DE4200952C2 - Gemischverdichtende Brennkraftmaschine - Google Patents

Gemischverdichtende Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einem eine Zündkerze aufweisenden Hauptbrennraum und einem Hilfsbrennraum im Zylinderkopf gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Aus der US-PS 4.168.678 ist eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt, bei der der von einem nockenbetätigten Verdrängungskolben begrenzte Hilfsbrennraum durch eine Überströmbohrung mit dem Hauptbrennraum verbunden ist. Die Anordnung bzw. der Verlauf der Überströmbohrung zum Hauptbrennraum hin ist so getroffen, daß während der Kompressionsphase kurz vor Erreichen der OT-Stellung des Hubkolbens aus dem Hilfsbrennraum durch den Verdrängungskolben verdrängtes Kraftstoffluftgemisch zur Wirbelerzeugung unter tangentialer Einströmung in den Hauptbrennraum eingebracht wird. Das übergeschobene Kraftstoffluftgemisch enthält beträchtliche Restgasanteile, die sich in der Ausschubphase in der Hilfskammer angesammelt haben, da der Verdrängerkolben sich zu früh nach oben bewegt, was sich nachteilig auf die Hauptverbrennung auswirkt.
Aus der DE 38 07 841 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Hilfsbrennraum bekannt, in dem verdichtetes Kraftstoffluftgemisch entzündet und über eine koaxial zum Kolben stehende Überströmbohrung als Impulsstrahl orthogonal auf den Kolbenboden aufgebracht wird. Auch bei dieser Ausführung häufen sich Restgasanteile in der Hilfsbrennkammer an, die die Hauptverbrennung negativ beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der gattungsgemäßen Brennkraftmaschine den Verdrängungskolben so zu steuern, daß sich keine Restgase in der Hilfsbrennkammer ansammeln können, wodurch eine bessere Zündung und Verbrennung eines Impulsstrahls ermöglicht wird
Zur Lösung der Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit gesteuerter Aufhebung der Verbindung zwischen dem Hilfs- und Hauptbrennraum wird zunächst während der Kompressionsphase eine kleine Gasmasse in den Hilfsbrennraum hineinverdichtet und gegen Verdichtungsende mit Hilfe des Verdrängungskolbens durch die Überströmbohrung mit hoher Geschwindigkeit an der Zündkerze vorbei wieder in den Hauptbrennraum zurückgepreßt.
Mit der Zündeinleitung nahe der ersten OT-Stellung bzw. Zünd- OT-Stellung des Hubkolbens durch die nahe am Ausgang der Überströmbohrung gelegene Zündkerze werden brennende Gasteilchen vom Impulsstrahl erfaßt und prallen zusammen mit der Strahlmass senkrecht auf den Kolbenboden des Hubkolbens und erzeugen dort einen tellerförmigen Flächenbrand mit großer Flammenoberfläche.
Die Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum und der Überströmbohrung bleibt lediglich in der Zeitphase von Zünd-OT bis zum Ansaugbeginn der Brennkraftmaschine bzw. bis zur zweiten OT- Stellung (ÜOT) durch den Verdrängungskolben ständig geschlossen, der in seiner OT-Stellung den Hilfsbrennraum auf ein Minimum verkleinert. Durch den Verschluß können in der Ausschubphase des Hubkolbens keine Restgasanteile in den Hilfsbrennraum übertreten, der nur in der Ansaugphase und Kompressionsphase mit dem Hauptbrennraum verbunden ist. Es ergibt sich somit eine erhebliche Reduzierung der Restgasanteile, insbesondere im kritischen Teillastbereich, in dem besonders große Anteile von Restgasen wegen der im unteren Lastbereich erfolgenden Drosselung im Saugrohr auftreten.
Durch die besonderen prozeßmäßig ablaufenden thermodynamischen Vorgänge im Bereich des Kompressionsendes lassen sich annähernd gleichbleibende Strahlenenergien für die Impulsstrahlzündung über den gesamten last- und Drehzahlbereich erzeugen und somit gleichmäßige Verbrennungsabläufe mit optimalen Wirkungsgraden bei kurzer Brenndauer erzielen.
Aus der DE 37 36 724 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Hilfsbrennraum bekannt, der während des Arbeitstaktes geschlossen und erst im Ansaugtakt wieder geöffnet wird, um damit den Druckverlauf während des Arbeitstaktes zu verändern. Hier wird der Zeitraum verlängert, in dem das Gemisch maximal verdichtet ist.
In den Unteransprüchen sind noch vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Der Gegenstand der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil einer im Schnitt dargestellten Brennkraftmaschine mit Hauptbrennraum und Hilfsbrennraum mit einem eine Überströmbohrung steuernden Verdrängungskolben,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Hubverläufe des Hubkolbens und des Verdrängungskolbens dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein in einem Zylinder 1 geführter Hubkolben 2 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gezeigt, der sich in einer dem Zündzeitpunkt (ZZP) entsprechenden Stellung befindet und mit seinem eben ausgebildeten Kolbenboden 3 und einer giebeldachförmig ausgestalteten Ausnehmung 4 im Zylinderkopf 5 einen Hauptbrennraum 6 begrenzt.
Der Zylinderkopf 5 ist mit einer zylindrischen Ausnehmung 7 versehen, in der ein federbelasteter und nockenbetätigter Verdrängungskolben 8 geführt ist und einen Hilfsbrennraum 9 begrenzt, der durch eine Überströmbohrung 10 mit dem Hauptbrennraum 6 in gesteuerter Weise in Verbindung steht. Die Überströmbohrung 10 ist koaxial zum Hubkolben 2 angeordnet und mündet in die Zylinderwand 7a der Ausnehmung 7 im nahen Bereich der dem Verdrängungskolben 8 gegenüberliegenden Begrenzungswand 9a des Hilfsbrennraumes 9 ein. Der für die Betätigung des Verdrängungskolbens 8 vorgesehene Nocken 14 erstreckt sich über einen Nockenwellenwinkel α von etwa 180° bei gleichem radialem Abstand R zur Nockenwellenachse ω und bewirkt, daß der Verdrängungskolben 8 die seitlich in die schräggestellte Ausnehmung 7 mündende Überströmbohrung 10 mit Beginn der Arbeitstaktes "a" bis zum Ende der Ausschubtakte "b" des Hubkolbens 2 geschlossen (Fig. 1 und 2), jedoch im Ansaugtakt "c" und Verdichtungstakt "d" geöffnet hält und eine Verbindung zwischen Hilfsbrennraum 9 und Hauptbrennraum 6 herstellt.
In der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet sich der Verdrängungskolben 8 in einer dem Zündzeitpunkt entsprechenden Stellung ZZP, ebenso der Hubkolben 2 in ZZP. Die strichpunktierten Linien geben jeweils die OT-Stellungen des Hubkolbens 2 und Verdrängungskolbens 8 an.
Durch die koaxiale Anordnung der Überströmbohrung 10 zum Hubkolben 2 ist die Strahlrichtung des Zündstrahles orthogonal zum Kolbenboden 3 des Hubkolbens 2 ausgerichtet.
Im Bereich der hauptbrennraumseitigen Ausmündung 10a der Überströmbohrung 10 ist die Zündkerze 11 vorgesehen.
Die Längsmittelachse "x" des Verdrängungskolbens 8 ist um die Zylinderlängsmittelachse "y" um den Winkel β von etwa 15-25° geneigt angeordnet, im dargestellten Beispiel um 20°, während die Zündkerzenachse "z" zur Zylinderlängsmittelachse "y" einen Winkel α von etwa 120° einschließt. Die Zündkerze 11 liegt im Bereich des strichpunktiert angedeuteten Einlaßventils 12 und der Hilfsbrennraum 9 im Bereich des strichpunktiert angedeuteten Auslaßventils 13.
In Fig. 2 ist der Hubverlauf des Hubkolbens 2 durch eine durchgehende Linie A und der Hubverlauf des nockenbetätigten Verdrängungskolbens 8 durch eine unterbrochene Linie B gekennzeichnet. Der Verdichtungstakt ist mit "d", der Arbeitstakt mit "a", der Ausschubtakt mit "b" und der Ansaugtakt mit "c" bezeichnet. Der Zündzeitpunkt ist mit ZZP, die erste OT-Stellung bzw. Zünd-OT-Stellung des Hubkolbens 2 mit ZOT, die untere Totpunktstellung des Hubkolbens mit UT und die zweite obere Totpunkt-Stellung vor dem Ansaugtakt des Hubkolbens mit ÜOT gekennzeichnet. Die 180° NW entsprechen einem Nockenwellenwinkel, in dem der Verdrängungskolben 8 durch den Nocken 14 von ZOT bis ÜOT (360° Kurbelwellenwinkel) geschlossen gehalten wird.

Claims (5)

1. Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einem eine Zündkerze aufweisenden Hauptbrennraum und einem Hilfsbrennraum im Zylinderkopf, mit einer diese beiden Brennräume verbindenden Überströmbohrung, durch die beim Verdichtungstakt des Hubkolbens Kraftstoffluftgemisch in den durch einen nockenbetätigten Verdrängungskolben begrenzten Hilfsbrennraum hineinverdichtet und im weiteren Verlauf des Verdichtungstaktes durch den gegenüber dem Hubkolben gegenläufigen Verdrängungskolben aus dem Hilfsbrennraum in den Hauptbrennraum übergeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmbohrung (10) koaxial zum Hubkolben (2) angeordnet ist und in die Nähe der dem Verdrängungskolben gegenüberliegenden Begrenzungswand 9a des Hilfsbrennraumes (9) einmündet, daß die Verbindung zwischen der Überströmbohrung (10) und dem Hilfsbrennraum (9) lediglich zwischen der ersten OT- Stellung des Hubkolbens (ZOT), in welcher die Zündung erfolgt, und der zweiten OT-Stellung (ÜOT) durch den Verdrängungskolben (8) ständig geschlossen ist, daß ferner im hauptbrennraumseitigen Mündungsbereich der Überströmbohrung die Zündkerze liegt und die Strahlrichtung des Zündstrahls orthogonal zum Kolbenboden des Hubkolbens (2) ausgerichtet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Betätigung des Verdrängungskolbens (8) vorgesehene Nocken (14) sich über einen Nockenwellenwinkel von etwa 180° unter Beibehaltung eines gleichen radialen Abstandes zur Nockenwellenachse erstreckt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelachse (x) des Verdrängungskolbens (8) zur Längsmittelachse des Hubkolbens (y) um den Winkel β von 15° bis 25° geneigt angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolben (2) mit seinem gesamten ebenen Kolbenboden (3) die untere Begrenzung des Hauptbrennraumes (6) bildet.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzung des Hauptbrennraumes (6) durch eine zumindest annähernd giebeldachförmige Ausnehmung im Zylinderkopf (5) gebildet ist.
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