluft Kraftstoff zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennkammer (34) zwei Einlaßventile (28,29} zugeordnet sind, von denen das eine später geöffnet wird als das andere, (Fig. 8}.
15. Gemischbildung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet ,daß bei Teillast nur dem später öffnenden Einlaßventil (28 oder 29) zur einströmenden Brennluft Kraftstoff zugemischt wird, (Fig. 8).
16. Gemischbildung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß ab etwa 2/3 - Vollast auch dem zuerst öffnenden Einlaßventil (29 oder 28) zur einströmenden Brennluft Kraftstoff zugemischt wird, (Fig. 8).
17. Gemischbildung nach Anspruch 14-16, dadurch gekennzeichnet , daß dem ersten bzw. unteren Teil der Brennluft Abgas zugemischt wird.

ugemxscht wird.

030050/0244