DE2400015A1

DE2400015A1 - Kolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2400015A1
Application number: DE2400015A
Authority: DE
Inventors: Hans H Dipl Ing Dr Ing Seidel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2256312A1; FR2256312B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben-Brennkraftmaschine, deren Terbrennungsraum durch wenigstens eine durchlöcherte Trennwand in zwei Teilräume oder zwei Gruppen von Teilräumen unterteilt ist, deren einem bzw. einer als Zündverbrennungsraum, der jeweils eine Zündeinrichtung enthält, über ein jeweiliges Einlaßventil ein fettes Gemisch zuführbar ist und deren anderem bzw. anderer als zweitem Verbrennungsraum über ein jeweiliges Einlaßventil ein mageres Gemisch oder Luft zuführbar ist.

In der lOrschungs- und Entwicklungstätigkeit auf dem Automobilgebiet betrifft heute etwa die Hälfte des Aufwands die Abgasentgiftung (Automobil Revue, Bern,■12.11.1970, Seite 39). Die Wurzel der Schwierigkeiten auf diesem Gebiet liegt darin, daß zur sicheren Zündung -des Brennstoff-Luft-Gemischs sowohl im Lastbetrieb als auch beim Anlassen, bei kaltem Motor und im Leerlauf Brennstoffüberschuß vorhanden sein muß, der jedoch dazu führt, daß in den Zylindern nur eine unvollkommene Verbrennung stattfindet und die Abgase giftige Bestandteile, insbesondere nennenswerte Mengen an . Kohlenmonoxid GO und an unverbrannten Kohlenwasserstoffen CH enthalten. Auch Ketone und Aldehyde im Abgas erweisen sich als umweltschädlich.

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Bei einer homogenen Mischung liegt der praktische Bereich der Entzündbarkeit etwa bei einem Luft-Brennstoff-Gewichtsverhältnis zwischen 8 zu 1 und 18 zu 1. Bei üblichen Ottomotoren mit Einspritzung wird für Teillast die Luftzufuhr gedrosselt, damit das angesaugte Gemisch im entzündbaren Bereich bleibt. Das Teillastverhalten stellt jedoch einen wichtigen Gesiehtspunkt hinsichtlich der Brauchbarkeit eines Jahrzeugmotors dar. Bei mittleren Geschwindigkeiten in der Ebene benötigt ein !Fahrzeug nur einen kleinen Teil der maximalen Maschinenleistung, beispielsweise ein schwerer Personenwagen etwa 20 bis 30 PS, so dais sich während des größten Teils der Betriebszeit aufgrund der Luftdrosselung erhöhte Pumpverluste bei gleichbleibend ungünstiger Abgascharakteristik ergeben. Der schlechte Teillast-Wirkungsgrad der üblichen Motoren kann durch erhöhte Kompression in kleinem Umfang verbessert werden, während andererseits diese erhöhte Kompression speziellem klopffeste Brennstoffe mit Zusätzen erforderlich macht, beispielsweise Blei- und Bromverbindungen, die wieder zur erhöhten Abgasgiftigkeit beitragen.

Bei heute üblichen Motoren wird ein Brennstοff Überschuß von etwa 15 % über der theoretischen stöchiometrischen Mischung verwendet, wobei z.B. bei Ottomotoren bis zu 25 /<> der im Brennstoff enthaltenen Energie unumgesetzt durch den Auspuff wieder abgegeben wird. Wird der Motor mit weniger Kraftstoffüberschuß betrieben, so steigen nicht nur die Zündschwierigkeiten wegen geringer Flammenfortpfl-ajizungsgeschwindigkeit bei normaler Kerzenzündung, sondern aufgrund der sich dann im Bereich des stöchiometrischen Verhältnisses einstellenden wesentlich höheren Yerbrennungstemperatur steigt auch der Gehalt an entstehenden Stickoxiden ΝΟχ und steigen außerdem die Wärmebeanspruchungen und -Verluste, bis dann bei höherem Kraftstoffmangel aussetzender Betrieb einsetzt.

Zur Beseitigung der unverbrannten Bestandteile im Abgas ist die Nachverbrennung bekannt, die im Auspuffsystem gegebenenfalls durch erneute Erhitzung, Zufuhr von Luft oder Brennstoff-Luft-Gemisch und/oder Durchleiten der Abgase durch einen Katalysator erzielt

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wird. Außerdem sind in diesem Zusammenhang verschiedene Abgasrückführung en bekannt. Mit solchen Techniken wird der im Verbrennungsraum; unverbrannt gebliebene Kraftstoff nicht nur ohne Ausnutzung verbrannt, sondern es entstehen durch die zusätzliche Einspritzting oder Heizung, den zusätzlichen Kompressor und den erhöhten Gegendruck am Zylinderauslaß erhöhte Verluste, die den Gesamtwirkungsgrad niedrig halten. Außerdem ist mancher Autobastler dazu verleitet", unter Verzicht auf die angestrebte Abgasentgiftung die betreffenden Verlustquellen durch geringe Manipulation abzuschalten. Die Katalysatoren werden zumeist ohnehin nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit unwirksam.

Ss sind deshalb auch schon viele Vorschläge bekannt geworden' (USA-PS 1 649 700 und 2 849 992; New Scientist 10.5.1973, Seite 347; auto motor und sport 3/1973, Seite 35), eine vollkommenere Verbrennung durch eine Ladungsschichtung im Zylinder mit Hilfe eines aus zwei Teilen bestehenden Verbrennungsraums zu erzielen. Dabei weist der Verbrennungsraum einen Zündverbrennungsraum in Eorm einer Zündvorkammer und einen zweiten Verbrennungsraum, der die Hauptkammer darstellt, auf. Während die Zündvorkammer mit einem fetten Gemisch oder durch verhältnismäßig reiche Einspritzung gespeist wird, wird in der Hauptkammer zumeist über ein eigenes Ventil mageres Gemisch oder reine Luft eingeleitet. Die Zündkerze befindet sich in der Zündvorkammer) während die Hauptkammer den Expansionsbereich darstellt. Die beiden Teile des Verbrennungsraums kommunizieren miteinander. Bei der Zündung läßt sich das fette Gemisch in der Zündvorkammer leicht zünden, woraufhin es durch die Explosionswirkung und durch Ausschleudern brennender Brennstoffteilchen gegebenenfalls entlang Strömungswegen, die eine gute Verwirbelung schaffen, in das magere Gemisch oder die Luft der Hauptkammer eintritt und dort während der Expansion nach der einmal erfolgten Zündung weitgehend verbrennt. Ein derartiger Motor mit Ladungsschichtung kann selbst noch bei einem Luft-zu-Brennstoff-Gewichtsverhältnis von 40 bis 50 zu 1 je Zylinderfüllung laufen. Es ist auch bekannt (USA-PS 2 884 913,

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DT-OS 1 526 300), gemäß der eingangs genannten Gattung den Zündverbrennungsraum, der als Zündvorkammer birnenförmig im Zylinderkopf gestaltet ist, und den als die Hauptkammer dienenden zweiten Verbrennungsraum, der also den Expansionsraum des Zylinders darstellt, voneinander durch eine durchlöcherte Trennwand zu trennen, deren Löcher aufgrund gegebenen Kanalverlaufs die erforderliche Verwirbelung in der Hauptkammer schaffen sollen. Bei diesen bekannten Konstruktionen ergeben sich jedoch hohe Drosselverluste zwischen der Zündvorkammer und der Hauptkammer während der Verdichtung und während der Expansion. Außerdem ist wegen der Zündvorkammer der Millungsgrad ungünstig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Forderungen der weitgehenden Abgasentgiftung, eines sicheren Zündens und eines unverminderten Wirkungsgrads gemeinsam zu erfüllen. Diese Aufgabe wird, ausgehend"von einer Maschine der eingangs genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder der Teilräume an einer Seite durch den Kolben begrenzt ist und daß die durchlöcherte Trennwand bzw. die durchlöcherten Trennwände in Nuten des hierzu relativ verschiebbaren Kolbens eintaucht bzw. eintauchen. Durch diese Ausbildung ergibt sich, daß sich zunächst während des Ansaugens der zweite Verbrennungsraum mit luft oder magerem Gemisch füllt und somit als Vorrats- oder Versorgungsraum für die Luft dient, während der Zündverbrennungsraum über sein eigenes Einlaßventil mit fettem Gemisch beladen wird. Besonders günstig ist es, wenn durch unterschiedliche Drosselung der beiden Einlaßkanäle schon während des Ansaugens ein Eintritt von Luft bzw.magerem Gemisch durch die Löcher der Trennwand in den Zündverbr nnungsraum stattfindet. Bei der anschließenden Kompression stellt sich aufgrund des unterschiedlichen adiabatischen Verhaltens der Gemische weiterhin eine Ladungsschichtung innerhalb des Zündverbrennungsraums mit günstigem negativem Gradienten der Brennstoffkonzentration ein. Durch die Trennwand und die Kanalführungen in der Trennwand läßt sich diese Strömung und damit die Brennstoff- und die Luftverteilung so beeinflussen, daß jedenfalls die Zündkerze im Bereich des fetten G-emischs bleibt und möglichst entlang den Wänden und dem Kolben Luft bzw. mageres Gemisch liegt. Die durch die Strömung erzeugte Turbulenz begünsigt die darauffolgende Verbrennung, die aufgrund der hohen Brennstofficonsentratlon S₀₉₈₂₈,0360

um die Zündkerze und der ung-e drosselt en Ausbreitung der Verbrennung zu einem besonders günstigen Durchbrennen dieses Raums führt. Während des Verbrennungsprozesses im Zühdverbreianungsraum treten nun heiße Brenngase durch die Kanäle der Trennwand in den zweiten Verbrennungsraum oder Versorgungsraum ein, wobei die noch unverbrännten Bestandteile mit dem Luftsauerstoff zu einer "Nachverbrennung führen und deshalb der zweite Verbrennungsraum als Nachverbrennungsraum dient. Der hierbei erzielte Druckaufbau infolge des Eintretens dieser Gase in den zweiten Verbrennungsraum und infolge der Nachverbrennung wirkt unmittelbar auf den entsprechenden Kolbenanteil. Die zu einem etwas langer anhaltenden konstanten Druck während der Expansion führende Nachverbrennung bewirkt eine Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads. Die Verbrennung im zweiten Verbrennungsraum nach dem Durchtritt des brennenden Gemischs durch die durchlöcherte Trennwand führt zu einer echten Nachverbrennung, die jedoch, da sie im Zylinder während der Expansion stattfindet, eine mechanische ausnützbare Energie freisetzt. Die Temperatur steigt hierbei aufgrund des Betriebs im Luftüberschußbereich nur mäßig an, so daß es nicht zu einer erheblichen Entwicklung von NO kommt, sie ist jedoch andererseits hoch genug, daß eventuell noch unverbrannte Brennstoffreste im Zündverbrennungsraum beim Ausschieben aufgrund der noch vorhandenen überschüssigen Luft aus dem zweiten Verbrennungsraum sogleich verbrennen,ohne-daß es hierfür besonderer Maßnahmen im Auspuffsystem bedarf. Wird dem zweiten Verbrennungsraum reine Luft zugeführt, so stellt sich bei einem Gemisch im Zündverbrennungsraum, das den heute insgesamt verwendeten. Gemischen gleich ist, ein gutes Ergebnis ein, wenn der zweite Verbrennungsraum in der Größenordnung von 30 bis 40 $ des gesamten Volumens des Verbrennungsraums liegt.

Obwohl das erfindungsgemäße System auf Verbrennungsräume und Kolbenbewegungen der 'unterschiedlichsten Formen und- Systemeanwendbar ist, beispielsweise bei einem Rotationskolbenmotor, wenn - unter Beachtung einer ausreichenden Abdichtung - umlaufende Trennwandstege parallel zu den Seitenwänden in Nuten des Drehkolbens laufen, ist die Erfindung doch insbesondere für Zylinder-Hubkolbenmotoren anwendbar.. Bei einem entsprechenden Viertaktmotor ist die Anordnung

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der Verbrennungsräume dann vorzugsweise so, daß der zweite Verbrennungsraum zylinderringförmig ist und mit achsparalleler zylindrischer Trennwand entlang der Zylinderwand konzentrisch um den entlang der Zylinderachse verlaufenden Zündverbrennungsraum angeordnet ist. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß einerseits an der -im Betrieb erwärmten Trennwand und andererseits bei dem im zweiten Verbrennungsraum auftretenden sehr mageren brennenden Gemisch an der kalten Zylinderwand keine Löschung auftritt, so daß dort weder die Quelle für unverbrannten Brennstoff gelegt ist, noch durch den Brennstoff der Ölfilm abgewaschen wird. Die Zylinderwand bleibt verhältnismäßig kühl, die Kolbenringe laufen kalt und bleiben dicht, es entsteht kein ölbrennen und es treten keine brennbaren Gase ins Kurbelgehäuse ein. Das Ergebnis ist außer der Erhöhung des Wirkungsgrads eine Verlängerung der Lebensdauer des Motors.

Eine Alternative hierzu besteht in einer Trennwand, die einen entlang Teilen der Zylinderwand, also einseitig im Zylinder angeordneten zweiten Verbrennungsraum abtrennt, der beispielsweise Zylindersegmentförmig sein kann. Die Trennwand kann eben oder zur Erhöhung der Biegesteifigkeit leicht gewölbt sein. Hierdurch ergibt sich aufgrund der räumlichen Anordnung ein relativ leichter Einbau des Einlaßventils für den zweiten Verbrennungsraum.

Zweckmäßigerweise ist die Zündeinrichtung, im allgemeinen eine Zündkerze, und ist vorzugsweise auch das Einlaßventil für den Zündverbrennungsraum in einer sich in den Zündverbrennungsraum öffnenden, an sich bekannten Mulde im Zylinderkopf untergebracht. Durch diese Ausbildung wird die Ladungsschichtung, insbesondere die Erhaltung des fetten Gemischs in unmittelbarem Zündbereich, weiter verbessert, da während des Ansaug- und während des Verdichtung stak ts das Einsaugen bzw. Einschieben von Luft durch die Löcher der Trennwand in den Zündverbrenungsraum das Gemisch in der Mulde kaum beeinflußt. Es ist auch möglich, eine häufig als "squish" bezeichnete Turbulenz, die im Kompressionstakt beim letzten Herauspressen der Luft beim Auftreffen des Kolbens auf.

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die stirnseitige Zylinderwand im Bereich, vor der Mulde entsteht, zur Beschleunigung der Verbrennungsfortpflanzung- auszunützen, wenn die Trennwand unmittelbar■an der Zylinderstirnwand Löcher aufweist. Der·Muldenbereich selbst enthält trotzdem noch ein gut zündfähiges Gemisch. Die Konstruktion mit der Mulde bewährt sich insbesondere auch bei Teillast oder Leerlauf, Die in den zweiten Verbrennungsraum angesaugte Luft kann in an sich bekannter Weise (USA-PS 2 884 913) im Leerlauf gedrosselt oder auch ungedrosselt in den zweiten Verbrennungsraum eingeleitet werden, so daß im letzteren Pail der Zündverbrennungsraum bei Teillast einen erheblichen Luftüberschuß aufweist. Das eigentliche, fette Gemisch reicht dann im Leerlauf gerade noch aus, um die Mulde zu füllen, in der eine sichere Zündung stattfinden kann. Die ungedrosselte Luftzufuhr bewirkt auchj daß bei plötzlichem Übergang von Vollast auf den Leerlauf- oder Bremsbetrieb der in den Ansaugrohren kondensierte Brennstoff nicht verdampft.und insofern kein zusätzlicher Brennstoffdampf in den Z3>"linder gesaugt wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß der ringförmige zweite Verbrennungsraum über mehrere Einlaßventile verfügt, so daß er· leicht und einwandfrei nur mit dem mageren Gemisch bzw» mit der Luft gefüllt werden kann, und daß das Auslaßventil an den Zündverbrennungsraum anschließt, so daß die heißen Abgase nicht durch den zweiten Verbrennungsr.aum ausgeschoben werden müssen und dieser verhältnismäßig kühl bleibt und im. wesentlichen als Luftreservoir für die teils im zweiten Verbrennungsraum und teils im Zündverbrennungsraum erfolgende Nachverbrennung dient.

Bei der Anwendung der Erfindung auf Zylinder-Hubkolben-Zweitaktmotoren besteht eine zweckmäßige Ausführung darin, daß der gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehende zweite Verbrennungsraum mit achsparalleler Trennwand entlang Teilen der Zylinderwand liegt und daß die im unteren Totpunkt vom Kolben freigegebenen als die Ventile wirkenden Durchlaßöffnungen, die mit die unterschiedlichen Gemische jeweils zuführenden bzw* das Abgas abführenden Kanälen ·. erbunden sind, je nach Funktion in den Zündverbrennungsraum oder in den zweiten Verbrennungsraum münden. Der zweite Verbrennungsraum

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■umgibt also in diesem Pail den Zü^dverbrennungsraum nicht vollkommen, sondern letzterer reicht bereichsweise bis an die Zylinderwand, an der dann am entsprechenden Bereich die richtigen Kanäle für die jeweiligen Verbrennungsräume ansehließen.

Bei sehr hoch belasteten Motoren kann die durchlöcherte Trennwand gekühlt ausgeführt sein, indem sie Kanäle enthält, in denen eine Kühlflüssigkeit zirkuliert.

Durch die Anordnung und !formgebung der Löcher in der Trennwand kann der Gasaustausch zwischen den beiden Verbrennungsräumen beeinflußt und für die jeweilige Konstruktion optimiert werden. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, wenn die Löcher in der Trennwand eine sich zu einem der Verbrennungsräume verkleinernde konische Gestalt aufweisen. Dadurch erreicht man, daß eine gute Durchwirbelung und ein homogenes Gemisch erzielt werden. Außerdem kann der Hormalkraft auf die Trennwand eine gewisse gegengerichtete Reaktionskraft entgegengestellt werden. Wegen der besondren Charakteristiken der konischen Löcher kann es für den Strömungsverlauf in den verschiedenen Takten auch zweckmäßig sein, abwechselnd sich in den beiden Richtungen verjüngende Bohrungen vorzusehen. Außerdem kann durch eine Tangentialkomponente der Bohrungen eine Wirbelzonenformierung gesteuert werden.

Weitere Einzelheiten' und Besonderheiten.der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf, den Kolben und einen Teil des Zylinders eines erfindungsgemäßen Hubkolben-Viertaktmotors ;

Figuren 2 bis 7 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Takte und Kolbenstellungen bein erfindungsgemäßen Viertaktmotor;

Figuren 8 und 9 Darstellungen entsprechend Figuren 3 bzw. 5 mit einer anderen Ausführungsform der Trennwand;

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Figuren 10 und 11 anhand von Zylinder-Querschnitten Darstellungen der Wirbelzonenbildung "bei den Takten entsprechend Figuren 8 bzw. 9;

Figur 12 eine Unteransieht des Zylinderkopfs bei der Ausführungsform nach Figuren 8· bis 11;

Figur 13 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Trennwand;

Figur 14 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Trennwand;

Figur 15 einen Querschnitt durch den Zylinder eines erfindungsgemäßen Hubkolben-Zweitaktmotors.

Ein Zylinder 1 üblicher Bauart ist mit dem Zylinderkopf 2 und einem Kolben 3 bestückt. Im Zylinderkopf befinden sich ein Einlaßventil 4 am Ausgang eines Ansaugrohrs 5 .für fettes Brennstoffgemisch, ein oder mehrere Einlaßventile 6 an einem Ansaugkanal 7 für Luft und ein Auslaßventil 8, das zu einem Auslaßkanal 9 führt, der weiter zu einer AuspuffSammelleitung führt.

Das Ansaugrohr 5 mündet über das Einlaßventil 4 in eine Mulde 10 des Zylinderraums, in der sich auch die"Zündkerze 11 befindet.

Konzentrisch im Zylinder 1 befindet sich eine am Zylinderkopf befestigte, zylindrische", perforierte Trennwand 12, deren axiale Länge kleiner ist als* der Hub des Kolbens 3 und die von Löchern 13 durchsetzt ist. Die Trennwand 12 teilt den Zylinderraum in einen entlang der Achse verlaufenden Zündverbrennungsraum 14 und einen entlang der Zylinderwand verlaufenden zweiten Verbrennungsraum 15» Die Mulde 10 und das Auslaßventil 8 befinden sich vollständig im Bereich des von der Trennwand 12 umschlossenen Zündverbrennungsraums 14, während das Einlaßventil 6 sich außerhalb dieses Raums, also im Bereich des zweiten Verbrennungsräume 15 zwischen der Trennwand 12 und der Zylinderwand befindet.

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Der Kolben 3 ist mit einer Ringnut 16 versehen, in die die Trennwand⁰ 12 eintaucht. Die Trennwand 12 hat einen gewissen kleinen Abstand zu den Wänden der Ringnut 16, so daß sich der Kolben 3 und die Trennwand 12 ohne Reibung relativ zueinander bewegen können. An seiner Außenseite weist der Kolben 3 in üblicher Weise Kolbenringe und Ölabstreiflinge 17 zur dichten Anlage an der Zylinderwand auf.

• Die Arbeitsweise des Zylinders nach Figur 1 im Rahmen des erfindungsmäßigen Motors wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 7 erläutert. Figur 2 stellt den Ansaugvorgang dar. Die Einlaßventile 4 und 6 sind geöffnet und das Auslaßventil 8 ist geschlossen. Durch das Einlaßventil 4 wird fettes, leicht entzündbares Gemisch angesaugt, durch das Einlaßventil 6 wird reine Luft mindestens in einer Menge angesaugt, die bei Vollast zur vollständigen Verbrennung des angesaugten Brennstoffs ausreicht. Auch beim theoretisch genau richtigen, stöchiometrischen Verhältnis zeigt die Praxis, daß noch unverbrauchter Brennstoff ausgeschoben wird. Die erforderliche Menge liegt deshalb etwas über dem stöchiometrischen Verhältnis. Zur Vermeidung der bei diesem Mischungsverhältnis auftretenden extrem hohen Temperatur und damit verbundenen Entstehung von ETO_X-Reaktionsprodukten sollte deshalb mit etwas höherem Luftüberschuß gefahren werden, ohne hierbei eine wesentliche Leistungseinbüße zu erfahren. Bei Teillastbetrieb und im Vergleich zum fetten Gemisch leichterer oder gar keiner Drosselung der Luftzufuhr verschiebt sich das Luft-Brennstoffverhältnis auf entsprechend höhere Werte.

Beim anschließenden Verdichten (Figur 3) ergibt sich durch unterschiedliches adiabatisches Verhalten des Gemischs und der reinen Luft und außerdem durch das Vorhandensein der Mulde 10, daß - gegegebenfalls weitere -■ Luft durch die Löcher 13 der Trennwand 12 vom zweiten Verbrennungsraum 15, der als Versorgungsraum wirkt, in den Zündverbrennungsraum 14 übertritt und dort im Bereich der Trennwand 12 zu einer Verdünnung des Gemischs führt. Die Luft dringt jedoch kaum bis in die Mulde 10 ein. Vom Bereich der Zündkerze 11 weg, die sich in dieser Mulde 10 befindet, ergibt sich also ein Brennstoffkonzentrationsgefälle zu zunehmend magerem Gemisch.

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Beim anschließenden Zünden (Figur 4) "befindet sich also im Bereich der Zündkerze 11 das unv er dünnte, fette, leicht zündbare Gemisch, dessen Verbrennung sich stichflammenartig in den Bereich des magereren Gemischs im Zündverbrennungsraum 14 ausbreitet und zur Expansion (Figur 5) unter Verschiebung des Kolbens führt. Während der Expansion tritt auch brennendes Gemisch durch die Lö'cher der Trennwand 12 in den als Uachverbrennungsraum wirkenden zweiten Verbrennungsraum 15 über, wo es in der dort "vorhandenen Luft durchbrennt, wobei durch die Nachverbrennung zusätzliche Energie für die Expansion frei wird.

Im unteren Totpunkt des Kolbens (Figur 6) hat bei der dargestellten Konstruktion die Trennwand 12 die Ringnut 16 bereits voll verlassen. Hierdurch wird zwischen dem Zundverbrennungsraum 14 und dem zweiten Verbrennungsraum 15 zu diesem Zeitpunkt noch ein freier Gasaustausch ermöglicht, nach welchem dann ein vollständiger Druckausgleich erfolgt ist. Durch diese Konstruktion ist keine zu tief in den Kolben eingeschnittene Ringnut erforderlich.

Beim folgenden Ausschieben (Figur 7) mischt sich die restliche, noch unverbrauchte Luft aus dem zweiten Verbrennungsraum 15 mit dem immer noch Brennstoffreste enthaltenden Abgas im Zundverbrennungsraum 12. Die Luft aus dem zweiten Verbrennungsraum 15 reagiert mit den unverbrannten Anteilen während des Ausschiebens im Bereich des Auslaßventils 8 und des Auslaßkanals 9 und führt zur endgültigen, restlichen Nachverbrennung. Die hierbei und auch die bei der vorherigen Verbrennung erreichten Temperaturen.sind mäßig, so daß kaum W gebildet wird, jedoch sind andererseits die Austrittstemperaturen hoch genug, daß es für die saubere Durchbrennung weder eines Zusatzbrennstoffs noch eines Katalysators bedarf.

Die Steuerung der beiden Einlaßventile kann in bekannter Weise über einen gemeinsamen Antrieb erfolgen. Hierbei lassen sich auch "leine gegenseitige Verschiebungen der Öffnung. - und Schließzeiten vorsahen, sofern dies für die Gasströmung beim Ansaugen zweckmäßig ist.

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Figuren 8 und 9 zeigen das Konzept einer abgewandelten, ebenen Trennwand 12, die einen Zylindersegmentförmigen zweiten Verbrennungsraum 15 abtrennt. Die ebene Trennwand 12 läßt beiderseits einen Spalt 18 zur Zylinderwand frei. Die Löcher 13 in der Trennwand 12 sind aufgrund von Tangentialkomponenten so ausgebildet, daß zusammen mit dem Spalt zwischen der Trennwand und der ^yIinderwand sich während des Verdichtungsvorgangs (Figuren 8, 10) zwei unabhängige stehende Wirbel 19 im Zündverbrennungsraum 14 bilden, die zu einer guten Durchmischung und erhöhten Turbulenz führen. Während des Expansionsvorgangs (Figuren 9, 11) führt der Druckausgleich durch den Gasübertritt vom Zündverbrennungsraum 14 in den zweiten Verbrennungsraum 15 zu einer hohen Turbulenz bei 20 im zweiten Verbrennungsraum 15» was die Nachverbrennung besonders begünstigt. Figur 12 zeigt eine bei der Konstruktion nach Figuren 8 bis 11 günstige Ventilanordnung anhand einer Unteransicht des Zylinderkopfs 2. Bei dieser Anordnung bereitet die räumliche Unterbringung der Ventile 4, 6 und 8 und der Mulde 10 keine Schwierigkeiten.

Figur 13 zeigt einen Längsschnitt durch eine Seite der zylinderxörmigen Trennwand 12. Es ist ersichtlich, daß die Trennwand 12 ai" Zylinderkopf 2 in einer Ringnut versenkt mit Hilfe von Schrauben befestigt ist. Außerdem ist ersichtlich, daß die löcher 13 in der Trennwand 12 konisch mit vom Zündverbrennungsraum zum zweiten Verbrennungsraum sich verjüngendem Querschnitt ausgebildet sind.

Figur 14 zeigt eine besondere Ausbildung einer kühlbaren Trennwand 12 anhand eines Abschnitts von deren Querschnitt, mit gebohrten Kühlkanälen 23 und schräg verlaufenden Durchtrittslöchern 13·

Die dargestellte Zylindereinheit unterscheidet sich von einer üblichen Kolben-Zylinder-Einheit durch die Konstruktion des Kolbens 3, der die Nut 16 aufweist und infolgedessen etwas schwerer gebaut sein muß, und durch die Konstruktion des Zylinderkopfs mit den zwei oder mehr Einlaßventilen 4, 6 und der Trennwand 12. Gegebenenfalls, wenn in den zweiten Verbrennungsraum 15 nicht reine Luft, sondern ein mageres Gemisch eingesaugt werden soll, ist noch

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ein zweiter Vergaser erforderlich, es kann jedoch auch für die beiden angesaugten Gemische ein gemeinsamer Vergaser besonderer Konstruktion für zwei unterschiedliche Gemischbildungen verwendet werden. Die beschriebene Konstruktion ist im v/es entlichen auch für einen Einspritzmotor anwendbar, wobei der Brennstoff durch eine Einspritzdüse in den Einlaßkanal oder den Zündverbrennungsraum eingespritzt wird und dort mit der angesaugten Verbrennungsluft gemischt wird. Auch bei gasbetriebenen Motoren ist das geschilderte Prinzip mit Vorteil anwendbar.

Figur 15 zeigt noch eine Möglichkeit der Anwendung für einen Zweitaktmotor anhand eines Querschnitts durch den Zylinder im Bereich der Einlaßt oder Überströmschlitze und der Auslaßschlitze. Der Zylinder ist hierbei in den in diesem Fall entlang einem Zylinderdurchmesser quer verlaufenden Zündverbrennungsraum 14 und zwei Zylindersegmentförmige zweite Verbrennungsräume 15a und 15b durch zwei geradlinige durchlöcherte Trennwände 12a und 12b unterteilt. Während durch Einlaß- oder Überströmschlitze 25 in den Zündverbrennungsraum 14 fettes Gemisch eingeleitet wird, das von einem Gemisch-Spülgebläse oder aus dem Kurbelkasten kommt, wird in Einlaßschlitze 26, die jeweils in einen der zweiten Verbrennungsräume 15a und 15b münden, Luft eingespeist, die von einem Gebläse kommt. Auslaßschlitze 27 befinden sich im Bereich des Zündverbrennungsraums 14.

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Claims

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-H-

Patentansprüche

-Brennkraftmaschine, deren Verbrennungsraum durch wenigstens eine durchlöcherte Trennwand in zwei Teilräume oder zwei Gruppen von Teilräumen unterteilt ist, deren einem "bzw. einer als Zündverbrennungsraum, der 3weils eine Zündeinrichtung enthält, über ein jeweiliges Einlaßventil ein fettes Gemisch zuführbar ist und deren anderem bzw. anderer als zweitem Verbrennungsraum über ein jeweiliges Einlaßventil ein mageres Gemisch oder luft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Teilräume (H» 15» 15a, 15b) an einer Seite durch den Kolben (5) begrenzt ist und .daß die durchlöcherte Trennwand (12) bzw. die durchlöcherten Trennwände (12a, 12b) in Nuten (1β) des hierzu relativ verschiebbaren Kolbens eintaucht bzw. eintauchen.
2. Maschine nach Anspruch 1, deren zweitem Verbrennungsraum reine Luft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verbrennungsraum (15» 15a + 15b) etwa 30 bis 40 /0 des gesamten Verbrennungsraums ausmacht.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2 als Hubkolben-Viertaktmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verbrennungsraum (15) zylinderringförmig ist und mit achsparalleler zylindrischer Trennwand (12) entlang der Zylinderwand konzentrisch um den entlang der Zylinderachse verlaufenden Zündverbrennungsraum (H) angeordnet ist.
4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderringförmige zweite Verbrennungsraum (15) über mehrere Einlaßventile (6) verfügt.
5. Maschine nach Anspruch 1 oder 2 als Hubkolben-Viertaktmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls aus mehreren Teilräumen bestehende zweite Verbrennungsraum (15) mit im wesentlichen ebener, achsparalleler Trennwand (12) im wesentlichen zylindersegmentförmig entlang Teilen der Zylinderwand liegt (Figur 12).

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6. Maschine nach Anspruch 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, -daß die Zündeinrichtung (11) und vorzugsweise auch das "betreffende Einlaßventil (4) in einer sich in den Zündverbrennungsraum öffnenden Mulde (10) im Zylinderkopf (2) untergebracht sind.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) unmittelbar an der Zylinderstirnwand Löcher (13) aufweist.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (8) an den Zündverbrennungsraum (14) anschließt.
9. Maschine nach Anspruch 1 oder 2 als Hubkolben-Zweitaktmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls aus mehreren Teilräumen bestehende zweite Verbrennungsraum O5a, 15"b) mit achsparalleler Trennwand (12a, 12b) entlang Teilen der Zylinderwand liegt und daß die im unteren Totpunkt vojü Kolben freigegebenen, als die Ventile wirkenden Durchlaßöffnungen (25, 26, 27), die mit die unterschiedlichen Gemische jeweils zuführenden bzw. das Abgas abführenden Kanälen verbunden sind, je nach Punktion in den Zündverbrennungsraum (14) oder in den zweiten Verbrennungsraum (15a, 15b) münden.
10. Maschine nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) bzw. die Trennwände (12a, 12b) zur Erhöhung der Biegesteifigkeit 'eine leichte Wölbung aufweisen.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in der Trennwand eine konische Gestalt aufweisen (Figur 13)·
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher eine Verlaufskomponente in Umlaufrichtung des Zylinders aufweisen (Figuren 10, 11, 14).

13ο Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand gekühlt ist (Figur 14).

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