DE3138328A1

DE3138328A1 - Verbesserung der gemischbildung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3138328A1
Application number: DE19813138328
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 6900 Bregenz August; Paul Dr. h.c. Dipl.-Ing. Barcelona August
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DE3138328C2

Description

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Verbesserung der Gemischbildung für Brennkraftmaschinen

Gegenstand der Erfindung ist es, die Gemischbildung für eine spezielle Brennkammer so zu verbessern, daß ein Betrieb mit sehr geringen Giftgasanteilen im Abgas ohne Leistungsverlust bei sehr niedrigem Verbrauch möglich wird.

Um nicht nur CO und HC sondern auch NOx auf ein Minimum zu senken, muß eine kompakte Brennkammer mit sehr starken Strömungen geschaffen werden. Dadurch wird es möglich, einen einwandfreien Betrieb mit Mischungszusammensetzungen von Lambda 1,25 - 1,4o zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkammer mit Wirbelrotationsströmung, die in zwei Richtungen verläuft, durch eine dritte Strömung erweitert.

Nach der OS 26 24 o5o wird eine Wirbelrotationsströmung dadurch erzeugt, daß ein Ladungsstrom, der aus den gegenüberliegenden Quetschspalten im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens austritt, einerseits auf die Kolbenoberfläche 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 Ladungsstromes. Der obere Strom wird am Ende der Brennkammer durch die Seitenwand des Zylinderkopfes umgelenkt. So entsteht eine rotierende Strömung in der Brennkammer kurz vor der Zündung und in den Zeitpunkt der Zündung hinein. Dabei werden auch heisse Stellen, z.B. das Auslassventil von der starken Strömung erfasst, die Hitze abgeführt und in das Brenngemisch gleichmässig verteilt.

Diese Rotation bringt die Homogenisierung des Gemisches verbunden mit dem Ausströmen von fetten und mageren Zonen. Die Verdichtung kann erhöht werden und zwar von 1 : 9,5 auf 1:11, bei Superkraftstoff und entsprechend ein bis 1,5 Punkte, niedriger bei Normalbenzin. Die Erhöhung der Verdichtung und Homogenisierung des Gemisches erlaubt einen einwandfreien Fahrbetrieb im Bereich von Lambda 1,2. Um jedoch die NOx so weit zu senken, die zukünfitgen Abgasvorschriften von 1 g/mile mit Sicherheit zu unterschreiten und dabei einen einwandreien Fährbetrieb zu haben, ist ein Betrieb im Bereich von Lambda 1, 3 - 1,4 notwendig.

Da Motoren mit der oben beschriebenen Rotationsbrennkammer bereits mit einer Gemischzusammensetzung von Lambda 1,2 einwandfrei laufen, ist mit einer noch etwas stärkeren Durchwirbelung des Gemisches der Betrieb mit Lambda 1,3 und mehr möglich.

Zur Lösung der Aufgabe dient neben der Erzeugung der genannten Wirbelrotationsströmung eine weitere dritte Strömung, die zwischen die obere und untere Strömung einströmt. Dabei wird außerdem der Hauptteil der Brennkammer mit der Zündkerze in sehr kompakter Form in den Bereich des Auslaßventils gelegt.

Hinsichtlich der Einführung der Zwischenströmung bestehen die verschiedensten Möglichkeiten. Zweckmassig ist es, daß die zwischen der oberen und der unteren Strömung angeordnete Zwischenströmung im Winkel zu der oberen und/oder unteren Strömung verläuft.

Bei dieser Ausführung werden bewusst drei Strömungen on miteinander kombiniert, die mit verschiedener Intensität aufeinanderprallen bzw. sich miteinander vermischen.

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Eine bevorzugte Ausführung besteht darin, daß die obere Strömung entgegengesetzt zur unteren Strömung verläuft.

Bei dieser Ausbildung geht man davon aus, daß eine Rota tionsströmung erzeugt wird und in diese Rotationsströmung die Zwischenströmung eingeleitet wird.

Bei einer derartigen Ausführung ist es noch zweckmässig, daß die Zwischenströmung im rechten Winkel zur unteren bzw. oberen Strömung verläuft.

Diese letzte Möglichkeit wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit Wannenbrennraum erläutert.

Hierbei gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen weitere erfindungswesentliche Vorteile und Merkmale der Erfindung hervor. Die Anwendung der Erfindung bei anderen Brennräumen, wie Keilbrennraum etc. ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch den kleineren Teil des Brennraumes unter dem Einlassventil.

Fig. 2 Schnitt durch den Hauptteil der Brennkammer unter dem Auslassventil.

Fig. 3 Schnitt mit Darstellung beider Brennraumteile. Fig. 4 Längsschnitt der Brennkammer.

Fig. 1 und 2 zeigen in schematisierter Form die Erzeugung einer horizontalen gerichteten Wirbelrotationsströmung. im Zylinder 1 läuft der Kolben 2. Im Brennkammerteil 13 befindet sich das Einlassventil 4 und im Brennraumteil das Auslassventil 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 wird von der Zylinderkopffläche 8 mit dem Bogen des Kolbens zur Kolbennase 11 gebildet und die andere Seite von der Zylinderkopffläche 6 gebildet.

Auf der einen Seite wird im oberen Totpunkt des Kolbens der Quetschspalt 7 auf der anderen Seite der Quetschspalt 1o gebildet.

Das aus dem Quetschspalt 10 heraustretende Gas wird durch den Kolbenbogen 9 und der Kolbennase 11 nach oben zu den Ventilen 4,5 abgelenkt und an der Zylinderkopffläche 6 umgelenkt, wie im Strömungsverlauf 18 gezeigt.

Das aus dem Quetschspalt 7 heraustretende Gas strömt am Kolbenboden entlang bis zur Kolbennase 11, wird dort nach oben geführt und umgelenkt, wie der Strömungsverlauf 17 zeigt. So entsteht eine Wirbelrotationsströmung 17,18, der aus den Quetschspalten heraustretenden Gase, die sich hauptsächlich an der oberen und unteren Fläche der Brennkammer und deren Seitenwänden bewegt.

Nach der Erfindung wird der Teil der Brennkammer, der sich unter dem Einlaßventil 4 befindet, in der Höhe kleiner gehalten, als der Teil der Brennkammer, der sich unter dem Auslassventil 5 befindet. Hierfür befindet sich im größeren Teil der Brennkammer im Kolben eine Vertiefung 15 und das Auslassventil 5 ist höher angesetzt als das Einlassventil

Bewegt sich nun der Kolben 2 nach oben, so entsteht auch im kleineren Teil der Brennkammer ein Quetschspalt, aus dem das Gas in Strömungsrichtung 19 in den Hauptteil der Brennkammer gepresst wird und zwar in den mittleren Raum zwischen die obere 18 und die untere Strömung 17.

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Das Gemisch erhält nun im Hauptteil der Brennkammer eine Dreifachströmung und zwar am oberen Teil der Brennkammer von rechts nach links, am unteren Teil von links nach rechts und in der Mitte dazwischen eine um 90" gedrehte Einströmung zwischen die obere und untere Strömung, wobei diese Strömung das Gasgemisch an der Zündkerze 2o vorbei in den Hauptteil der Brennkammer drückt und damit die an der Kerze entstandene Zündflamme schneller zur Ausbreitung bringt, was für den Betrieb mit sehr mageren Gemischen von Vorteil ist, und die Aussetzergrenze in die magere Seite weiter verschiebt.

Beim Betrieb des Motors wird kurz vor der Zündung in beiden Teilen der Brennkammer durch die Strömungen 17,18 ein sehr homogenes Gemisch gebildet mit Ausströmen von fetten und mageren Zonen, sowie heißen Stellen, z.B. des Auslassventils. Diese Strömung hält bis zum oberen Totpunkt des Kolbens in den Beginn der Entflammung an und fördert einen schnelleren Ablauf der Verbrennung.

Zusätzlich wird in den Beginn des Brennprozessors hinein eine weitere Strömung aus dem kleineren Teil der Brennkammer in den größeren vorgenommen, so daß die Durchwirbelung des Brenngemisches noch stärker wird und somit sehr magere Gemisch einwandfrei durchbrennen. Von Vorteil dabei ist, daß diese Strömung beim Eintreten in den Hauptteil· der Brennkammer an der Kerze vorbei strömt und die entstandene Flamme schne^er zur Ausbreitung bringt.

Weiter von Vorteil· ist, daß der Hauptteil des Gasgemisches sich in einem sehr kompakten Raum unterhalb des heißen Auslassventiis befindet. Wichtig ist jedoch, daß der kieinere Teil der Brennkammer nicht zu schmal wird, damit auch dort

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die Verbrennung vollkommen ohne HC-Rest stattfindet, was dadurch gefördert wird, daß auch dort die Rotationsströmung 17,18 angeordnet ist.

Andere konstruktive Möglichkeiten ergeben sich , wenn sich der Hauptteil unter dem Einlass-Ventil befindet.

Eine andere Bauform wird erfindungsgemäss dadurch gebildet, daß die obere Begrenzungsfläche der Brennkammer durch die beiden Ventile und die zwischen den Ventilen liegende Trennfläche gebildet wird.

-10- Leerseite

Claims

DR.-ING. G. RIEBLING DR.-ING. P. RIEBLING

Dipl.-Ing., Ing. (grad.) Dipl.-Ing.

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Professional Representatives before European Patent Off ice

Mandataires agrees pres !'Office european des brevets

Mein Zeichen

A 981-1o-ku

Bitte in der Antwort wiederholen

Ihr Zeichen Ihre Nachricht vom D-8990 Lindau (BodetlSee)

Rennerle 10 · Postfach 3160

2I.September 1981

Betreff: Anmelder: Dr. h.c. Paul AUGUST, c/Ballester 43, Barcelona /Spanien

Patentansprüche

ί iJ Gemischbildung für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Strömungen im oberen und unteren Teil der Brennkammer eine Strömung zwischen den oberen und unteren Strömungen angeordnet wird.
2. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch lOgekennzeichnet , daß die zwischen der oberen und unteren Strömung angeordnete Zwischenströmung im Winkel zur oberen und/oder unteren Strömung verläuft.

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3. Gemischbildung nach Anspruch 1 -2, dadurch. gekennzeichnet , daß die obere Strömung entgegengesetzt zur unteren Strömung verläuft.

Fernsprecher: Fernschreiber: Telegramm-Adresse: Bankkonten: Postscheckkonto

Lindau (08382) 054374(pat-d) patri-llndau Bayer. Vereinsbank Lindau (B) Nr. 1208578 (BLZ 73520074) Manchen 29525-8C

und 5026 Hypo-Bank Lindau (B) Nr. 6670-278920 (BLZ 735206«)

Volksbank Lindau (B) Nr. 51720000 (BLZ 73590120)

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4. Gemischbildung nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenströmung im rechten Winkel zur unteren bzw. oberen Strömung verläuft.
^ 5. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenströmung eine andere Geschwindigkeit und/oder Menge als die obe-" re und/oder untere Strömung aufweist.
6. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die mittlere Strömung aus einem schmaleren Teil der Brennkammer in den größeren Hauptteil der Brennkammer ausströmt.
7. Gemischbildung nach Anspruch "!,dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Brennkammer sich unter dem Auslassventil (5) befindet.
8 . Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Brennkammer sich unter dem Einlaßventil (4) befindet.
9. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß im Hauptteil der Brennkammer das Ventil höher angeordnet ist als in der schmaleren Kammer und daß sich im Kolben (2) eine Vertiefung (15) befindet.
10. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Zündkerze (20) so angeordnet ist, daß das aus dem schmaleren Teil der Brennkammer in den Hauptteil der Brennkammer ausströmende Gas (19) beim Eintreten in den Hauptteil an der Kerze vorbei strömt.

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11. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Teilen der Brennkammer durch bekannte Maßnahmen eine Strömung (18) aus der Quetschspalte nach oben zu den Ventilen (4,5) und die andere Strömung (17) unten am Kolben (2) entlang geführt wird.
12. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß durch Umlenkflächen am Kolben (12) und am Zylinderkopf (6) die Strömungen (17,18) zu einer Rotationsströmung umgelenkt werden.
13. Gemischbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die obere Begrenzungsfläche der Brennkammer durch die beiden Ventile(4,5) und die zwischen den Ventilen liegende Trennfläche gebildet wird.