DE3808672A1 - Verbrennungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Verbrennungs­ maschine, bei der Brennstoff in das Luftzuführungs­ system stromaufwärts des Eintritts der Luft in den bzw. die Zylinder der Maschine injiziert wird.

Bei der Kontrolle der unerwünschten Komponenten der Verbrennungsmaschinen-Abgase ist bekannt, daß die Steuerung der Lage des Brennstoffs in der Verbrennungskammer von wesentlicher Bedeutung ist. Insbesondere dann, wenn die Maschine bei niedrigen und mittleren Lasten ihres Gesamtlastbereiches arbeitet, ist es wünschenswert, eine relativ fette, leicht entzündbare Mischung von Brennstoff und Luft in unmittelbarer Nähe des Zündpunktes innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, selbst wenn das Brennstoff/Luft-Verhältnis der Gesamtcharge relativ mager ist. Um diese wünschens­ werte Bedingung in der Nähe des Zündpunktes zu erhalten, ist es notwendig, das Ausmaß der Ausbreitung von Brennstoff in vom Zündpunkt entferntere Bereiche der Verbrennungskammer möglichst zu begrenzen.

Bei hohen Maschinenlasten ist die in die Ver­ brennungskammer gelieferte Brennstoffmenge ausreichend groß, daß selbst eine homogene Mischung von Brennstoff und Luft leicht entzündbar ist. Demgemäß ist es bei hohen Lasten unnötig, eine Steuerung der Brennstoffverteilung in der Verbrennungskammer derart vorzunehmen, daß der Brennstoff in der Nähe des Zündpunktes konzentriert wird. Dies ist vielmehr unerwünscht, da es bei hohen Lasten erforderlich wird, für eine voll­ ständige Verbrennung des Brennstoffs und die volle Maschinenausgangsleistung den gesamten Sauerstoff in der Verbrennungskammer auszunutzen.

Um die geforderte Brennstoffverteilung für niedrige und mittlere Maschinenlasten zu erreichen, wurde vorgeschlagen, in der Charge innerhalb der Ver­ brennungskammer eine geschichtete Brennstoff­ verteilung zu schaffen, wobei sich der Hauptteil des Brennstoffs benachbart des Zylinderkopfes be­ findet, wo die Zündvorrichtung angeordnet ist. Diese geschichtete Brennstoffverteilung, allge­ mein als Axialschichtung bezeichnet, wird normaler­ weise dadurch geschaffen, daß die eintretende Charge auf einem im wesentlichen wendelförmigen Weg um die Zylinderachse bewegt wird, wodurch eine axiale Mischung des früher eintretenden Teils der Charge mit dem später eintretenden Teil unter­ bunden wird. Weiterhin ist es üblich, zu versuchen, die Einführung des Brennstoffs in die Luft so zu steuern, daß der Hauptteil des Brennstoffs innerhalb des Zuführungszyklus spät in den Zylinder eintritt. Bei einer Maschine mit Einspritzeinspritzung ist es wünschenswert, daß der Zeitpunkt der Ein­ spritzung verzögert wird, um den Brennstoff in dem später zugeführten Teil der Charge zu konzentrieren und die für die Mischung des Brenn­ stoffs mit der Charge im Zylinder verfügbare Zeit vor der Zündung zu verringern.

Die Wirkung der Steuerung der Brennstoffverteilung während des Niedrig- und Mittellast-Betriebs besteht darin, den Brennstoffverbrauch infolge des höheren Verhältnisses der spezifischen Wärmen der strömenden Arbeitsmedien herabzusetzen und Pumpverluste zu reduzieren, indem eine große Luftcharge in den Zylinder gezogen werden kann, ohne daß damit eine Verdünnung des Brennstoff/Luft-Gemisches am Zünd­ punkt verbunden ist. Zusätzlich verringert die größere Luftcharge die Spitzentemperatur in der Verbrennungskammer mit der Folge niedriger Abgas­ emissionen insbesondere von NO _x .

Das Problem der Steuerung der Brennstoffverteilung im Zylinder ist bei einer Einspritzung über eine Rohrleitung ausgeprägter als bei einer Maschine mit direkter Einspritzung, zum Teil wegen des größeren Zeitintervalles zwischen dem Beginn der Brennstoffeinspritzung und dem Schließen der Einlaßöffnung, was ein tieferes Eindringen des Brennstoffes in den Zylinder und damit eine Vermi­ schung mit mehr Luft zur Folge hat. Auch kann bei einer Einspritzung über eine Rohrleitung die Luft­ charge erheblichen Turbulenzen in der Rohrleitung ausgesetzt sein, wodurch sich eine Verteilung des Brennstoffes in der Luft vor dem Eintritt in den Maschinenzylinder ergibt. Diese Probleme werden verstärkt durch dei Größe der gegenwärtig erhält­ lichen kommerziellen Brennstoffeinspritzeinheiten, welche bewirkt, daß die Einspritzvorrichtung in einem beträchtlichen Abstand von der tatsächlichen Eintrittsstelle der Mischung in den Zylinder angeordnet ist und damit der Weg des Brennstoffs länger und der Einspritzzeitpunkt vorverlegt werden, so daß mehr Zeit für das Vermischen von Brennstoff und Luft in der Rohrleitung zur Verfügung steht.

Der Wunsch zur Erzeugung einer Schichtung der Brennstoffcharge im Zylinder einer Viertaktmaschine mit Einspritzung über eine Rohrleitung bei niedri­ gen bis mittleren Lastzuständen ist daher ausge­ prägt und es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Zuführungssysteme für Viertakt­ maschinen zu entwerfen, die eine Axialschichtung erzielen und trotzdem fähig sind, unter Hochlast­ bedingungen eine im wesentlichen homogene Brennstoff/ Luft-Mischung zu liefern. Unterschiedliche Erfolge wurden mit der Axialschichtung des Brennstoffs erhalten, derart, daß bei den erfolgreicheren Maschinen/Luft/Brennstoff-Gesamtverhältnisse in der Größe von 20 bis 25:1 im Niedrig- bis Mittellast-Betrieb erreicht wurden. Trotzdem wird bei den bekannten Maschinenkonstruktionen mit Axialschichtung davon ausgegangen, daß die Luft/ Brennstoff-Gesamtverhältnisse verbessert werden könnten, wenn eine günstigere Steuerung der Brennstoffverteilung im Zylinder erzielt werden könnte. Jedoch führt ein weiterer Anstieg des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ohne eine effektivere Steuerung der Brennstoffverteilung zu nachteiligen Wirkungen hinsichtlich der Fehlzündungsgrenze und der Stabilität des Maschinenbetriebs. Beide Faktoren bestimmen die Maschinenfunktion und sind daher sehr problematisch.

Die Mehrzahl der gegenwärtigen Vorschläge betreffen die Teilung des Zuführungsdurchganges, so daß dessen effektiver Querschnitt bei Niedrig- bis Mittellastbedingungen herabgesetzt wird, und die Ausbildung des Bereiches mit reduziertem Querschnitt in im allgemeinen wendelförmiger Gestalt um die Achse der Einlaßöffnung. Diese Beschränkung der Fläche des Durchganges und dessen wendelförmige Gestalt fördern die Ent­ wicklung einer kreisförmigen oder wirbelnden Be­ wegung der eintretenden Luft, wenn sie durch die Einlaßöffnung tritt, und diese Bewegung wird von der Luft nach ihrem Eintritt in den Maschinen­ zylinder aufrechterhalten.

Bei manchen Vorschlägen erstreckt sich die die Teilung bewirkende Wand vom Dach des Zuführungs­ durchganges über einen Teil von dessen Tiefe nach unten, während sich bei anderen Vorschlägen die Wand über die gesamte Tiefe des Durchganges erstreckt, um ihn wirksam in zwei kleinere Durch­ gangsabschnitte zu teilen, von denen nur einer eine wendelförmige Gestalt hat. Ein Drehventil ist üblicherweise vorgesehen, um entweder eine vollständige oder teilweise Trennung des Zu­ führungsdurchganges zu ermöglichen, so daß der Luftstrom wahlweise von einem Abschnitt des Zu­ führungsdurchganges abgelenkt werden kann, derart, daß im wesentlichen die gesamte eintretende Luft den wendelförmigen Abschnitt des Zuführungs­ durchganges passiert. Das Drehventilelement wird normalerweise derart elektronisch gesteuert, daß es die Strömung unter Niedrig- bis Mittel­ lastbedingungen einschränkt, wodurch die Luft­ strömung durch den wendelförmigen Abschnitt ver­ stärkt wird, und daß es unter Hochlastbedingungen geöffnet wird, um eine uneingeschränkte Luft­ strömung zuzulassen. Die uneingeschränkte Luft­ strömung reduziert die Intensität der Wirbelung, und die Luftströmung in den Zylinder durch den nicht wendelförmigen Abschnitt beeinträchtigt eine bereits im Zylinder ausgebildete Wirbelung mit dem Ergebnis einer nahezu homogenen Luft/ Brennstoff-Mischung.

Typische Beispiele der vorstehend erläuterten Formen von Zuführungsdurchgängen bei Viertakt­ maschinen befinden sich in den AU-PSen 4 33 872 und 4 52 150.

In einer Weiterentwicklung wurde vorgeschlagen, den Zuführungsdurchgang für eine erhebliche Strecke stromaufwärts der Einlaßöffnung zu teilen, so daß tatsächlich zwei konzentrische Öffnungen geschaffen werden, von denen die eine mit einem wendelförmigen äußeren Durchgang und die andere mit einem inneren, im wesentlichen zylindrischen Durchgang verbunden sind. Bei dieser Konstruktion tritt der Luftstrom bei Niedriglastbedingungen durch den äußeren wendelförmigen Durchgang und bei Hochlastbedingungen durch beide Durchgänge oder wahlweise nur durch den inneren zylindrischen Durchgang in den Zylinder ein. Obgleich hierbei eine verbesserte Schichtung unter Niedriglast­ bedingungen erhalten werden kann, sind doch die Ausbildung des Zuführungssystems und die konzen­ trischen Einlaßöffnungen und Ventile relativ kompliziert. Typische Beispiele dieser Einlaß­ öffnungen finden sich in den AU-PSen 5 12 639 und 5 11 290.

Eine weitere Konstruktion wird in der US-PS 46 69 434 beschrieben, bei der eine "siamesische" Anordnung von Einlaßöffnungen vorgesehen ist, die von einem einzelnen Zuführungsdurchgang gespeist werden. Jede der Öffnungen arbeitet gleichzeitig bei allen Lasten, jedoch ist der zu einer der Öffnungen führende Durchgang so ausgebildet, daß die eintretende Charge eine wendelförmige oder Wirbelbewegung erfährt, während der zur anderen Öffnung führende Durchgang im wesentlichen gerade ausgeführt ist, so daß keine Wirbelung auftritt. Unter Leichtlastbedingungen wird ein Drehventil stromaufwärts der Einlaßöffnungen so betätigt, daß es im wesentlichen den geraden Durchgang schließt, wodurch praktisch die gesamte eintretende Luft den die Wirbelbewegung erzeugenden Durchgang durchströmt. Abgesehen von den hohen Herstellungs­ kosten dieser "siamesischen" Öffnungskonfiguration treten hier die gleichen Probleme des geteilten Durchganges auf wie bei den vorstehend diskutierten Anordnungen.

Bei allen zuvor erläuterten Konstruktionen von Einlaßdurchgangs- und -öffnungsanordnungen bestand die Aufgabe darin, der Luft eine wendelförmige Bewegung bei ihrem Eintritt in den Zylinder zu erteilen, so daß sich diese Bewegung in der Luft­ charge des Zylinders fortsetzt, und den Brennstoff so in die eintretende Luftcharge einzuführen, daß er in einer axialen Schichtung im Maschinenzylinder auftritt. Jedoch führt die resultierende Wirbel­ bewegung der Brennstoff/Luft-Mischung im Zylinder auch zu einem Nachteil bei der Erzeugung der erforderlichen Schichtung des Brennstoffs und einer fetten Mischung in der Nähe der Zünd­ vorrichtung der Maschine. Obgleich die Wirbel­ bewegung der Luft innerhalb des Maschinenzylinders bei der Förderung der Axialschichtung mitwirkt, unterwirft sie den Brennstoff auch Zentrifugal­ kräften, durch die er nach außen gegen die Zylinder­ wände geschleudert wird, wodurch die in der Mitte des Wirbels und damit in der Zylindermitte be­ findliche Brennstoffmenge verringert wird. Es ist festzustellen, daß die Wirkung der Zentrifugal­ kraft zunimmt, wenn die Zeitspanne, in der der Brennstoff der Wirbelbewegung ausgesetzt ist, größer wird. Bei einer Einspritzmaschine mit Drosselkörper, bei der der Brennstoff in einem erheblichen Abstand stromaufwärts von der Einlaß­ öffnung in das Zuführungssystem geliefert wird, muß er diesem früh innerhalb des Zuführungs­ taktes zugegeben werden, so daß ausreichend Zeit ist, daß der gesamte Brennstoff nach unten durch den Zuführungsdurchgang und in die Maschinen­ zylinder gelangen kann, bevor das Einlaßventil bwz. die Einlaßventile schließen. Es ist daher festzustellen, daß der Brennstoff unter diesen Umständen eine beträchtliche Zeit im Zylinder verbleiben und infolge der zentrifugalen Wirkungen einer wesentlichen Wanderungsbewegung zur Zylinder­ wand hin unterliegen würde. Auch die Länge des Brennstoffweges innerhalb des Zuführungsdurchganges und die Aufenthaltszeit des Brennstoffs in diesem Durchgang tragen zu einer Vermischung und Aus­ breitung des Brennstoffes in der eintretenden Luftcharge bei und beeinträchtigen hierdurch weiterhin die Ausbildung eines hohen Grades der Axialschichtung, d.h. der Konzentration des Brennstoffes in der Nähe des Zylinder­ kopfes.

Die obigen Probleme der Einspritzmaschinen mit Drosselkörper werden etwas gemildert durch eine individuelle Einspritzung in die jeweiligen Zuführungsdurchgänge jedes Zylinders. Wo jedoch der Zuführungsdurchgang durch eine durchgehende oder teilweise Wand geteilt ist, oder wo eine "siamesische" Öffnungskonfiguration verwendet wird, wird der Brennstoff normalerweise in einem Abstand stromaufwärts des Beginns der Aufteilung des Luftstroms auf die beiden Durch­ gänge in die Zuführungsrohrleitung injiziert. Diese Begrenzung der Lage der Brennstoffein­ spritzstelle im Zuführungsdurchgang ergibt sich sowohl aus Leistungserwägungen als auch aus dem Umstand, daß die Größe der gegenwärtig benutzten Brennstoffeinspritzvorrichtungen so ist, daß einfach zu wenig Raum in der unmittel­ baren Nähe der Einlaßöffnungen und -ventile vorhanden ist, um der relativ sperrigen Einspritz­ vorrichtung zu genügen. Da diese auch Brennstoff sowohl unter Hochlast- als auch unter Niedrig­ lastbedingungen liefern muß, muß sie in aus­ reichendem Abstand stromaufwärts von der Trenn­ wand im Zuführungsdurchgang angeordnet sein, damit unter Hochlastbedingungen der Brennstoff der durch beide alternativen Wege zum Zylinder strömenden Luft zugeführt wird, so daß eine im wesentlichen homogene Brennstoffverteilung in der Luft für die maximale Leistung unter Hochlast erhalten werden kann. Typische Anordnungen der Brennstoffeinspritzvorrichtung bei bekannten Maschinen mit Schichtausbildung sind gezeigt in Fig. 3 der US-PS 46 69 434, Fig. 3 der AU-PS 5 13 710, Fig. 9 der AU-PS 5 11 290 und Fig. 1 der AU-PS 5 12 639.

Es ist insbesondere darauf hinzuweisen, daß in Fig. 9 der AU-PS 5 11 290 zwei Brennstoffeinspritzein­ heiten vorgesehen sind, nämlich jeweils eine in jedem der Luftzuführungsdurchgänge, um die erforderliche Brennstoffverteilung sowohl während der Hochlast- als auch während der Niedriglast­ bedingungen zu erhalten.

Alle vorerwähnten bekannten Vorschläge zur Erzielung einer axialen Schichtung des Brennstoffes im Zylinder unter Niedrig- bis Mittellastbedingungen zeigen Eigenschaften, die dem Ziel eines hohen Grades einer axialen Schichtung und der Bildung einer ausreichend fetten Mischung in der Nähe der Zünd­ vorrichtung für eine wirksame Zündbarkeit der Mischung und Flammenausbreitung abträglich sind. Diese schädlichen Eigenschaften bestehen ersten darin, daß der Einspritzzeitpunkt so sein muß, daß die Einspritzung früh im Zuführungszyklus beginnt, was zur Folge hat, daß der Brennstoff relativ weit in der eintretenden Luftcharge verteilt wird und damit tiefer als erwünscht in die Verbrennungs­ kammer gelangt. Zweitens befindet sich, ebenfalls wegen der frühen Einspritzung, der Brennstoff während einer größeren Zeitspanne im Maschinen­ zylinder und daher ergibt sich aufgrund der auf­ tretenden Zentrifugalkräfte eine relativ starke Wanderung des Brennstoffs zur Zylinderwand hin.

Angesichts dieser Umstände ist es erforderlich, daß das Luft/Brennstoff-Gesamtverhältnis der Mischung in der Verbrennungskammer so gewählt wird, daß es das tiefe Eindringen und die Auswärtsbewegung des Brennstoffs im Zylinder kompensiert, um sicherzustellen, daß das Luft/ Brennstoff-Verhältnis des Teils der Charge im Zündbereich ausreichend ist, um die erforderliche Zündbarkeit und Flammenausbreitung zu erhalten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Konfiguration für die Zuführung und Brennstoffeinspritzung bei einer Viertakt­ verbrennungsmaschine anzugeben, die die Zurück­ haltung eines größeren Teils des Brennstoffes in der Nähe des Zündpunktes durch einen höheren Schichtungsgrad der Charge im Zylinder sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zur Folge hat. Die axiale Schichtung des Brennstoffes soll besser kontrollierbar und damit eine bessere Brennstoffausnutzung im Niedrig- und Mittellast­ bereich erzielbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmale. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer funkengezündeten Viertakt-Verbrennungsmaschine mit einem an einem Ende durch einen Zylinderkopf geschlossenen Zy­ linder, einem im Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, der eine Verbrennungskammer mit veränder­ barem Volumen definiert, einer im Zylinderkopf befestigten Zündvorrichtung zur Schaffung eines Zündpunktes in der Verbrennungskammer, einer mit dem Zylinder verbundenen ventilgesteuerten Einlaßöffnung im Zylinderkopf und einem mit der Einlaßöffnung verbundenen Luftzuführungs­ durchgang, durch den die Luft hindurchströmt, um durch die Einlaßöffnung in den Zylinder ein­ zutreten. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß der Zuführungsdurchgang einen Wandabschnitt auf­ weist, der sich über wenigstens einen Teil des Umfangs der Einlaßöffnung erstreckt und so geformt ist, daß wenigstens ein Teil der entlang dieses Wandabschnitts strömenden Luft bei geöffneter Einlaßöffnung auf einen im allgemeinen wendel­ förmigen Pfad um die Achse der Einlaßöffnung gelenkt ist, daß der Wandabschnitt so angeordnet und geformt ist, daß bei geöffneter Einlaßöffnung die entlang des Wandabschnitts in den Zylinder strömende Luft so gelenkt ist, daß im Zylinder eine im allgemeinen wendelförmige Luftströmung um die Zylinderachse in Abwärtsrichtung gebildet ist, daß eine Brennstoffeinspritzdüse vorgesehen ist zur Zuführung von Brennstoff in den Zuführungs­ durchgang auf der dem Wandabschnitt gegenüber­ liegenden Seite der Einlaßöffnungsachse auf einer durch die geöffnete Einlaßöffnung führenden Bahn und in die wendelförmige Luftströmung zur Bildung einer zündfähigen Brennstoffwolke am Zündpunkt.

Vorzugsweise wird der Luftstrom im Zuführungs­ durchgang so gelenkt, daß er unmittelbar strom­ aufwärts der Einlaßöffnung wendelförmig oder wirbelartig bewegt wird. Der Brennstoff wird zweckmäßig so aus der Düse in den Luftstrom im Zuführungsdurchgang eingeführt, daß seine Richtung entgegengesetzt zur wendelförmigen Luftströmung ist und nach außen quer zum Luftstrom geneigt sein kann. Die Richtung der Brennstoffeinspritzung kann gegenüber der Wirbel­ ebene zur Einlaßöffnung geneigt sein.

Die Brennstoffeinspritzdüse befindet sich bevor­ zugt stromaufwärts der Einlaßöffnung in einem Abstand von nicht mehr als 35 mm und vorteilhaft zwischen 15 und 30 mm, wobei dieser Abstand in einer Richtung gemessen wird, die senkrecht zur diametralen Ebene der Einlaßöffnung in der Fläche des Zylinderkopfes verläuft.

Der Zeitpunkt der Brennstoffzuführung in bezug auf das Schließen der Einlaßöffnung ist so gewählt, daß hierdurch zur Konzentration des Brennstoffs am Kopfende der Verbrennungskammer beigetragen wird.

Der an der Einlaßöffnung erzeugte wendelförmige Luftstrom wird nach dem Eintritt der Luft in die Verbrennungskammer durch die Einlaßöffnung aufrechterhalten und reduziert das Ausmaß der Vermischung von Brennstoff und Luft in axialer Richtung des Zylinders. Wenn somit der Brennstoff spät innerhalb der Öffnungsperiode der Einlaß­ öffnung injiziert wird, ist weniger Zeit für das tiefe Eindringen des Brennstoffes in die Verbrennungskammer verfügbar. Da der Brennstoff auch unmittelbar stromaufwärts der Einlaßöffnung injiziert wird, benötigt er nur eine kurze Zeit, um in die Verbrennungskammer einzutreten. Dem­ gemäß kann die Einspritzung des Brennstoffs später bewirkt werden als bei der Einspritzung in den Zuführungsdurchgang mit einem größeren Abstand von der Einlaßöffnung. Weiterhin reduzieren die Lage der Einspritzdüse und die Möglichkeit, den Zeitpunkt der Einspritzung spät in die Öffnungsperiode der Einlaßöffnung zu legen, sowohl unabhängig und zusammenwirkend den Einfluß der Zentrifugalkraft auf den Brennstoff, die ihn nach außen nach außen zur Zylinderwand hin bewegen und dadurch das Luft/Brennstoff-Gemisch an der Zündstellen verdünnen würde.

In einer bevorzugten Ausbildung besitzt der Zu­ führungsdurchgang eine longitudinal verlaufende Trennwand, die sich aus der unmittelbaren Nähe der Einlaßöffnung stromaufwärts erstreckt und so zwei Luftstrompfade innerhalb des Zuführungs­ durchganges bildet. Bei Niedrig- bis Mittellast­ bedingungen ist einer dieser Pfade geschlossen, wodurch der Strömungsquerschnitt um etwa 50% reduziert wird. Daraus ergibt sich ein Anstieg der Luftgeschwindigkeit und die Luft wird zu einer Seite des Zuführungsdurchganges gelenkt, so daß die Entstehung einer wendelförmigen Strömung bei Eintritt der Luft in die Verbrennungs­ kammer durch die Einlaßöffnung gefördert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die angegebenen Richtungen ba­ sieren auf der Annahme, daß die Maschine mit in ver­ tikaler Richtung verlaufender Zylinderachse und oben liegendem Zylinderkopf angeordnet ist. Dies ist jedoch nur beispielhaft und die Maschine kann bei in jeder Richtung verlaufender Zylinder­ achse betrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes und eines Zuführungs­ durchganges einer Viertaktmaschine mit angedeuteter Luftströmung,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 mit angedeuteter Brennstoffströmung, und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 1 gibt schematisch einen Teil einer Einzylinder- Viertakt-Maschine wieder mit einem Zylinderkopf 12, der den oberen Teil einer Verbrennungskammer 13 bildet. Eine Einlaßöffnung 15 und eine Auslaß­ öffnung 16 sind im Zylinderkopf 12 vorgesehen, die zusammenwirkende Tellerventile (nicht gezeigt in Fig. 1 und 2) für ein wahlweises Öffnen und Schließen dieser Öffnungen in herkömmlicher Weise besitzen. Die Einlaß- und Auslaßöffnung 15 bzw. 16 haben eine gemeinsame Mittellinie 17, und eine Zündkerze 18 ist versetzt gegenüber dieser Mittel­ linie 17 angeordnet. Die Zündkerze 18 ist etwa in gleichen Abständen von den Mitten der Einlaß­ und Auslaßöffnung und auf der den Öffnungen gegen­ überliegenden Seite der Zylinderachse angeordnet.

Die Einlaßöffnung 15 ist mit einem Luftzuführungs­ durchgang 20 verbunden. Dieser hat einen im wesentlichen von der Einlaßöffnung 15 für eine kurze Strecke axial nach oben gerichteten Abschnitt 19 und einen sich zur rechten Seite des Zylinderkopfes in einer im wesentlichen abgerundeten Kurve erstreckenden Abschnitt 21 (Fig. 3). Der Schaft 22 des Ventils 23 der Einlaßöffnung 15 erstreckt sich koaxial durch den Abschnitt 19 des Zuführungsdurchganges und ist gleitend in einer Buchse 24 im Zylinder­ kopf gelagert. Eine Trennwand 25 ragt von der oberen Innenfläche 26 des Zuführungsdurchganges 20 in den Abschnitt 19 und erstreckt sich entlang des Abschnitts 21 zum offenen Ende des zuführungsdurchganges hin. Wie Fig. 3 zeigt, ragt die Trennwand 25 von der Innenfläche 26 etwa die halbe Höhe des Abschnitts 21 herab und teilt diesen in zwei kleinere Durchgänge 27 und 28, die jeweils an einer Seite des Ventilschafts 22 vorbeiführen.

Durch den Zylinderkopf und durch den Durchgang 28 hindurch ragt ein Steuerventil 30 nach unten, das um eine halbe Drehung zwischen einer ersten Stellung, die einen minimalen Widerstand für die hindurchströmende Luft bietet, und einer zweiten Stellung, bei der der Durchgang 28 ge­ schlossen ist, gedreht werden kann. Der Durch­ gang 27 geht in eine den Ventilschaft 22 umgreifen­ de Bogenform über, so daß die diesen Durchgang 27 hinabströmende Luft bei geöffneter Einlaß­ öffnung bei Eintritt in den koaxialen Abschnitt 19 des Zuführungsdurchganges eine Drehbewegung um den Ventilschaft 22 erfährt, d.h. eine wendel­ förmige oder Wirbelbewegung.

Es ist festzustellen, daß ein Luftstrom nur dann im Zuführungsdurchgang 20 auftritt, während das Ventil 23 im geöffneten Zustand ist, und somit hat die durch die Einlaßöffnung 15 in die Verbrennungskammer 13 strömende Luft eine wirbelnde oder wendelförmige Bewegung. Es ist weiter festzustellen, daß, wenn das Steuerventil 30 in der zweiten, den Durchlaß der Luft im Durchgang 28 unterbindenen, in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung ist, der größere Teil der in die Verbrennungskammer strömenden Luft durch den Durchgang 27 fließt, und demgemäß wird die Luftgeschwindigkeit gegenüber der Konfiguration erhöht, bei der der gleiche Zuführungsdurchgang ohne die Trennwand 25 und das Steuerventil 30 ausgebildet ist. Diese Geschwindigkeitszunahme der Luft erhöht auch die Intensität der Wirbel­ bewegung der Luft im Bereich unmittelbar strom­ aufwärts der Einlaßöffnung 15. Die Wirbelbewegung der Luft in diesem Bereich wird, wie durch die Pfeile 11 in Fig. 1 angedeutet ist, im wesent­ lichen bei ihrem Eintritt in die Verbrennungs­ kammer 13 aufrechterhälten, wie bei 10 in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Düse 31 dient der Zuführung einer dosierten Menge Brennstoffs zum Zuführungsdurchgang und sie ist derart angeordnet, daß der Brennstoff stromabwärts der Stelle, an der das Steuerventil 30 den Zuführungsdurchgang durchquert, in diesen eintritt. Die Düse 31 ist weiterhin so angeordnet, daß der Brennstoff in den Abschnitt 19 des Zu­ führungsdurchganges geliefert wird, in dem die Luft sich in wirbelnder oder wendelförmiger Bewegung befindet. Die Düse 31 ist ferner auch so angeordnet, daß der aus ihr austretende Brennstoff so gerichtet ist, daß er den Spalt zwischen dem äußeren Umfang des geöffneten Ventils 23 und dem inneren Umfang der Einlaßöffnung 15 ohne eine wesentliche Störung durch das Ventil oder die Einlaßöffnung passiert. Daher erfolgt keine wesentliche Benetzung des Ventils und der Einlaß­ öffnung mit Brennstoff. Eine Benetzung dieser Teile setzt den Grad der Brennstoffzerstäubung und damit die Zündbarkeit und die Gesamtver­ brennbarkeit der Brennstoff/Luft-Mischung in der Verbrennungskammer herab.

Die Düse 31 ist schließlich auch so angeordnet, daß sie quer zur Richtung der Wirbelbewegung der Luft im Abschnitt 19 gerichtet ist, und vorzugs­ weise ist sie nach rückwärts gegen die Richtung der Wirbelbewegung geneigt. Dies hat zur Folge, daß der Brennstoff im allgemeinen auf einem gekrümmten oder bogenförmigen Pfad durch die Öffnung und die Verbrennungskammer zur Zündkerze 18 be­ wegt wird, wie bei 9 in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Einlaßöffnung 15 und die Auslaßöffnung 16 öffnen sich in einen Hohlraum 35 im Zylinderkopf, in dem sichauch die Zündkerze 18 befindet. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, bildet die Umfangswand 36 des Hohlraums eine Hülle um einen Teil des geöffneten Ventils 23. Die Hülle hat einen im wesentlichen bogenförmigen Abschnitt 37, der die Fortdauer der wirbelenden und wendel­ förmigen Bewegung der Luftcharge beim Eintritt in den Zylinder unterstützt. Die Form der Hülle bei 38 um die Zündkerze 18 herum dient auch zum Zurückhalten der Brennstoffwolke, die aus dem von der Düse 31 in die Luftcharge beim Austritt in den Zylinder gelieferten Brennstoff gebildet ist, in einer um die Zündkerze ausgeformten Tasche.

Wie bereits erwähnt wurde, ist es bekannt, daß die Steuerung der Lage und der Verteilung des Brennstoffes in der Luftcharge bei niedrigen Maschinenlasten besonders notwendig ist, da die injizierte Brennstoffmenge relativ gering ist. Demgemäß ist im vorbeschriebenen Ausführungs­ beispiel das Steuerventil 30 so angeordnet, daß es den Durchgang 28 wirksam verschließt, wenn die Maschine bei niedrigen und möglicherweise auch bei mittleren Lasten arbeitet, und zu allen anderen Zeiten geöffnet ist. Das Steuer­ ventil 30 kann aixal bewegbar sein zwischen seinen jeweiligen Stellungen zum Öffnen und Schließen des Durchganges 28 oder es besitzt in gezeigter Weise einen geeigneten Querschnitt zur Bewegung zwischen der Öffnung- und der Schließstellung durch Drehen um sein Längsachse.

Bei der vorbeschriebenen Ausbildung wird der Brennstoff an einer extrem nahe an der Einlaß­ öffnung 15 liegenden Stelle in den Zuführungs­ durchgang geliefert, um eine Vermischung des Brennstoffs mit der Luft innerhalb des Zu­ führungsdurchganges so gering wie möglich zu halten. Weiterhin wird der Brennstoff mittels der Düse 31 durch den Spalt zwischen der Kante der Einlaß­ öffnung 15 und dem Ventil 23 in die Verbrennungs­ kammer und zu der Zündkerze gelenkt. Diese Merk­ male verringern das zur Verteilung des Brennstoffs in der Luftcharge vor der Zündung verfügbare Zeitintervall, und das Vorhandensein körperlicher Elemente in der Brennstofföffnung fördert die Brennstoffverteilung. Insbesondere verringert die obige Konstruktion die zentrifugale Trennung des Brennstoffs in der Verbrennungs­ kammer, die in anderen Maschinen mit einer wirbelnden Bewegung der Brennstoff/Luft- Charge in der Verbrennungskammer auftritt.

Die Dosierung des Brennstoffs kann durch jede geeignete bekannte Vorrichtung erfolgen, und ist vorzugsweise von der Art, bei der die dosierte Menge Brennstoffs in einem Gas wie Luft mitgenommen wird, das es zu der und durch die Düse 31 transportiert. Typische Dosier­ vorrichtungen sind in den US-PSen 44 62 760 und 45 54 945 sowie in der US-Anmeldung Ser.No. 8 66 425 offenbart.

Claims (12)

1. Funkengezündete Viertakt-Verbrennungsmaschine mit einem an einem Ende durch einen Zylinder­ kopf geschlossenen Zylinder, einem im Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, der eine Verbrennungskammer mit veränderbarem Volumen definiert, einer im Zylinderkopf befestigten Zündvorrichtung zur Schaffung eines Zündpunktes in der Verbrennungskammer, einer mit dem Zylinder verbundenen, ventil­ gesteuerten Einlaßöffnung im Zylinderkopf, und einem mit der Einlaßöffnung verbundenen Luftzuführungsdurchgang, durch den die Luft hindurchströmt, um durch die Einlaßöffnung in den Zylinder einzutreten, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsdurchgang (20) einen Wand­ abschnitt (19) aufweist, der sich über wenigstens einen Teil des Umfangs der Einlaß- Öffnung (15) erstreckt und so geformt ist, daß wenigstens ein Teil der entlang dieses Wandabschnittes (19) strömenden Luft bei geöffneter Einlaßöffnung (15) auf einen im allgemeinen wendelförmigen Pfad um die Achse der Einlaßöffnung (15) gelenkt ist, daß der Wandabschnitt (19) so angeordnet und ge­ formt ist, daß bei geöffneter Einlaßöffnung (15) die entlang des Wandabschnittes (19) in den Zylinder strömende Luft so gelenkt ist, daß im Zylinder eine im allgemeinen wendel­ förmige Luftströmung um die Zylinderachse in Abwärtsrichtung gebildet ist, daß eine Brennstoffeinspritzdüse (31) vorgesehen ist zur Zuführung von Brennstoff in den Zuführungs­ durchgang (20) auf der dem Wandabschnitt (19) gegenüberliegenden Seite der Einlaßöffnungs­ achse auf einer durch die geöffnete Einlaß­ öffnung (15) führenden Bahn und in die wendelförmige Luftströmung zur Bildung einer zündfähigen Brennstoffwolke am Zündpunkt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (31) so angeordnet ist, daß sie Brennstoff an einer Stelle in den Zuführungsdurchgang (20) liefert, die strom­ aufwärts von der Ebene der Einlaßöffnung (15) in einem Abstand von nicht mehr als 35 mm, gemessen in einer zur Ebene der Einlaßöffnung (15) senkrechten Richtung, liegt.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsdurchgang (20) eine Trennwand (25) enthält, die sich von der Nähe der Einlaßöffnung (15) aus stromaufwärts erstreckt und zwischen dem Wandabschnitt (19) und der Brennstoffein­ spritzdüse (31) hindurchgeht, und die den Zuführungsdurchgang (20) in zwei Abschnitte (27, 28) unterteilt, wobei der eine (27) dieser Abschnitte auf gegenüberliegenden Seiten durch den Wandabschnitt (19) und die Trennwand (25) definiert ist und eine im allgemeinen wendelförmige Kontur besitzt, und die Brennstoffeinspritzdüse (31) in dem anderen (28) dieser Abschnitte angeordnet ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Trennwand über die ganze Höhe des Zuführungsdurchganges erstreckt.

5. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Zuführungsdurchgang (20) stromaufwärts der Brennstoffeinspritz­ düse (31) ein Ventil (30) vorgesehen ist, das wahlweise betätigbar ist zur Begrenzung des Luftstroms durch den anderen (28) der Abschnitte bei geöffneter Einlaßöffnung (15).

6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Zuführungsdurchgang (20) stromaufwärts der Brennstoffeinspritz­ düse (31) ein Ventil (30) vorgesehen ist, das wahlweise betätigbar ist zur Schließung des anderen Abschnittes (28) für den Luftstrom bei geöffneter Einlaßöffnung (15).

7. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Maschinenlast abhängige Vorrichtung zur Betätigung des Ventils (30) vorgesehen ist, um einen Luft­ strom durch den zweiten Abschnitt (28) zu ermöglichen, wenn die Maschinenlast einen bestimmten Wert übersteigt.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Steuerung des Einspritzzeitpunktes innerhalb des Maschinenzyklus vorgesehen ist, die von der Maschinenlast abhängig ist, um das Einspritzen während der zweiten Hälfte der Öffnungsperiode der Einlaßöffnung (15) zu bewirken.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ventilge­ steuerte Auslaßöffnung (16) im Zylinderkopf (12) vorgesehen ist, daß die Einlaß- und Auslaßöffnung (15,16) im Abstand von der Zylinderachse auf einer Seite des Zylinders angeordnet sind, und daß die Brennstoff­ einspritzdüse (31) im Abstand von der Einlaß­ öffnungsachse in Richtung zur Auslaßöffnung (16) hin vorgesehen ist.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Zündpunkt im Abstand von der Zylinderachse entgegengesetzt zur Einlaß- und Auslaßöffnung (15, 16) befindet.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungs­ durchgang (20) unmittelbar stromaufwärts der Einlaßöffnung (15) so geformt ist, daß der Luftstrom von dem Wandabschnitt (19) darin ein anfängliche wendelförmige Luft­ strömung erzeugt, die durch die geöffnete Einlaßöffnung (15) in den Zylinder gelangt, um in diesem die wendelförmige Luftströmung auszubilden.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennstoffeinspritzdüse (31) so angeordnet ist, daß der Weg des von ihr gelieferten Brennstoffs nach außen zur Peripherie der Einlaßöffnung (15) und rückwärts in bezug auf die anfängliche wendelförmige Luftströmung im Einlaßdurchgang verläuft.