DE3226959A1

DE3226959A1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit nachzuendung

Info

Publication number: DE3226959A1
Application number: DE19823226959
Authority: DE
Inventors: Nishimura Kounosu Saitama Hiroyuki; Fujii Hasuda Saitama Isao; Nagahiro Kawagoe Saitama Kenishi; Kato Kawagoe Saitama Masaaki; Yamamoto Asaka Yoshiharu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1983-12-15
Also published as: CA1206827A; JPS6212370B2; US4491104A; JPS58180719A; KR870000254B1; IT1189322B; SE8204391D0; ES514128A0; KR840001298A; SE8204391L; IT8248842A0; FR2525275B1; GB2118622B; GB2118622A; DE3226959C2; FR2525275A1; ES8400537A1; AU8614982A; AU548862B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. We ι c-k m-a ν ν, Φιρί.-PηYs."©it. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Li ska

D/80
HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA sooo München 86, den 19. JUfί 1987 27-8, Jingumae 6-chome, Shibuya-ku , ^{POSTFACH 8}^⁰⁸²⁰ ■

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Tokyo, Japan

KolbenbrennkraftmaBcliine mit ITaclizünduiLg

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenbrennkraftmaschine des Nachzündungstyps, in der eine Hauptverbrennungskammer ein verhältnismäßig mageres Gemisch und eine Hi Ifsverbrennungskammer ein verhältnismäßig fettes Gemisch aufnimmt. Ein Flammkanal verbindet die beiden Verbrennungskammern. Eine Zündkerze zündet das Gemisch in der HiIfverbrennungskammer bei oder nahe dem Ende des Kompressionshubes, und das brennende Gemisch breitet sich durch den Flammkanal aus, um das verhältnismäßig magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer zu zünden. Brennkraftmaschinen dieses allgemeinen Typs werden in den letzten Jahren weithin bei Automobilen verwendet, um den Anteil von Verunreinigungspartikeln oder Schadstoffen in den Abgasen, wie HC, CO und NO. zu reduzieren.

In den letzten Jahren haben die Auflagen bezüglich des Umweltschutzes und die Forderungen nach" einem wirtschaftlichen Betrieb zu Forschungen und Entwicklungen geführt, durch die eine optimale Form und Konstruktion der Elemente, die bei dem Verbrennungsvorgang benutzt werden, erreicht worden ist. Es ist in diesem Zusammenhang wünschenswert, eine Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad bei einer Nachzündungsbetriebsweise zu entwickeln, deren Ausgangsleistung bei gleichzeitiger Reduktion der Mengen von schädlichen Emissionen zu steigern ist und bei der zusätzlich eine Verbesserung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches zu erzielenist.

Auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen ist es allgemein bekannt, daß die Erhöhung des Kompressionsverhältnisses der Brennkraftmaschine im Sinne einer Erhöhung ihres thermischen Wirkungsgrades wirksam ist und daß dadurch die Ausgangsleistung und die Wirtschaftlichkeit im Kraftstoffverbrauch verbessert wird. Eine derartige Erhöhung des Kompressionsverhältnisses verursacht indessen das sog. Klopf-Phänomen (d. \\. eine anomale Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches), das häufiger auftritt, wodurch die Aus-

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gangslei stung ungünstig beeinflußt wird und eine Grenze für die Erhöhung des Kompressionsverhältnisses gegeben ist.

Das Phänomen "Klopfen" wird allgemein so betrachtet, daß es durch eine plötzliche Verbrennung des letzten Verbrennungsstoffes, d. h. des Restladungsanteils, verursacht wird, und zwar aufgrund der Flammenausbreitung in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch. Es sind verschiedene Maßnahmen zum Unterdrücken eines derartigen "Klopfens" bekannt, die als Beispiele im folgenden aufgezählt werden:

(1) Reduzieren der Temperatur und des Druckes des Verbrennungsgases ;

(2) Verbessern des Kühlungsvorganges an den Wandungen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich des Rest-1adungsantei1s;

(3) Erhöhen der Flammgeschwindigkeit, um die Verbrennungsgeschwindigkeit zu steigern;

(4) Verkürzen der Ausbreitungsstrecke der Nachzündf1 amme. 20

Es ist ebenfalls bekannt, daß Kolbenbrennkraftmaschinen des Nachzündungstyps eine ausgezeichnete "Anti klopf"-Charakteri sti k haben .

In einer Brennkraftmaschine des Nachzündungstyps besitzt das Mittel,das allgemein zum Verhindern des Auftretens des Klopfens verwendet wird, die Eigenschaft, die Geschwindigkeit der Zündflamme zu erhöhen, um die Zündflamme in die Lage zu versetzen, den Endbereich der Hauptverbrennungskammer zu erreichen, und die Verbrennungsgeschwindigkeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Hauptverbrennungskammer insgesamt zu erhöhen. Indessen ist es sogar in einer derartigen Nachzündungs-Brennkraftmaschine dann, wenn das Kompressionsverhältnis erhöht wird, sehr schwierig, das Auftreten des Klopfens zu verhindern, was dazu führt, daß eine Verringerung der Brennkraftmaschinen-Ausgangsleistung auftritt, wie dies der Fall bei einer herkömmlichen Brenn-

kraftmaschine ist.

Zusätzlich treten manchmal dann, wenn die Nachzündenergie oder die Nachzündflammengeschwindigkeit bei einer Brennkraftmaschine des Nachzündtyps merklich erhöht wird, Verbrennungsgeräusche auf, die unterschiedlich von dem "Klopfen" sind, und zwar während besonderer Betriebszustände der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Bereich niedriger Drehzahl oder im Hochlastbetrieb. Das Auftreten derartiger Verbrennungsgeräusche hat indessen keinen nachteiligen Einfluß auf die Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, die gegenüber bekannten Kolbenbrennkraftmaschinen des genannten Typs verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.

Die Erfindung sieht eine Kolbenbrennkraftmaschine vor, bei der ein Kolben, der verschiebbar in einem Zylinder montiert ist, mit einem Zylinderkopf zusammenwirkt, um eine Hauptverbrennungskammer zu bilden. Erfindungsgemäß ist die Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Hi Ifsverbrennungskammer, die in dem Zylinderkopf vorgesehen und durch zumindest einen Flammkanal mit der Hauptverbrennungskammer verbunden ist, wobei der Kolben und der Zylinderkopf zusammenwirken, um eine Hilfszone zu bilden, mit einem Hohlraum in dem Zylinderkopf, der mit der oberen Seite des Kolbens zusammenwirkt, um einen kompakten Bereich der Hauptverbrennungskammer nahe der Hilfszone zu bilden, mit zwei Einlaßventilen auf einer Seite des Hohlraums zum Beliefern des kompakten Abschnittes der Hauptverbrennungskammer mit einem Luft/ Kraftstoff-Gemisch, mit einem Auslaßventil auf der anderen Seite des Hohlraums nahe einem der Einlaßventile, mit einer Zündkerze, die Elektroden hat, welche mit der Hi Ifsverbrennungskammer und mit dem stromaufwärtigen Ende des oder der Flammkanale in Verbindung stehen, und mit zumindest einem Ansaugkanal, der den Flammkanal oder jeden der Flammkanäle

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zwischen dessen oder deren Enden durchschneidet und sich von der Hilfszone der Hauptverbrennungskammer aus erstreckt, ausgestattet.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung anhand der Figuren im einzelnen beschrieben .

Fig. 1 zeigt, eine Schnittansicht·, die die wichtigen Teile eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Schnitt verläuft längs einer Linie 1 - -1 , wie sie. in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 2 --2, wie sie in Fig. ) gezeigt

1 st, verlauft.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht, die teilweise weggebrochen ist und längs einer Linie 3 -- 3, wie siein Fig.

2 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei der Schnitt im wesentlichen längs einer Linie 4--4, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht - teilweise im Schnitt, wobei dieser Schnitt im wesentlichen längs einer Linie 5--5, wiesie in Fig. 1 gezeigt ist, verläuft. 30

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht, die längs einer Linie 6--6, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 7 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2 und stellt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel dar.

Fig. 8 zeigt eine Ansicht, die im wesentlichen längs einer

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- - W -r ■ - λ, λ Μ '

Linie 8--8, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 9 bis Fig. 12 zeigen eine andere Ausführungsform. Fig. 9 stellt dabei eine Ansicht ähnlich der in Fig. 1 dar.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen

längs einer Linie 10 — 1O₃ wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, verlauft.
10

Fig. 11 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei diese Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie 11--Π, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 12 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie 12 —12, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 13 bis Fig. 17 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 13 —13, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie "14 —14, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 15 —15, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 16 —16, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 17 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnitt-

ansicht längs einer Linie 17 —17» wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 18 bis Fig. 24 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Fig. 18 zeigt dabei eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 18 —18, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist, verl äuft·.

Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 19 —19, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 20--20, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 21--21, wie sie in Fig. 18 g e zeigt ist, verläuft.

Fig. 22 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie.22--22, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist, verläuft. 25

Fig. 23 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie 23 --23, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 24 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie 24--24, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 25 bis Fig. 29 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Fig. 25 zeigt dabei eine Ansicht ähnlich der in Fig. 18.

Fig. 26 zeigt eine Schnittansicht, die im wesentlichen längs einer Linie 26-26, wie sie in Fig. 25 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 27 zeigt eine Einzelheit im Schnitt, wobei die Schnittansicht im wesentlichen längs einer Linie 27 — 27, wie sie in Fig. 26 gezeigt ist, verläuft.

Fig. 28 zeigt eine Draufsicht des Kolbens, wie er in Fig. 26 gezeigt ist.

Fig. 29 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Kolbens, wie er in Fig. 28 gezeigt ist.

Zunächst wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, das in Fig. T bis Fig. 6 gezeigt ist,beschrieben.

Eine Brennkraftmaschine E, die einen Zylinderblock 1 und einen Zylinderkopf 2 enthält, weist flache, zusammenpassende Flächen auf, die mit einem zwischen ihnen liegenden Dichtring 3 miteinander verbunden sind. Ein Zylinder 4 in dem Zylinderblock 1 weist einen Kolben 5 auf, der sich darin hin- und herbewegt. Ein Hohlraum 6 in dem Zylinderkopf wirkt mit dem Kolben 5 und dessen Ausnehmung 7 zusammen, um eine Hauptverbrennungskammer M eines verhältnismäßig kleinen Volumens zu- bilden.

Auf einer Seite des Hohlraums 6 sind eine erste Haupteinlaß venti!öffnung 8 und eine zweite Haupteinlaßventi1 öffnung vorgesehen, die jeweils mit einer ersten Haupteinlaßventi1 Einlaßöffnung 10 und einer zweiten Haupteinlaßventi1-Einlaßöffnung 11, welche in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet sind, kommunizieren. Diese Haupteinlaßventi1-Einlaßöffnungen 10 u. 11 nehmen ein verhältnismäßig mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch aus einem ersten Vergaser 12 auf. Di-e erste Haupteinlaßventilöffnung 8 und die zweite Haupteinlaßven-

tilöffnung 9 werden durch ein erstes Haupteinlaßventil 14 bzw. ein zweites Haupteinlaßventil 15, die verschiebbar mittels Ventilführungen 13 in dem Zylinderkopf 2 montiert sind, geöffnet und geschlossen. Die Haupteinlaßventile 14 und 15 werden durch einen herkömmlichen Venti1betätigungsmechanismus betätigt.

Wie am besten in Fig. 2 zu erkennen ist, hat die Hauptverbrennungskammer M auf ihrer anderen Seite eine Auslaßventil öffnung 16, die mit einer Auslaßöffnung 17, die in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet ist, in Verbindung steht und die durch ein Auslaßventil 18 geöffnet oder geschlossen wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das zweite Haupteinlaßventil 15 und das Auslaßventil 18 im wesentlichen auf einer Durchmesserlinie des Zylinders 4 mit einem axialen Mittelpunkt 0 des Zylinders 4 zwischen ihnen angeordnet sind. Das erste Haupteinlaßventil 14 ist zwischen dem zweiten Haupteinlaßventil 15 und dem Auslaßventil 18 in einer Position, die von dem axialen Mittelpunkt 0 des Zylinders 4 einen Abstand hat, angeordnet.

Wenn sich der Kolben 5 in seiner oberen Totpunktposition befindet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, werden bei den äußeren peripheren Abschnitten der Hauptverbrennungskammer M eine große erste Hilfszone S-, sowie eine kleine zweite Hilfszone S„ und eine kleine dritte Hilfszone S₃ gebildet. Diese Hilfszonen werden durch das. Zusammenwirken der ebenen Fläche auf der oberen Seite des Kolbens 5 (ausgenommen die Ausnehmung 7) und den ebenen Oberflächen auf der unteren Seite des Zylinderkopfes 2 gebildet. Die große erste Hilfszone S^ wird zwischen dem zweiten 'Haupteinlaßventil 15 und dem Auslaßventil 18 gebildet, wobei sich ihr innerer zentraler Bereich 19 allgemein radial in Richtung auf den axialen Mittelpunkt 0 des Zylinders 4 hin erstreckt.

Die zweite Hilfszone S₂ wird in dem peripheren Bereich des Zylinders 4 zwischen dem ersten Haupteinlaßventil 14 und

dem zweiten Haupteinlaßventil 15 gebildet. Die dritte Hilfszone So wird ebenfalls in dem peripheren Bereich des Zylinders 4 gebildet, jedoch zwischen dem ersten Haupteinlaßventil 14 und dem Auslaßventil 18.
5

In dem Zylinderkopf 2 ist oberhalb der ersten Hilfszone S, und in einer Position oberhalb der Hauptverbrennungskammer M eine Hi Ifsverbrennungskammer A ausgebildet, wobei zwischen diesen Kammern eine Trennwand 26 ausgebildet ist.

Eine Hi Ifseinlaßventi1 öffnung 20 steht mit einer Hilfseinlaßöffnung 21, die in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet ist, in Verbindung. Sie wird mit einem verhältnismäßig fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch aus einem Hilfsvergaser 22 versorgt. Ein Befestigungsteil 23 ist mit einem Durchlaß 24 zur Verbindung der Hi Ifsverbrennungskammer A mit der Hilfseinlaßöffnung 21 versehen. Innerhalb des Befestigungstei1s 24 gleitet ein Hi If seinl aßventi 1 25, -das durch einen herkömmlichen Ventilbetätigungsmechanismus geöffnet oder geschlossen wird. Wenn die Hi Ifseinlaßöffnung 21 geöffnet ist, wird ein verhältnismäßig fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch durch diese in die Hi Ifsverbrennungskammer A eingeführt.

Die Hi Ifsverbrennungskammer A hat die Form eines Zylinders mit einem halbkugelförmigen unteren Ende. Die Längsachse 1-j-l-jder Hi If sverbrennungskammer A ist nach unten geneigt, um die Längsachse L-L des Zylinders 4 zu schneiden. Es sei angemerkt, daß ein Teil der Hi Ifsverbrennungskammer A oberhalb eines sich nach innen erstreckenden Bereiches der ersten Hilfszone S₁ angeordnet ist.

Unterhalb der Hi Ifsverbrennungskammer A ist ein Gewindeloch 27 vorgesehen, das zu einer Seite der Hi Ifsverbrennungskammer A hin zum Zwecke der Montage einer Zündkerze P versetzt ist. Eine Zündkerzenkammer 28 steht mit dem unteren Abschnitt der Hi Ifsverbrennungskammer A in Verbindung. Die Zündkerze P, die von dem Gewindeloch 27 aufgenommen wird,

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ist mit ihren Elektroden 29 in der Zündkerzen kammer 28 positioniert und steht teilweise in die Hi Ifsverbrennungskammer A h i η e i η .

Die Trennwand 26 in dem Zylinderkopf 2 ist mit einem Flammkanal 30 versehen, der ein stromaufwärtiges Ende hat, welches mit der Zündkerzenkammer 28 und dem unteren Bereich der Hi Ifsverbrennungskammer A in Verbindung steht. Die Elektroden 29 sind in Verlängerung des stromaufwärtigen Endes des Flammkanals 30 positioniert. Das stromabwärtige Ende des Flammkanals 30 öffnet sich in den Hohlraum 6 innerhalb des Zylinderkopfes 2. Das stromaufwärtige Ende des Flammkanals 30 wird durch einen zylindrischen Bereich 30jj gebildet, vergl. Fig. 3. Ein abgeschrägter Bereich 30J3 verbreitert sich in Richtung des volumetrischen zentralen Bereiches der Hauptverbrennungskammer M. Die Bereiche 30a und 30Jd sind koaxial längs einer Linie 1.-1 „ angeordnet und treffen sich an einem Verbindungspunkt 30<c. Die Verlängerung der Längsachse Ip-I^ ^^es Flammkanals 30 läuft zwischen dem zweiten Haupteinlaßventil 15 und dem Auslaßventil 18 durch und verläuft dann gerade unterhalb des ersten Haupteinlaßventils 14 in einer Position, die näher an dem zweiten Haupteinlaßventil 15 liegt.

Ein Ansaugkanal 32, der einen kleineren Durchmesser als der Flammkanal 30 hat, erstreckt sich von der ersten Hilfszone S, zu dem Verbindungspunkt 30£ zwischen den Enden des Flammkanals 30. Die Längsachse L-L des Ansaugkanals 32 durchschneidet die Längsachse λ_?-λ~ des Flammkanals 30. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Abstand _a von dem stromauf wärtigen Ende des Flammkanals 30 bis zu den Elektroden 29 der Zündkerze P kleiner als der Abstand b_ von einem solchen stromaufwärtigen Ende des Flammkanals 30 zu der abdichtenden Fläche des Hi 1 f sei nl aßventi 1 s 25. Der Abstand a_ beträgt vorzugsweise etwa 2/5 des Abstandes b_ und ist ebenfalls vorzugsweise geringer als das Dreifache des Durchmessers des Flammkanals an seinem stromaufwärtigen Ende. Falls dies

gewünscht ist, können sich mehr als ein Ansaugkanal 32 von der Hilfszone S-, aus zum Z'
Flammkanals 30 erstrecken.

der Hilfszone S-, aus zum Zwecke des Durchschneidens des

Beim Betrieb dieser Ausführungsform für die vorliegende Erfindung, wie sie in Fig. 1 bis Fig. 6 gezeigt ist, wird ein verhältnismäßig mageres Gemisch in die Hauptverbrennungskammer durch das erste Haupteinlaßventil 14 und das zweite Haupteinlaßventil 15 während des Ansaughubes des Kolbens 5 angesaugt. Während desselben Ansaughubes wird ein verhältnismäßig fettes Gemisch in die Hilfsverbrennungskammer A durch das Hi Ifseinlaßventi1 25 und in die Hauptverbrennungskammer M durch den Flammkanal 30 angesaugt. Während des folgenden Kompressionshubes sind die Haupteinlaßventile 14, 15 und das Hi Ifsein!aßventi1 25 geschlossen, so daß das magere Gemisch und ein Teil des fetten Gemisches zurück in die Hi Ifsverbrennungskammer-A gedrückt werden. Wenn die Elektroden 29 der Zündkerze P nahe dem Ende des Kompressionshubes einen Lichtbogen erzeugen, wird das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer A gezündet, und eine Nachzündf1 amme erstreckt sich durch den Flammkanal 30 in die Hauptverbrennungskammer M, um das verhältnismäßig magere Luft/Kraftstoff-Gemisch darin zu verbrennen. Die folgenden günstigen Verbrennungsvorgänge oder -Wirkungen werden 5 dabei erzielt:

(I) Nachzündung

Die Elektroden 29 der Zündkerze P sind nahe dem stromaufwärti gen Ende des Flammkanals 30 und auf der unteren Seite der Hilfsverbrennungskammer A angeordnet, wobei sich der Ansaug· kanal 32 von der ersten Hilfszone S, aus erstreckt, um den Flammkanal 30 zwischen seinen Enden zu durchschneiden. Wenn die Elektroden der Zündkerze einen Lichtbogen bilden, wird zunächst das verhältnismäßig fette Luft/Kraftstoff-Gemisch um die Elektroden 29 herum verbrannt, und die Brennflamme breitet sich gleichzeitig in Richtung auf das Innere der

Hi 1fsverbrennungskammer A und auf den Flammkanal 30 aus. Die Luft/Kraftstoff-Gemisehe in der Hi Ifsverbrennungskammer A und in dem Flammkanal 30 werden gleichzeitig verbrannt, um die Zündung des mageren Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Hauptverbrennungskammer zu beschleunigen, wodurch die Differenz zwischen den Drücken in der Hauptverbrennungskammer und der-Hi Ifsverbrennungskammer klein wird, um die Nachzündf1ammen-Ausbreitung zu verringern. In diesem Fall beginnt das Verbrennen des Gemisches in der Nähe des stromaufwärtigen Endes des Flammkanals 30. Deshalb wird das verbrannte Gemisch um das stromaufwärtige Ende des Flammkanals 30 herum zuerst in die Hauptverbrennungskammer M ausgedehnt. Dann breitet sich die Zündflamme in der Hi Ifsverbrennungskammer A aus, woraus sich ein fortschreitend brennendes Gemisch ergibt. Die Zündflamme erstreckt sich von dem Flammkanal 30 aus in die Hauptverbrennungskammer M hinein und nimmt die Form einer aus brennendem Gas bestehenden Zündflamme an, die einen kleinen unverbrannten Anteil des fetten Luft/ Kraftstoff-Gemisches enthält. Folglich wird aufgrund der langsamen Ausdehnung der Zündflamme und der verhältnismäßig langen Dauer der Zündf1 ammeηνer 1 angerung (eingeschlossen der kleine Anteil unverbrannten fetten Gemisches) in die Hauptverbrennungskammer hinein das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Hauptverbrennungskammer M gezündet und verbrannt, ohne daß dabei irgendwelche starken Turbulenzen in dem Gemisch verursacht werden. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Verbrennungsgeräuschen, die allerdings nicht mit dem "Klopfen" in Beziehung stehen. Das Verbrennen des Gemisches in der Hauptverbrennungskammer M steigert den Verbrennungsdruck darin, und dieser Druck breitet sich schnell in Richtung der Hilfszonen aus. Der Strom verbrennenden Gases in dem Flammkanal 30 erzeugt einen Ausstoßeffekt, um den Druck in dem Ansaugkanal 32 zu erniedrigen, was dazu führt, daß das unverbrannte Gemisch in den Hilfszonen angesaugt und durch den Ansaugkanal 32 in den Flammkanal 30 gezogen wird. Das Gemisch wird dann mit dem brennenden Gas vermischt, das in den Flammkanal 30 strömt,

und wird dann verbrannt, um wiederum in die Hauptverbrennungskammer hinein als verbranntes Gas ausgedehnt zu werden. Bei diesem Verbrennungsvorgang werden der maximale Verbrennungsdruck und das Ausmaß des Druckanstieges innerhalb der Hauptcverbrennungskammer M auf niedrigen Werten gehalten. Jeder lokale Temperaturanstieg des Restladungsanteils, der durch die eine Wärmeundurchlässigkeit bewirkende Kompression verursacht wird, wird verhindert. Dadurch wird sogar dann, wenn das Kompressionsverhältnis hoch ist, ein ungewollter derartiger Anstieg des Kompressionsdrucks und der Temperatur verhindert, so daß das Klopf-Phänomen wirksam vermieden wird. Sowohl die Turbulenz in dem Gemisch in der Hauptverbrennungskammer M als auch Verbrennungsgeräusche daraus werden auf einem Minimum gehalten. Desweiteren wird durch die zuvor erläuterte Zirkulationsfunktion des Ansaugkanals 32 das unverbrannte Gemisch in der Hauptverbrennungskammer M erneut entzündet, so daß die Emission von schädlichen Bestandteilen, wie HC und CO, in den Abgasen reduziert werden kann.

(II) Wirkungen durch Abkürzen der Verbrennungszeit und Abkühlen des Restladungsanteils

Günstige Wirkungen werden durch das Ausbilden der Hauptverbrennungskammer M in kompakter Form, durch Anordnen der Hilfszonen um die Hauptverbrennungskammer M herum, durch Anordnen des Flammkanals zum Endladen in Richtung des Zentrums der Hauptverbrennungskammer M und durch Anordnen des Ansaugkanals 32, der eine Hilfszone mit dem Flammkanal an einer Stelle zwischen seinen Enden verbindet, erzielt. Die Länge der Zündflammenausdehnung durch den Flammkanal ist gering. Dadurch wird die Verbrennung des mageren Luft/Kraftstoff-Gemisches abgekürzt. Die Verbrennungsgeschwindigkeit für das Gemisch in der Hauptverbrennungskammer M wird in erster Linie durch die Funktion der ersten Hilfszone S, beschleunigt, wodurch das Klopf-Phänomen vermieden und der thermische Wirkungsgrad erhöht werden kann.

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Desweiteren wird dadurch, daß die Wandungsflächenbereiche der Hilfszonen S-,, S_? und S- auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden, zusammen mit der Hi Ifsfunktion dieser Zonen das Phänomen der Selbstzündung des Gemisches, das ansonsten leicht um die Hauptverbrennungskammer M herum entsteht, vermieden. Zusätzlich wird, weil sich der Ansaugkanal 32 zu der ersten Hilfszone S, hin öffnet, die Zirkulation des unverbrannten Gemisches in den Flammkanal 30 hinein beschleunigt, was außerdem zur Verminderung der Wahrscheinlichkeit des· Kl opf -Phänomens beiträgt.

Außerdem tragen die spezielle Anordnung der Einlaß- und Auslaßventile, die Form und kompakte Struktur der Hauptverbrennungskammer M, die Position des Flammkanals 30, der Ort der Hauptverbrennungskammer A, die Montage der Zündkerze P und die Ausbildung der Hilfszonen gemeinsam dazu bei, die oben erläuterten Vorgänge oder Wi-rkungen (I), (II) merklich zu verbessern, und zwar bei einem größeren Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.

In dem modifizierten Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, das in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt ist, sind die Position des Flammkanals 30 und die Größe der ersten Hilfszone S-, unterschiedlich von denen der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Das stromabwärtige Ende des Flammkanals 30 befindet sich in einer Position, die gegenüber dem Auslaßventil versetzt ist. Außerdem ist die Längsachse 1_?-1₂ des Flammkanals 30 auf das Zentrum der Hauptverbrennung skammer M gerichtet, wobei die Verlängerung dieser Achse unmittelbar unterhalb solcher peripherer Abschnitte des Auslaßventils 18 und des ersten Haupteinlaßventils 14 durchläuft, die einander benachbart sind. Die erste Hilfszone S, ist kleiner als diejenige in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet. Dieses zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und Fig. 8 behält die Funktionen und Vorteile, die für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 beschrieben sind, bei.

Fig. 9 bis Fig. 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich etwas von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung des Flammkanals 30 und in der Größe der ersten Hilfszone S-, unterscheidet. Das stromauf wärti ge Ende des Flammkanals 30 öffnet sich sowohl zu der Hi Ifsverbrennungskammer A als auch zu der benachbarten Zündkerzenkammer 28 hin, wobei das stromabwä'rti ge Ende des Flammkanals 30 versetzt zu dem Auslaßventil 18 in einer ähnlichen Weise positioniert ist, wie es für das zweite Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die Längsachse Lp-L₂ des Flammkanals 30 ist auf den zentralen Bereich der Hauptverbrennungskammer M gerichtet, und ihre Verlängerung läuft gerade unterhalb der peripheren Abschnitte des Auslaßventils 18 und des ersten Haupteinlaßventils 14. Die erste Hilfszone S₁ ist kleiner als diejenige des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Die Funktionen und die Betriebswei se-di eses dritten Ausführungsbeispiels sind ähnlich denen des ersten Ausführungsbeispiels.

Ein viertes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ist in Fig. 13 bis Fig. 17 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei Flammkanäle 30, und 30«"auf. Das stromaufwärtige Ende des einen Flammkanals 30, öffnet sich sowohl zu der Hilfverbrennungskammer A als auch zu der Zündkerzenkammer hin, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, während sich sein stromabwärtiges Ende zu einem oberen Bereich der Seitenwand der Hauptverbrennungskammer M hin in Nachbarschaft des Auslaßventils 18 öffnet. Die Verlängerung der Längsachse 1,.-1,« des ersten Flammkanals 30-, verläuft unterhalb des Auslaßventils 18. Das stromaufwärtige Ende des zweiten Flammkanals 3O₂ steht mit der unteren Seite der HiIfsverbrennungskammer A in Verbindung, und wie in Fig. gezeigt, öffnet sich sein stromabwärtiges Ende in einem oberen Bereich der Seitenwand der Hauptverbrennungskammer

M. Die Verlängerung der Längsachse 1,,₂1,,₂ dieses zweiten Flammkanals 3O₂ verläuft unmittelbar unterhalb des zweiten Haupteinlaßventils 15.

Ein erster Ansaugkanal 32, und ein zweiter Ansaugk'anal 32„ durchschneiden den ersten Flammkanal 3Ö-] bzw. den zweiten Flammkanal 3O₂, und beide sind zu der ersten Hilfszone S, hin offen, wobei ein Zwischenraum zwischen ihnen gelassen wird. In diesem vierten Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ist die obere Fläche des Kolbens 5 nicht mit einem Ausnehmungsbereich versehen, sondern ist stattdessen im wesentlichen eben ausgebildet. Folglich sind eine zweite und dritte Hilfszone S₉ und S-, die in dem ersten Ausführungsbeispiel- verwendet werden, nicht definiert. Die Hauptverbrennungskammer M dieses Ausführungsbeispiels ist kleiner in ihrem Volumen als diejenigen Hauptverbrennungskammern der vorhergehenden und zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 bis Fig. 17 erstrecken sich die Zündflammen von den beiden Flammkanälen 30, und 3O₂ aus in Richtung auf die unteren Bereiche des Auslaßventils 18 und des zweiten Haupteinlaßventils 15 zum Zwecke einer gleichförmigen und schnellen Verbrennung des Gemisches in der Hauptverbren-0 nungskammer M. Die Flammenausdehnungslänge ist gering, auf welche Weise ein weiteres Abkürzen der Verbrennungszeit realisiert werden kann, was ein vorteilhafter Faktor zum Verhindern des Klopf-Phänomens ist. Desweiteren ergibt das Vorsehen der Ansaugkanäle 32, und 32₉, daß die Temperatur und der Druck des Luft/Kraftstoff-Gemisches im Vergleich zu dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels reduziert werden können. Dies sind weitere Faktoren, die zur Verhinderung des Klopf-Phänomens beitragen.

Es sei angemerkt, daß in diesem vierten Ausführungsbeispiel die Elektroden 29 der Zündkerze außerhalb der Verlängerung der stromaufwärtigen Enden der Flammkanäle 30, und 3O₉ angeordnet sind, so daß der Flammenkern, der um die Elektroden 29 herum erzeugt wird, nicht durch das komprimierte magere Gemisch ausgeblasen werden kann, das von der Hauptverbrennungskammer M in die Flammkanäle 30, und 3O₉ nahe dem Ende des Kompressionshubes der Brennkraftmaschine strömt. Es ist

ersichtlich, daß mehr als ein Ansaugkanal jeden der Flammkanäle 30-j und 30_? durchschneiden kann.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, das in Fig. 18 bis Fig. 24 gezeigt ist> stellt eine modifizierte Ausführungsform des vierten Ausführungsbeispiels dar und unterscheidet sich von letzterem in den Richtungen des ersten Flammkanals 30·,, des zweiten Flammkanals 30p, des ersten Ansaugkanals 32, und des zweiten Ansaugkanals 30_? sowie in der Größe der ersten Hilfszone S,. Hierbei sind beide Enden des ersten Flammkanals 30, und des zweiten Flammkanals 3O₂ voneinander entfernt, und der Kreuzungswinkel der Längsachsen ^ * 2 "^ * 2 ^uncl ''^s>2~''"2 ^{der Zwei} Flammkanäle 30-, und 3O₂ ist verhältnismäßig klein. Desweiteren sind die stromaufwärti gen Enden der Flammkanäle 30-, und 30_? in bezug auf die Elektroden 29 der Zündkerze P entfernt voneinander angeordnet. Der erste Flammkanal 30-, öffnet sich sowohl zu der Hi Ifsverbrennungskammer A als auch zu der Zündkerzenkammer 28 hin, während sich der zweite Flammkanal 30„ zu dem unteren Bereich der Hi Ifsverbrennungskammer A hin öffnet. Die erste Hilfszone S-, ist verhältnismäßig klein. Eine zweite Hilfszone und eine dritte Hilfszone (korrespondierend mit S₂ und S₃) sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Zusätzlich ist, da der KoI-ben 5 an seiner oberen Seite einen großen Durchmesser hat, der einen ausgenommenen Bereich 7¹ hat, wie dies in Fig. und 29 gezeigt ist, der Bereich der ersten Hilfszone S-, relativ klein. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise, wie dies im Zusammenhang mit dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Fig. 25 bis Fig. 27 zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel, das eine modifizierte Ausführungsform des fünften Ausführungsbeispiels darstellt. Die Entfernungen der Elektroden 29 der Zündkerze P von den stromaufwärtigen Enden des ersten und zweiten Flammkanals 30, bzw. 30_? sind im wesentlichen einander gleich.

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Auf diese Weise ist, wie dies im einzelnen für die verschiedenen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, eine Kolbenbrennkraftmaschine des Nachzündungstyps geschaffen worden, die eine besonders konstruierte Hauptverbrennungskammer, eine Hi Ifsverbrennungskammer, zumindest einen FTammkanal und einen Ansaugkanal hat, wobei diese Elemente gemeinsam derart zusammenwirken, daß sie die Reinhälturig der Abgase und den spezifischen Kraftstoffverbrauch verbessern, wodurch eine Erhöhung der Brennkraftmaschinen-Ausgangsleistung und eine Beseitigung von Geräuschen, die mit dem Verbrennungsvorgang einhergehen, erzielt werden.

Aus diesem Grunde schafft die vorliegende Erfindung zumindest mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen eine KoI-benbrennkraftmaschine des Nachzündungstyps, die eine hohe Arbeitsleistung hat, wobei das Kompressionsverhältnis angehoben ist, während das Klopfen vermieden wird, jedoch das Beibehalten der vorteilhaften Eigenschaften durch Maschinenkonstruktions-Verbesserungen erreicht wird, welche Eigen· 0 schäften die Emission von schädlichen Bestandteilen, wie HC, CO und NO , reduziert und die Wirtschaftlichkeit bezuglieh des Kraftstoffverbrauches sowie die Ausgangsleistung verbessern. Desweiteren läuft eine derartige Maschine durch die Verringerung der Verbrennungsgeräusche weich und rund.

Das Kompressionsverhältnis kann 10 oder mehr betragen.

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche:

( 1y KoIbenbrennkraftmaschine mit Nachzündung, bei der ein Kolben, der verschiebbar in einem ZyIiader montiert ist, mit einem Zylinderkopf zusammenwirkt, um eine Hauptverbrennungskammer zu bilden, dadurch gekennzei c h η e t , daß eine Hilfsverbrennungskammer (A) in dem Zylinderkopf (2) vorgesehen ist, die durch zumindest einen Flammkanal (30) mit der Hauptverbrennungskammer (M) verbunden ist, daß der Kolben (5) und der Zylinderkopf (2) derart zusammenwirken, daß sie Hilfszonen (S,, S_?, S^) bilden, daß ein Hohlraum (6) in dem Zylinderkopf (2) vorgesehen ist, der mit der oberen Seite des Kolbens (5) zusammenwirkt, um einen kompakten Bereich der Hauptverbrennungskammer (M) in Nachbarschaft der Hilfszonen (S,, Sp, So) zu bilden, daß zwei Haupteinlaßventile (14, 15) auf einer Seite des Hohlraums (6) zum Versorgen des kompakten Bereiches der Hauptverbrennungskammer (M) mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch vorgesehen sind, daß ein Auslaßventil (18) auf der anderen Seite des Hohlraums (6) in Nachbarschaft eines der beiden Haupteinlaßventile vorgesehen ist, daß eine Zündkerze (P) vorgesehen ist, die Elektroden (29) hat, welche mit der Hi Ifsverbrennungskammer (A) und mit dem stromaufwärtigen Ende des oder jedes von Flammkanälen (30; 30·,, 30p) in Verbindung steht, und daß zumindest ein Ansaugkanal (32) vorgesehen ist, der den oder jeden der Flammkanäle (30; 30-,, 30p) zwischen dessen oder deren Enden durchschneidet und sich von der ersten Hilfszone (S-.) der Hauptverbrennungskammer (M) aus erstreckt.
2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die beiden Haupteinlaßventile (14, 15) dazu bestimmt sind, ein verhältnismäßig mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Hauptverbrennungskammer (M) einzulassen und daß ein Mittel zum Versorgen der Hilfsverbrennungskammer (A) mit einem verhältnismäßig fetten Luft/ Kraftstoff-Gemisch vorgesehen ist.
3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet , daß der kompakte Bereich der Hauptverbrennungskammer (M) zum Teil durch eine Ausnehmung (7; 7') an der Oberseite des Kolbens (5") definiert ist.
4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet , daß der Kolben (5) und der Zylinderkopf (2) auf eine Weise zusammenwirken, daß sie die Vielzahl von Hilfszonen (S-,, S₂, S₃) derart bilden, daß die erste Hilfszone (S-,) größer als die anderen Hilfszonen (Sp, SJ ist, und daß der kompakte Bereich der Hauptverbrennungskammer (M) radial einwärts von den Hilfszonen (S-,, Sp, S₃) aus angeordnet ist.
5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Flammkanal (30) vorgesehen ist, der mit dem Hohlraum (6) zwischen dem Auslaßventil (18) und dem einen der Haupteinlaßventi1e kommuniziert.
6. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flammkanä'le (30-, , 30p) vorgesehen sind, daß einer der Flammkanäle (3O₂) mit dem Hohlraum (6) des Zylinderkopfes (2) nahe dem einen Haupteinlaßventil (15) in Verbindung steht und daß der andere Flammkanal (30-,). mit dem Hohlraum (6) nahe dem Auslaßventil (18) in Verbindung steht.
7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß die beiden Flammkanäle (30-j, 3O₂) von dem unteren Bereich der Hi Ifsverbrennungskammer (A) ausgehend auseinanderlaufen.
8. Kolbenbrennkraftmaschine, bei der ein Kolben, der verschiebbar in einem Zylinder montiert ist, mit einem Zylinderkopf derart zusammenwirkt, daß er eine Hauptverbrennungskammer bildet, dadurch gekennzei chnet , daß

eine Hi If sverbrennungskammer (-A) in dem Zylinderkopf (2) vorgesehen ist, die durch zumindest einen Fiammkanal (30) mit der Hauptverbrennungskammer (M) verbunden ist, daß der Kolben (5) und der Zylinderkopf (Z) mit der Oberseite des Kolbens (5) derart zusammenwirken, daß sie einen kompakten Bereich der Hauptverbrennungskammer (M) in Nachbarschaft zumindest einer Hilfszone bilden, daß zumindest ein Haupteinlaßventil auf einer Seite des Hohlraums (6) zum Versorgen des kompakten Bereiches der Hauptverbrennungskammer (M) mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch vorgesehen ist, daß ein Auslaßventil (18) auf der anderen Seite des Hohlraums (6) vorgesehen ist, daß eine Zündkerze (P) vorgesehen ist, die Elektroden (29) hat, welche mit der Hi Ifsverbrennungskammer (A) und mit dem "stromaufwärtigen Ende des oder jedes von Flammkanälen (30; 30-,, 30_?) in Verbindung stehen, und daß zumindest ein Ansaugkanal (32) vorgesehen ist, der den oder jeden der Flammkanäle (3Oj 30,, 3O₂) -zwisehen dessen oder deren Enden durchschneidet und sich von der Hilfszone der Hauptverbrennungskammer (M) aus erstreckt.