DE3226960C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist aus der DE-OS 28 37 231 bekannt.

Bei dieser Brennkraftmaschine steht die Zündkammer nur mit der Hilfsverbrennungskammer in Verbindung. Der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals und den Elektroden der Zündkerze ist größer als der Abstand zwischen dem stromauf­ wärtigen Ende des Flammkanals und den dichtenden Flächen des Hilfseinlaßventils. Die zentrale Längsachse der Zündkerze durchsetzt das untere Ende der Hilfsverbrennungskammer.

Bei einer ähnlichen, nach der US-PS 39 95 604 bekannten Brenn­ kraftmaschine ist keine Zündkammer vorgesehen, vielmehr liegen die Elektroden der dort vorgesehenen Zündkerze in der Hilfs­ verbrennungskammer. Der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals und den Elektroden der Zündkerze ist kleiner als der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals und den dichtenden Flächen des Hilfseinlaß­ ventils. Die zentrale Längsebene der Zündkerze durchschneidet die Hilfsverbrennungskammer.

Bei einer wiederum ähnlichen Brennkraftmaschine nach der japa­ nischen Offenlegungsschrift 56-9 615 ist keine Zündkammer vor­ gesehen. Die Elektroden einer Zündkerze ragen in eine Hilfsver­ brennungskammer. Der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals und den Elektroden der Zündkerze ist kleiner als der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals und den dichtenden Flächen des Hilfseinlaßventils. Die zentrale Längsachse der Zündkerze schneidet die Hilfsver­ brennungskammer.

Durch die US-PS 23 14 175 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit Ausnahme eines Ausgangkanals in der peripheren Zone der Hauptverbrennungskammer die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 aufweist, wobei zusätzlich die Randzonen der die Hauptverbrennungskammer begrenzenden Flächen des Zylinderkopfs und des Kolbens zur Bildung einer den Hauptteil des Volumens der Haupt­ verbrennungskammer umgebenden Hilgszone eben sind.

Weiter ist es aus der US-PS 41 88 932 bekannt, die Zündkerze in einer Zündkammer anzuordnen, die sowohl mit dem stromaufwärtigen Ende des Flammkanals als auch mit der Hilfsverbrennungs­ kammer in Verbindung steht, wobei die zentrale Längsachse der Zündkerze außerhalb des unteren Endes der Hilfsverbrennungskammer verläuft. Schließlich ist eine Brennkraftmaschine mit einer Kolbenausnehmung aus der DE-OS 28 37 232 Fig. 4 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die von einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erzeugten Geräusche zu mindern und dabei auch den maximalen Druck und somit die maximale Temperatur in der Brennkammer zu mindern, um die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Haupt­ verbrennungskammer zu verlängern, somit das Phänomen des "Klopfens" zu verringern und auch den Brennstoffverbrauch zu verringern. Schließlich soll auch die Emission von Schad­ stoffen gemindert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Messungen haben erwiesen, daß die Aufgabe im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine nach der DE-OS 28 37 231 gelöst wird.

Wie die Messungen ergeben haben, beruhen die erzielten Effekte darauf, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Zündkammer ungehindert ge­ zündet werden kann, insbesondere der Zündfunken sich ruhig ent­ wickeln kann und nicht ausgeblasen wird, und daß aus der Zünd­ kammer Flammfronten in die Hilfsverbrennungskammer und in den Flammkanal austreten, um dort nach dem Kompressionshub auf stark turbulente Kraftstoff-Luft-Gemische zu treffen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausfüh­ rungsform einer Brennkraftmaschine im Bereich einer Haupt­ verbrennungskammer mit zugehöriger Zündkammer, Hilfsverbren­ nungskammer, Zündkerze und Ventilen.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen in der Brennkraft­ maschine nach Fig. 1 verwendbaren Kolben.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf den Kolben nach Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt bei einer anderen Ausbildung der Hauptverbrennungskammer, des Flammkanals und der Ansaugkanäle.

Fig. 7 zeigt eine gegenüber Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform.

Die Brennkraftmaschine E nach Fig. 1 enthält einen in einer Zylinderbohrung 11 a in einem Zylinderblock 12 a hin- und herbe­ wegbaren Kolben 10 a. Ein Zylinderkopf 13 a ist auf dem Zylinder­ block 12 a unter Zwischenfügung eines Dichtrings befestigt. In dem Zylinderkopf 13 a ist ein Hohlraum 43 ausgebildet, der, von einer Ausnehmung 15 a des Kolbens 10 a begrenzt, eine Hauptverbrennungskammer 17 a bildet. Der Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer 17 a hat einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Zylinderbohrung 11 a.

In dem Zylinderkopf 13 a ist ein Haupteinlaßkanal 18 a ausgebildet, dem ein verhältnismäßig mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch aus einem ersten Vergaser 19 a zugeführt wird. Der Strom durch den Haupteinlaßkanal 18 a wird durch ein Haupteinlaßventil 21 a gesteuert, das einen stationären Sitz am stromabwärtigen Ende des Haupteinlaßkanals aufweist. Wie Fig. 2 zeigt, ist in dem Zylinderkopf 13 a überdies ein Auslaßventil 23 a mit einem stationären Sitz am stromaufwärtigen Ende eines Auslaßkanals 25 a vorgesehen.

Zum Zuführen eines verhältnismäßig fetten Kraftstoff-Luft- Gemisches in einem Hilfseinlaßkanal 27 a ist ein zweiter Ver­ gaser 26 a vorgesehen. Der Strom dieses verhältnismäßig fetten Gemisches durch den Hilfseinlaßkanal 27 a wird von einem Hilfs­ einlaßventil 28 a gesteuert, das gegen einen Ventilsitz 29 a schließt. Das fette Gemisch tritt in eine Hilfsverbrennungskammer 31 a ein, wenn ein Hilfseinlaßventil 28 a geöffnet ist. Ein Flammkanal 32 a verbindet die Hilfsverbrennungskammer 31 a mit der Hauptver­ brennungskammer 17 a. In den Zylinderkopf 13 a ist mittels eines Gewindes eine Zündkerze 33 a geschraubt, die innerhalb einer Zündkammer 36 a liegende Elektroden 35 a hat. Das stromaufwärtige Ende 37 a des Flammkanals 32 a steht mit der Zündkammer 36 a und mit der Hilfsverbrennungskammer 31 a in Verbindung. Die zentrale Längsachse der Zündkerze 33 a verläuft unterhalb des unteren Endes der Hilfsverbrennungskammer 31 a.

Die Stirnfläche des Kolbens 10 a ist nicht eben, sondern mit einer Ausnehmung 15 a versehen. Außerdem weist die Unterseite des Zylinderkopfs 13 a einen ovalen Hohlraum 43 in einem sonst flachen Abschnitt 44 oberhalb des Kolbens 10 a auf. Auf diese Weise wird eine Hilfszone 45 a zwischen dem Kolben 10 a und dem Zylinderkopf 13 a gebildet, ie die Hauptverbrennungskammer 17 a umgibt. Ein Haupteinlaßventil 21 a und ein Auslaßventil 23 a öffnet sich in den Hohlraum 43. Zwei Flammkanäle 32 a verlaufen symmetrisch durch den Zylinderkopf 13 a und münden in dem Hohlraum 43. Die stromaufwärtigen Enden 37 a der Flammkanäle 32 a münden in einer Hilfsverbrennungskammer 31 a und in einer Zündkammer 36 a. In jedem Flammkanal 32 a mündet ein Ansaugkanal 38 a bzw. 39 a, der von der Hilfszone 45 a ausgeht. Es ist eine einzige Zündkerze 33 a vorgesehen, deren Elektroden 35 a in einer Zündkammer 36 a angeordnet sind. Die Elektroden 35 a liegen seitlich der Verlängerung der stromaufwärtigen Enden 37 a der Flammkanäle 32 a. Auf diese Weise wird der Flammenkern der Elektroden 35 a bei einer Zündung nicht durch den Strom des Gemisches ausgeblasen, das aus der Hauptverbrennungs­ kammer 17 a in die Flammkanäle 32 a am Ende des Kompressions­ hubs strömt. Die Flammkanäle 32 a laufen von der einzigen Zünd­ kammer 36 a her auseinander, wie dies Fig. 3 zeigt. Der Abstand zwischen den stromaufwärtigen Enden 37 a der Flammkanäle 32 a und den Elektroden 35 a ist kleiner als der Abstand zwischen den stromaufwärtigen Enden 37 a der Flammkanäle 32 a und den dichten Flächen des Hilfseinlaßventils 28 a.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist in dem Zylinderkopf ein oval doppelflügeliger Hohlraum 46 vorgesehen. Ein einziger Flammkanal 32 b mündet symmmetrisch in dem Hohlraum 46. Ansaug­ kanäle 38 b, 39 b, 40 b in dem Flammkanal 32 b zwischen dessen Enden gehen von einer Hilfszone 45 b im Zylinderkopf oberhalb des Kolbens symmetrisch zum Hohlraum 46 aus.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist in dem Zylinderkopf ein Hohlraum 46 vorgesehen, der eine ähnliche Form wie der Hohl­ raum 46 nach Fig. 6 hat. Es sind zwei Flammkanäle 32 c wie in Fig. 2 vorgesehen. In jedem Flammkanal 32 c mündet ein Ansaugkanal 39 c, der von einer Hilfszone 45 c ausgeht.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine E wird während des Ansaug­ hubs des Kolbens 10 a ein verhältnismäßig mageres Gemisch durch den Haupteinlaßkanal 18 a in die Hauptverbrennungskammer 17 a und ein verhältnismäßig fettes Gemisch durch den Hilfsein­ laßkanal 27 a in die Hilfsverbrennungskammer 31 a gesaugt, wozu sowohl das Haupteinlaßventil 21 a als auch das Hilfseinlaßventil 28 a geöffnet sind. Zum Ende des folgenden Kompressionshubs des Kolbens 10 a zünden die Elektroden 35 a zuerst das Gemisch in der Zündkammer 36 a, das seinerseits das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 31 a zündet. Eine starke Zündflamme breitet sich dann durch den Flammkanal 32 a in das Zentrum der Hauptverbrennungskammer 17 a aus. Der Strom des brennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs im Flammkanal 32 a saugt ein Kraftstoff- Luft-Gemisch aus der peripheren Zone der Hauptverbrennungs­ kammer 17 a durch die Ansaugkanäle 38 a, 39 a, 40 a in den Flamm­ kanal 32 a. Dieses Gemisch folgt der Flamme im Flammkanal 32 a und wird dabei fast vollständig verbrannt. Der Strom des Gemischs durch die Ansaugkanäle 38 a, 39 a, 40 a wird durch das Ansteigen des Drucks in der Hauptverbrennungskammer 17 a, der durch das Ver­ brennen des Gemisches in der Hauptverbrennungskammer 17 a verur­ sacht wird, verstärkt. Ein Rückstrom durch die Ansaugkanäle 38 a, 39 a, 40 a wird durch das Ansteigen der Temperatur und des Drucks in der Hauptverbrennungskammer 17 a verhindert, wodurch das unerwünschte Phänomen des "Klopfens" gemindert wird. Darüber hinaus verursacht der Strom durch die Ansaugkanäle 38 a, 39 a, 40 a eine vollständigere Verbrennung des Gemischs in der Hauptver­ brennungskammer 17 a mit dem Ergebnis, das die Emissionen von CO und HC reduziert werden.

Durch Ausrichtung des Flammkanals 32 a auf den zentralen Bereich der Hauptverbrennungskammer 17 a wird die Weglänge der Flammen­ ausbreitung zum Verbrennen des Gemisches in alle Bereiche der sich nach dem Kompressionshub ausdehnenden Hauptverbrennungs­ kammer 17 a reduziert. Auch dies mindert das "Klopfen".

Während des Ansaughubs des Kolbens 10 a wird ein verhältnismäßig fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die Hilfsverbrennungs­ kammer 31 a in die Hauptverbrennungskammer 17 a gesaugt. Während des folgenden Kompressionshubs des Kolbens 10 a wird ein Teil dieses verhältnismäßig fetten Gemischs, das durch das verhältnis­ mäßig magere Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Hauptverbrennungs­ kammer 17 a magerer gemacht worden ist, zurück in die Hilfs­ verbrennungskammer 31 a gedrück. Das sich ergebende Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 31 a und in der Zündkammer 36 a hat ein im we­ sentlichen stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis und ist stark turbulent. Ein solches Gemisch kann leicht durch die Elektroden 35 a gezündet werden. Die sich ergegende Flamme breitet sich in das im hohen Grade turbulente Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 31 a und von dort durch den Flammkanal 32 a in die Hauptverbrennungskammer 17 a aus. Die Flamme, die durch den Flammkanal 32 a verläuft, enthält wenig unverbranntes, fettes Gemisch und folgt dem in der Hauptverbrennungskammer 17 a vor dem verbrannten Gemisch. Die Verbrennung des Gemisches in der Hauptverbrennungskammer 17 a erfolgt dadurch gleichmäßig ohne wesentliche Turbulenz, so daß Verbrennungsgeräusche merk­ lich reduziert werden und praktisch kein "Klopfen" auftritt.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine mit mindestens einer in einem Zylin­ derblock ausgebildeten, einen anzutreibenden Kolben aufnehmenden Zylinderbohrung, die von einer eine Hauptverbrennungskammer begrenzenden Ausnehmung in einem Zylinderkopf abgedeckt ist, mit einem den Zylinderkopf durchsetzenden, in der Hauptverbrennungskammer mündenden, von einem Haupteinlaßventil gesteuerten Haupteinlaßkanal zur Einführung eines relativ mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs in die Hauptverbrennungskammer, mit einem den Zylin­ derkopf durchsetzenden, in der Hauptverbren­ nungskammer mündenden, von einem Auslaßven­ til gesteuerten Auslaßkanal zur Abführung von Abgas aus der Hauptverbrennungskammer, mit einer in dem Zylinderkopf aus­ gebildeten Hilfsverbrennungskammer, in der ein den Zylinderkopf durchsetzender, von einem Hilfseinlaßventil gesteuerter Hilfseinlaßkanal zur Einführung eines relativ fetten Kraftstoff- Luft-Gemischs in die Hilfsverbrennungskammer mündet, mit einer in dem Zylinderkopf ausge­ bildeten, Elektroden einer Zündkerze aufnehmenden Zündkammer, die mit der Hilfsver­ brennungskammer in Verbindung steht, und mit wenigstens einem in dem Zylinderkopf ausgebildeten, von der Hilfsverbrennungskammer zu der Hauptver­ brennungskammer führenden, mit seinem stromaufwär­ tigen Ende in der Hilfsverbrennungskammer mündenden Flammkanal, bei dem von einer peripheren Zone der Hauptverbrennungskammer wenigstens ein in dem Zylinderkopf ausgebildeter Ansaugkanal ausgeht, der in dem Flammkanal zwischen seinen Enden mündet, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zündkammer (36 a) sowohl mit dem stromauf­ wärtigen Ende (37 a) des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c) als auch mit der Hilfsverbrennungskammer (31 a) in Ver­ bindung steht, daß der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende (37 a) des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c) und den Elektroden (35 a) der Zündkerze (33 a) kleiner ist als der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende (37 a) des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c) und den dichtenden Flächen (29 a) des Hilfseinlaßventils (28 a), daß die zentrale Längsachse der Zündkerze (33 a) unterhalb des unteren Endes der Hilfsverbrennungskammer (31 a) verläuft, daß die Randzonen der die Hauptver­ brennungskammer (17 a) begrenzenden Flächen des Zylinder­ kopfs (13 a) und des Kolbens (10 a) zur Bildung einer den Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer (17 a) umgebenden Hilfszone (45 a, 45 b, 45 c) eben sind und daß der Ansaugkanal (38 a, 39 a, 40 a, 38 b, 39 b, 40 b, 39 c) in dieser Hilfszone (45 a, 45 b, 45 c) mündet und daß der Kolben (10 a) eine den Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer (17 a) begrenzende Ausnehmung (15 a) aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Ende (37 a) des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c) und den Elektroden (35 a) kleiner als der dreifache Durchmesser des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c) an seinem stromaufwärtigen Ende (37 a) ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ansaugkanal (38 a, 39 a, 38 b, 39 b, 40 b, 39 c) in einem Übergangsbereich (41 a) des Flamm­ kanals (32 a, 32 b, 32 c) zwischen einem zur Hauptver­ brennungskammer (17 a) verlaufenden, sich erweiternden Abschnitt (42 a) und einem zur Hilfsverbrennungskammer (31 a) verlaufenden zylindrischen Abschnitt mündet.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser des Ansaugkanals (38 a, 39 a, 38 b, 39 b, 40 b, 39 c) kleiner ist als der minimale Durchmesser des Flammkanals (32 a, 32 b, 32 c).

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer (17 a) in einem ovalen Hohl­ raum (43) liegt und daß auf diesen ovalen Hohlraum (43) zwei symmetrisch von der Zündkammer (36 a) auseinander­ strebende Flammkanäle (32 a) gerichtet sind (Fig. 2).

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer in einem oval doppelflügeli­ gen Hohlraum (46) liegt und daß symmetrisch auf diesen oval doppelflügeligen Hohlraum (46) ein Flammkanal (32 b) gerichtet ist (Fig. 6).

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Volumens der Hauptverbrennungskammer in einem oval doppelflügeli­ gen Hohlraum (46) liegt und daß auf diesen oval doppel­ flügeligen Hohlraum (46) zwei symmetrisch von der Zünd­ kammer auseinanderstrebende Flammkanäle (32 c) gerichtet sind (Fig. 7).