DE3138328C2

DE3138328C2 - Verfahren zur Gemischbildung in einer Brennkammer einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3138328C2
Application number: DE3138328A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 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: 1986-11-27
Also published as: DE3138328A1

Abstract

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. Zur Lösung der Aufgabe dient neben der Erzeugung einer 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. Zweckmäßig 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 miteinander kombiniert, die mit verschiedener Intensität aufeinanderprallen bzw. sich miteinander vermischen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gemischbildung in einer Brennkammer einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, in deren Brennraum in einer Ebene zwischen Teilen des Zylinderkopfes und des Kolbens Quetschflächen gebildet sind, mit einander gegenüberliegenden Mulden im Kolben und im Zylinderkopf, die in der oberen Totpunktlage des Kolbens den wesentlichen Teil der Brennkammer bilden, wobei im oberen Totpunkt des Kolbens durch die Quetschflächen eine gerichtete Strömung des Kraftstoffgemisches in die Brennkammer erzeugt wird, deren erster Teil durch Umlenkflächen am Kolben und am Zylinderkopf zu einer Rotationsströmung in der Brennkammer umgelenkt wird, die etwa parallel zur Oberseite und zur Unterseite der Brennkammer strömt und deren Rotationsachse senkrecht zur Kolbenachse verläuft, und deren zweiter Teil in die Quetschebene in die Brennkammer einströmt.

Eine derartige Verfahrensführung beschreibt eine Ausführungsform, die in der DE-OS 27 41 121 geschildert ist. Der zweite Teil der Quetschströmung strömt dort im wesentlichen parallel zum ersten Teil der Quetschströmung, d. h. parallel zur Oberseite und zur Unterseite der Brennkammer. Durch diese Maßnahmen wird dort zwar eine zusätzliche Verwirbelung des ersten Teils der Quetschströmung erzielt, jedoch mit nicht ganz befriedigendem Resultat, insbesondere weil die Gemischschichten in Strömungsrichtung der beiden Quetschströmungen miteinander zumindest teilweise unverwirbelt bleiben.

Die DE-OS 29 13 763 beschreibt ein Verfahren zur Gemischbildung in einer Brennkammer einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei im Brennraum zwei Rotationsströmungen einander überlagert werden, welches Prinzip ebenfalls zu keiner vollständig befriedigen

den Verwirbelung der Quetschströmungen führt

Zum Stand der Technik sei auch noch verwiesen auf die DE-OS 29 22 534, die ebenfalls die Ausbildung des erwähnten ersten Teils der Quetschströmung bei einer ähnlich ausgestalteten Kolben-Zylinder-Anordnung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine zeigt, aber ohne einen zweiten Teil einer Quetschströmung, der den ersten Teil der Quetschströmung zusätzlich verwirbeln soll.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Verfahrensführung so zu gestalten, daß die Verwirbelung des Gemisches in der Brennkammer fühlbar verbessert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Quetschströmung etwa in einem rechten Winkel zur Richtung des ersten Teils der Quetschströmung in die Brennkammer einströmt
Durch diese Merkmale wird die erste Quetschströmung sehr intensiv durchwirbelt, weil nämlich der zweite Teil der Quetschströmung senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Teils der Quetschströmung strömt. Mit derartigen Motoren ist ein Betrieb mit Gemischzusammensetzungen von Lambda 13 und mehr möglich.

Bevorzugt wird es, wenn der zweite Teil der Quetschströmung aus einem Teil der Brennkammer mit geringer Tiefe an einer Zündkerze vorbei in einen Teil der Brennkammer mit größerer Tiefe strömt. Dadurch wird die an der Zündkerze entstehende Zündflamme sehr schnell zur Ausbreitung gebracht und zwar in demjenigen Teil der Brennkammer, der die größere Tiefe hat und der daher den Hauptteil der Brennkammer ausbildet. Diese Verfahrensführung ist insbesondere für den Betrieb mit sehr mageren Gemischen vorteilhaft und verschiebt die Aussetzergrenze des Gemisches weiter zur mageren Seite des Gemisches.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 einen Querschnitt durch einen Teil der Brennkammer unter dem Einlaßventil mit geringerer Tiefe; ·. F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Teil der Brennkammer unter dem Auslaßventil mit größerer Tiefe;

Fig.3 einen Querschnitt mit Darstellung beider Brennkammerteile,

F i g. 4 einen Längsschnitt der Brennkammer.

F i g. 1 und 2 zeigen in schematisierter Form die Erzeugung einer horizontalen gerichteten Wirbelrotationsströmung.
In einem Zylinder 1 läuft ein Kolben 2 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. In einem Brennkammerteil 13 befindet sich ein Einlaßventil 4 und in einem Brennraumteil 14 ein Auslaßventil 5. Zwischen den Ventilen 4, 5 und der Fläche dazwischen in einem Zylinderkopf 3 als obere Wand und der Kolbenoberfläche als untere Wand wird die Brennkammer ausgebildet. Eine Seitenwand der Brennkammer wird von einer Zylinderkopffläche 8 mit dem Bogen des Kolbens zu einer Kolbennase 11 gebildet und die andere Seite von einer Zylinderkopffläche 6.

Auf der einen Seite wird im oberen Totpunkt des Kolbens ein Quetschspalt 7, auf der anderen Seite ein Quetschspalt 10 gebildet.

Das aus dem Quetschspalt 10 heraustretende Gas wird durch einen Kolbenbogen 9 und die 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 Slrömungsverlauf 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 Diese ist der erste Teil der Quetschströmung.

Der Teil der Brennkammer, der sich unter dem Einlaßventil 4 befindet ist in der Höhe kleiner 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 4.

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 Strömung und die untere Strömung 17.

Dies ist der zweite Teil der Quetschströmung.
Das Gemisch enthält 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 dazwisehen eine um 90° gedrehte Einströmung zwischen die obere und untere Strömung, wobei diese Strömung das Gasgemisch an einer Zündkerze 20 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 weiter zur mageren Seite des Gemisches 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 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 Brennprozesses 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 Gemische 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 schneller zur Ausbreitung bringt.

Weiter von Vorteil ist daß der Hauptteii des Gasgemisches sich in einem sehr kompakten Raum unterhalb des heißen Auslaßventils befindet. Wichtig ist es, daß der kleinere Teil der Brennkammer nicht zu schmal wird, damit auch dort die Verbrennung vollkommen ohne HC-Rest stattfindet, was daduch gefördert wird, daß auch dort die Rotationsströmung 17,18 vorliegt.

Der Hauptteil kann sich auch unter dem Einlaßventil befinden.

Die obere Begrenzungsfläche der Brennkammer kann auch durch die beiden Ventile und die zwischen den Ventilen liegende Trennfläche gebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gemischbildung in einer Brennkammer einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, in deren Brennraum in einer Ebene zwischen Teilen des Zylinderkopfes und des Kolbens Quetschflächen gebildet sind, mit einander gegenüberliegenden Mulden im Kolben und im Zylinderkopf, die in der oberen Totpunktlage des Kolbens den wesentlichen Teil der Brennkammer bilden, wobei im oberen Totpunkt des Kolbens durch die Quetschflächen eine gerichtete Strömung des Kraftstoffgemisches in die Brennkammer erzeugt wird, deren erster Teil durch Umlenkflächen am Kolben und am Zylinderkopf zu einer Rotalionsströmung in der Brennkammer umgelenkt wird, die etwa parallel zur Oberseite und zur Unterseite .der Brennkammer strömt und deren Rotationsachse senkrecht zur Kolbenachse verläuft, und deren zweiter Teil in der Quetschebene in die Brennkammer einströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (19) der Quetschströmung etwa in einem rechten Winkel zur Richtung des ersten Teils (17, 18) der Quetschströmung in die Brennkammer einströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (19) der Quetschströmung aus einem Teil der Brennkammer mit geringerer Tiefe an einer Zündkerze (20) vorbei in einen Teil der Brennkammer mit größerer Tiefe strömt.