DE2411909A1 - Mit ladungsschichtung betriebene, fremdgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents
Mit ladungsschichtung betriebene, fremdgezuendete brennkraftmaschineInfo
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12. März 1974-
Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine, in deren
Zylinderkopf ein Hauptbrennraum und eine über einen Verbindungskanal mit diesem in Verbindung stehende, eine
Eraftstoff-Zuführeinrichtung und eine Zündvorrichtung aufweisende
Vorkammer vorgesehen sind, wobei die Vorkammer durch einen dünnwandigen, topfförmigen Einsatz gebildet
wird, der in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes mit Abstand zn den umgebenden Wänden angeordnet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschinen, die mit geschichteter Ladung betrieben werden, sind schon seit vielen Jahren
und in vielen Varianten bekannt. Der Grundgedanke bei allen Schichtladeverfahren bestand dabei darin, durch konstruktive
Maßnahmen eine unterschiedliche Gemischzusammensetzung der^ Zylinderladung zum Zündzeitpunkt zu ermöglichen,
und zwar der Art, daß sich in der Umgebung der Zünd-
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kerze ein zündfähiges, kraftstoffreiches Gemisch befindet,
während die Ladung im übrigen Brennraum auf die jeweils günstigsten Betriebsbedingungen des Motors abgestimmt ist
und aus einem mageren Gemisch oder sogar aus reiner Luft.
besteht.
Während nun mit der Schichtladung bisher der Yersuch unternommen
wurde, eine zuverlässige Zündung der Zylinderladung auch innerhalb weiter Grenzen der Gesamtgemischzusammensetzung
sicherzustellen und darüber hinaus das Betreiben von Otto-Motoren mit höheren Yerdichtungsverhältnissen
ohne Erreichung der Klopfgrenze zu ermöglichen, wird in den Schichtladeverfahren heute vor allem ein möglicher Weg
zur Reduzierung der in den Abgasen der Brennkraftmaschinen enthaltenen Schadstoffe, insbesondere der .Stickoxyde, gesehen.
Heben den Brennkraftmaschinen, bei denen die Schichtladung durch zeitlich genau bemessene Einspritzung des Kraftstoffes
in einen in dem Brennraum ausgebildeten Luftwirbel angestrebt wird, sind auch Konstruktionen von Schichtladungs-Brennkraftmaschinen
bekannt, bei denen der Brennraum in einen von dem Kolben begrenzten Hauptbrennraum und eine
ait dem Hauptbrennraum in Verbindung stehende Vorkammer unterteilt ist. Dabei weist die Vorkammer die beispielsweise
in Form einer Zündkerze vorliegende Zündvorrichtung sowie die Kraftstoff-Zuführeinrichtung auf, die entweder
durch eine Kraftstoffeinspritzdüse oder durch ein besonderes, zusätzliches Hilfs-Einlaßventil gebildet wird, über
das der Vorkammer ein beispielsweise von einem.Vergaser aufbereitetes, kraftstoffreiches Gemisch zugeführt wird.
Die Vorkammer ist dabei mit dem Hauptbrennraum durch einen
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Verbindungskanal verbunden, so daß nach der Zündung des in der Vorkammer vorhandenen, kraftstoffreichen. Ladungsteils
eine Flammenfront zur Verbrennung der restlichen, je nach Last kraftstoffarmen Zylinderladung in den Hauptbrennraum
übertreten kann, wodurch sich eine Verbrennung.mit herabgesetzten
Verbrennungs-Spitzentemperatüren einstellt.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Bauart OS 2 327 703 - 46a, I9-IO) wird die Vorkammer durch einen
dünnwandigen, topfförmigen Einsatz gebildet, der in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes mit Abstand zu den umgehenden
Wänden angeordnet ist. Dabei ist die den Einsatz aufnehmende Ausnehmung in dem Zylinderkopf nach ohen hin, d.h.
zu der dem Hauptbrennraum angewendeten Seite hin, geöffnet und gleichzeitig zur Aufnahme eines Ventilsitzes für das das
kraftstoffrpiche Gemisch zuführende Hilfs-Einlaßventil· ausgebildet.
Auch der die Vorkammer einschließende, topfformige Einsatz ist von oben her in den Zylinderkopf eingesetzt
und im Bereich des Ventilsitzes gehalten. An dem dem Hauptbrennraum zugewandten Ende weist der Einsatz dann eine
mit dem VerMndungskanal korrespondierende Durchtrittsöffnung auf.
Der dünnwandige Vorkammer-Einsatz dient dabei dem Zweck, den Betrieb der Brennkraftmaschine beim Kaltstart und in
der Warmlaufphase zu erleichtern, indem er durch seine verhältnismäßig
geringe Masse eine schnelle Aufheizung der Vorkammer ermöglicht. Dadurch wird eine Kondensation der in
dem vergleichsweise fetten Gemisch vorhandenen Kraftstoffbestandteile an den Brennraumwänden weitgehend vermieden
und durch eine "bessere Gemischaufbereitung die Voraussetzung für eine einwandfreie Zündung und gute Verbrennung des Kraftr
stoff-Luftgemisches geschaffen.
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Setzung für eine einwandfreie Zündung und gute Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches geschaffen.
Andererseits darf eine derartige Vorkammer auch bei Volllast der Brennkraftmaschine nicht zu heiß werden, da dann
die Gefahr von Glühzündungen entsteht, die einen geregelten Verbrennungsablauf entscheidend stören können. Bei der
bekannten Ausführung einer schichtgeladenen Brennkraftmaschine
wird versucht, dieser Gefahr dadurch aus. dem Wege zu gehen, daß der Vorkammereinsatz derart in die Ausnehmung
des Zylinderkopfes eingesetzt ist, daß er nur bei niedrigen Wandtemperaturen, d.h. während des Kaltstarts und
in der Warmlaufphase, einen Abstand zu den umgebenden Wänden
des Zylinderkopfes einhält, während er sich infolge Wärmeausdehnung bei höheren Temperaturen, d.h. bei betriebswarmer
Brennkraftmaschine, an die Zylinderkopfwände anlegt. Dadurch soll die insbesondere im Bereich des Verbindungskanals
zum Hauptbrennraum entstehende große Wärmemenge schnell an die umgebenden Zylinderwände abgeführt werden, so daß
der Vorkammereinsatz auch in diesem Bereich zulässige Temperaturwerte nicht überschreitet. Nun ist jedoch zu befürchten,
daß die insbesondere während der Warmlaufphase, d.h.
bei noch-nicht betriebswarmem Motor entstehenden Verbrennungsrückstände,
wie Ruß und dergleichen, sich in dem Zwischenraum zwischen dem Einsatz und der Zylinderkopfwand absetzen
und bei längerer Betriebszeit der Brennkraftmaschine diesen Zwischenraum vollständig zusetzen. In diesem Fall wird
durch die festen Ablagerungen eine Wärmedehnung des Einsatzes und insbesondere sein Anlegen an die Zylinderkopfwände
weitgehend verhindert, so daß eine Abfuhr der bei der Verbrennung in der Vorkammer entstehenden Wärme von dem Einsatz
auf den Zylinderkopf im wesentlichen nur noch über die Sitz-
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flächen des Einsatzes im Bereich des Hilfs-Einlaßventils
übertragen werden können, da die sich in dem Zwischenraum zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopf ablagernden Verbrennungsrückstände
schlechte Wärmeleiter sind, also isolierend wirken. Die Wärmeabfuhr über dem Haltesitz des Einsatzes
kann jedoch auch dann nicht ausreichend sein, wenn das Material des Yorkammereinsatzes eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist, insbesondere weil der mit den höchsten Temperaturen beaufschlagte Bereich des Einsatzes, nämlich
der in der Nähe der Überströmöffnung zum Hauptbrennraum, sich gerade an dem vom Haltesitz aus gesehen entlegensten
Ende des Einsatzes befindet. Das "Überschreiten zulässiger ü?emperaturwerte des Einsatzes bei höheren Lastzuständen
der Brennkraftmaschine und dadurch verursachte Glühzündungen können also bei der.bekannten Ausführung nicht mit Sicherheit
vermieden werden, insbesondere dann nicht, wenn anstelle des Hilfs-Einlaßventils nur eine Kraftstoffeinspritzdüse
vorgesehen ist, da in diesem Pail auch noch die durch
die gesonderte Gemischzuführung zur Vorkammer durch das Bilfs-Einlaßventil erreichte Kühlung der Einsatzwände wegfällt. ·
Die der- Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher
darin, bei einer mit ladungsschichtung betriebenen, fremdgezündeten Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Bauart
außer einer schnellen Aufheizung der durch einen Einsatz gebildeten Vorkammer während des Kaltstarts und in
der Warmlaufphase auch eine wirkungsvolle Wärmeabfuhr im
Bereich von höheren Lasten der Brennkraftmaschine sicherzustellen, damit die Gefahr von Glühzündungen weitgehend
ausgeschlossen werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung da-
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durch, daß der Vorkammereinsatz mittels eines den Yerbindungskanal
aufweisenden, ringförmigen Halsstückes in der zum Hauptbrennraum hin offenen Ausnehmung des Zylinderkopfes
gehalten ist. Im Gegensatz zu der bekannten Brennkraftmasehinenausführung'
ist also die den Yorkammereinsatz aufnehmende Ausnehmung des Zylinderkopfes zum Haupfbrennraum
hin geöffnet, so daß der Yorkammereinsatz auch von dieser Seite her eingesetzt und mit Hilfe eines den Verbindungakanal
bildenden, ringförmigen Halsstückes gehalten wird. Der den Hauptteil der Wärmeabfuhr von dem Einsatz auf den
Zylinderkopf übernehmende Haltesitz befindet sich also bei
der erfindungsgemäßen Ausführung schon in dem Bereich des Yerbindungskanals, in dem die größten Temperaturen auftreten.
Durch kurze Wege ergibt sich damit eine schnelle und wirkungsvolle Wärmeabfuhr, so daß die Wandtemperaturen des
Yarkammereinsatzes bei entsprechender Abstimmung der wärmeübertragenden
Flächen des Haltesitzes für alle Lastbereiche der.Brennkraftmaschine innerhalb zulässiger Grenzen gehalten
werden können.
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll
das ringförmige Halsstück auf einem ersten, radial inneren zylindrischen Absatz den topfförmigen Yorkammereinsatz tragen
und mit einem zweiten, radial äußeren Absatz in einer Bohrung des Zylinderkopfes befestigt sein. TJm dabei den Wärmefluß
von dem Yorkammereinsatz auf das Halsstück und von dort
auf den Zylinderkopf den Anforderungen entsprechend abzustimmen, können die zylindrischen Absätze des Halsstückes auch
nur jeweils zonenweise mit dem Zylinderkopf bzw. dem topfförmigen Einsatz in Berührung stehen. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß die zylindrischen Absätze des Halsstückes eingedrehte Rillen aufweisen.
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Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die
das- in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt
durch einen Teil des Zylinderkopfes einer mit einem geteilten Brennraum ausgeführten Brennkraftmaschine in schematischer
Barstellungsweise. Dabei ist mit 1 der Zylinderkopf, mit 2 der von diesem über dem Kolben gebildete Hauptbrennraum
und mit 3 eine zum Hauptbrennraum hin offene, eine Vorkammer 6 aufnehmende Ausnehmung im Zylinderkopf 1 bezeichnet.
Die Vorkammer 6 wird durch einen dünnwandigen, topfförmigen Einsatz 5 gebildet, der mittels eines ringförmigen
Halsstückes 4 mit Abstand zu den umgebenden Wänden der Ausnehmung 3 gehalten ist. 11 und 13 stellen an dem
topfförmigen Einsatz 5 vorgesehene Durchgangsöffnungen dar,
durch die eine in der Aufnahmebohrung 12 einzusetzende Kraftstoffeinspritzdüse bzw. eine in die Aufnahmebohrung 14 einzuschraubende
Zündkerze in die Vorkammer 6 hineinragt.
Das Halsstück 4 weist zur Verbindung des Hauptbrennraums 2
mit der Vorkammer 6 einen in dem hier gezeigten Beispiel exzentrischen Kanal 7 auf, dessen Ein- und Auslauf gut abgerundet
sind. Der topfförmige Einsatz 5 ist auf einem radial
inneren, zylindrischen Absatz 10 des Halsstückes 4 gehalten,
während das Halsstück 4 seinerseits mit einem zweiten, radial äußeren zylindrischen Absatz 9 in einer Bohrung 8 der
Ausnehmung 3 befestigt ist. Die zylindrischen Absätze 9 ήβ-&
10 des Halsstückes 4 weisen eingedrehte Rillen 15 auf, durch
die die Größe der miteinander in Berührung stehenden !Flächen zwischen dem Halsstück 4 einerseits und dem Einsatz 5 bzw.
dem Zylinderkopf 1 andererseits zur Steuerung des Wärmeflusses abgestimmt werden kann. Dieser Wärmefluß von dem Einsatz
zu dem Halsstück 4 und von dort zu dem Zylinderkopf 1 muß da-
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bei so eingestellt sein, daß beim Kaltstart und in der Warmlaufphase
der Verbrennungskraftmaschine der die Vorkammer bildende Einsatz 5 sich schnell aufheizt, so daß auch während
dieser kritischen Betriebszustände der in die Vorkammer eingespritzte
Brennstoff schnell verdampfen kann und sich eine gute Gemischaufbereitung einstellt. Bei höherer Motorbelastung
soll dagegen die Wärmeabfuhr so groß sein, daß die Wandtemperaturen des Einsatzes 5 und des Halsstückes 4 innerhalb
eines zulässigen Temperaturbereiches liegen, in dem Glühzündungen nicht zu erwarten sind. Diese gegensätzlichen Forderungen
können dadurch zumindest in gewünschtem Umfang erfüllt werden, indem der dünnwandige, die Vorkammer bildende Einsatz
mit Abstand zu den umgebenden Wänden der Ausnehmung 3 des Zylinderkopfes
1 angeordnet ist und aus einem Material mit geringer spezifischer Wärme und guter Wärmeleitfähigkeit besteht
und indem andererseits die den Hauptteil der Wärmeabfuhr übernehmende Halterung des Einsatzes im Bereich der höchsten auftretenden
Temperaturen durch das den Verbindungskanal aufweisende Halsstück 4 gebildet wird. Die exzentrische Anordnung
des Verbindungskanals 7 in dem Halsstück 4 trägt ebenso wie
der abgerundete Ein- und Auslauf des Kanals 7 ΖΛΧ einem günstigen
Strömungsverlauf während des Verdichtungstaktes bzw. während
der_in der Vorkammer 6 eingeleiteten Verbrennung der gesamten Zylinderladung bei.
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Claims (1)
- 2417909ANSPRÜCHEMit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine, in deren Zylinderkopf ein Hauptbrennraum und eine über einen Verbindungskanal mit diesem in Verbindung stehende, eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung und eine Zündvorrichtung aufweisende Vorkammer vorgesehen « sind, wobei die Vorkammer durch einen dünnwandigen, topfförmigen Einsatz gebildet wird, der in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes mit Abstand zu den umgebenden Wänden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vorkammer (6) bildende Einsatz (5) mittels eines den Verbindungskanal (7) aufweisenden, ringförmigen Halsstükkes (4) in der zum Hauptbrennraum (2) hin offenen Ausnehmung (3) des Zylinderkopfes (1) gehalten ist.Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Ealsstück (4) auf einem ersten, radial inneren zylindrischen Absatz (ίο) den topfförmigen Vorkammereinsatz (5) trägt und mit einem zweiten radial äußeren zylindrischen Absatz (9) in einer Bohrung (8) des Zylinderkopfes (1) befestigt ist.3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die zylindrischen Absätze {$, 10) des Halsstük kes (4) nur jeweils zonenweise mit dem Zylinderkopf (1) bzw. dem topfförmigen Einsatz (5) in Berührung stehen.4· Brennkraftmaschine nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Absätze (9, 10) des Halsstükkes (4) eingedrehte Rillen (I5) aufweisen.509839/0 0 775· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Zuführeinrichtung und die Zündvorrichtung· durch in dem Einsatz (5)
vorgesehene Öffnungen (11, 13) in die Brennkammer (6)
hineinragen.6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ^adurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (7) einen abgerundeten Ein- und Auslauf aufweist.7· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (7) exzentrisch.in dem Halsstück (4) angeordnet ist.509839/0077
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2411909A DE2411909C2 (de) | 1974-03-13 | 1974-03-13 | Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine |
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DE2411909A DE2411909C2 (de) | 1974-03-13 | 1974-03-13 | Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine |
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Family
ID=5909875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2411909A Expired DE2411909C2 (de) | 1974-03-13 | 1974-03-13 | Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine |
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---|---|
DE (1) | DE2411909C2 (de) |
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