DE2510556A1

DE2510556A1 - Vorkammer-verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2510556A1
Application number: DE19752510556
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Rivere
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1975-09-25
Also published as: FR2264181A1; FR2264181B1; US3989015A; DE2510556B2; IT1030306B; JPS50142911A; JPS5227283B2; SU674685A3; GB1476873A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Roger

7300 Esslingen (Neckar), FabrikstraBe 24, Postfach 348 11. März 1975 _Ttlgfon

PA 14 beSChO Stuttgart (0711)3S6S39

35 9619 Telex 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 8-10 Avenue Emile Zola, 92109 Boulogne-Billancourt_f Frankreich

Vorkammer-Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Vorkammer-Verbrennungsmotor
mit innerer Verbrennung, insbesondere mit Ladungsschichtung.

Solche Vorkammer-Verbrennungsmotoren mit Ladungsschichtung sind entwickelt worden, um die von den herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung verursachte Umweltverschmutzung zu verringern. In ihnen wird die Vorkammer mit einem angereicherten Kraftstoff-Luftgemisch
und die herkömmliche Brennkammer mit einem sehr armen
Kraftstoff-Luftgemisch gefüllt. Das "reiche" Gemisch in
der Vorkammer wird mit den herkömmlichen Einrichtungen
gezündet, d.h. mit einer Zündkerze, einer Zündspule und
einem nockengesteuerten Unterbrecher in einem Zündverteiler. Eine oder mehrere die Vorkammer mit der Brennkammer verbindende öffnungen ermöglichen es der in der Vorkammer entstandenen Flammenfront, in die Brennkammer zu gelangen und das dort vorhandene "arme" Gemisch zu entzünden.

Die Luftzuführung für die Vorkammer erfolgt bei den bekannten Verbrennungsmotoren der obengenannten Art mittels herkömmlicher Einrichtungen: einem Ventil (das einen in
die obere Vorkammerwand eingesetzten Ventilsitz erforderlich

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macht), eine Ventilführung, einen Schwing- oder Kipphebel für den Antrieb des Ventils und einen Steuernocken für den Schwing- oder Kipphebel. Es sind somit für jede einzelne Brennkammer drei Ventile, drei Schwing- oder Kipphebel und drei Steuernocken erforderlich. Solche Zuführeinrichtungen haben aber einen großen Platzbedarf und es ist äußerst schwierig, sie in dem Zylinderkopf des Motors unterzubringen, insbesondere wenn es sich dabei um schon hergestellte, serienmäßige Verbrennungsmotoren handelt, die nicht mit einer Vorkammer versehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gemischzuführung zur Vorkammer zu vereinfachen und die dazu erforderlichen Einrichtungen so auszubilden, daß der erforderliche Platzbedarf möglichst stark herabgesetzt und daß ihre Herstellung möglichst vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Vorkammer-Verbrennungsmotor einen in die Nockenwellenlagerung integrierten Drehverteiler aufweist, durch welchen der Vorkammer ein angereichertes Kraftstoffgemisch zuführbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Vorkammer-Verbrennungsmotors ist dessen Brennkammer durch eine mit einem ebenen Ventilsitz zusammenwirkende biegsame Lamelle verschließbar und das Kraftstoffgemisch durch, die Öffnungsrichtung dieser Lamelle in Richtung auf die Zündkerze lenkbar. In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die öffnung des aus dem Ventilsitz und der Lamelle gebildeten Ventils durch die Saugwirkung des Motors beim Ansaugtakt und/oder durch die Einwirkung eines Nockens, den die Nockenwelle in der Mitte einer im Bereich ihrer

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Lagerlaufflächen vorgesehenen Aussparung aufweist. Das angereicherte Kraftstoff-Luftgemisch sammelt sich dabei vorzugsweise in einem die Nockenwelle umgebenden Bereich an und wird durch einen in diesem Bereich auf der Nockenwelle angeordneten Steuernocken, über dessen Stirnflächen es strömt, verteilt. Der genannte Strömungsbereich ist durch auf den Lagerlaufflächen der Nockenwellenlagerung vorgesehene Auffangnuten und durch Lippendichtungen oder Dichtringe gegen den Zutritt des die Nockenwellenlagerung schmierenden Öls geschützt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen 4 bis 8 gekennzeichnet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung in einer geschnittenen Teilansicht des Zylinderkopfes, entsprechend der Schnittlinie I-I von Fig. 2,

Fig. 2 den Verbrennungsmotor nach Fig. 1, in einer Schnittansicht entsprechend der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 den Ventilsitz des Verbrennungsmotors nach Fig. 1 in der Draufsicht,

Fig. 4 eine zusammen mit dem Ventilsitz nach Fig. 3 ein Vorkammerventil des Verbrennungsmotors nach Fig. 1 ergebende Ventillamelle, in der Draufsicht,

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel einer solchen Ventillamelle, in der Draufsicht und

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Fig. 6 die Ventillamelle nach Fig. 5, in einer Schnittansicht entsprechend der Linie VI-VI von Fig. 5.

Das Einführen und Verteilen des angereicherten Gemisches in der Vorkammer wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich, durch die im folgenden beschriebenen Teile gewährleistet.

Ein in der Vorkammer des Verbrennungsmotors angeordnetes Ventil besteht aus einer biegsamen Lamelle 1 und aus einem zugeordneten Ventilsitz 2, von denen ein Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist. Die Berührungsflächen der Ventillamelle 1 und des Ventilsitzes 2 sind so eben und glatt ausgebildet, daß sie in geschlossenem Zustand die erforderliche Dichtwirkung gewährleisten.

Das öffnen der Ventillamelle 1 wird einerseits durch die herkömmliche Saugwirkung des Motorzylinders während des Ansaugtaktes und andererseits durch einen Nocken 3 gesteuert, der aus einer Abflachung 13 der Nockenwelle 7 herausragt. Die Abflachung 13 schneidet die ansonsten zylindrische Grundfläche einer Aussparung oder Ringnut 6 der Nockenwelle 7 ab, welche einen Strömungs- oder Einlaßschlitz für das Gasgemisch bildet (vgl. Fig. 1 und 2).

Der Strömungsschlitz 6, der die Vorkammer 4 mit dem zugeordneten Einlaßkanal 5 verbindet, ist erfindungsgemäß in eine L&f er lauf fläche II aiaes ilosker^ölienlagers Integriert, d.h. ®t ist in die L»ferlaufflachs II der Nockenwelle 7 eingearbeitet. Dies« Anordnung ist iüscaacnäere deshalb sehr vorteilhaft, weil dar in dar £:a£sparing 6 des Ncckenwellenumfangs angaeaamelhe Kraftstoff auaätalieh su dem Ansaugtakt noch einen Zeitraum von etwa ainer 3/4-Nockenwellenumdrehung zur Verfügung hat, iim zu verdampfen und damit die Aufbereitung des Kraftstoffgemisches au verbessern.

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Die erfindungsgemäße Ausbildung weist außerdem noch folgende Vorteile auf:

Bei der in Fig. 1 durch einen Pfeil 8 angedeuteten Drehrichtung der Nockenwelle 7 führt der asymmetrische Strömungsschlitz 6 eine Spülbewegung aus, durch die die Geschwindigkeit der eingelassenen Luft gegen das Ende der Schließzeit des Strömungsschlitzes 6 hin zunimmt.

Durch die Richtung, in der sich die Ventillamelle 1 öffnet, wird das vergaste Kraftstoffgemisch auf die Zündkerze 9 gelenkt. Um allerdings ein Ertränken der Zündkerze 9 zu verhindern, ist ein Rand oder Vorsprung IO vorgesehen, der ein Auftreffen flüssigen Kraftstoffs auf die Zündkerze 9 verhindert. Der Rand 10 entspricht einem herkömmlichen Schutz der Zündkerze gegen Verschmutzung durch Kraftstoffablagerungen .

Die obengenannten Merkmale haben zur Folge, daß Ungleichmäßigkeiten der Anreicherung des in der Vorkammer enthaltenen Kraftstoffgemischs verringert und demzufolge nicht verbrannte Kohlenwasserstoffanteile in den Auspuffgasen herabgesetzt werden.

Da die Nockenwellenlager einwandfrei geschmiert werden müssen, ist es erforderlich, den Lagerlaufflächen 11 Drucköl zuzuführen. Andererseits muß jede Verbindung zwischen dem ölkreislauf und den Einlaßkanälen 5 und 6 unterbunden werden, damit sich einerseits der Kraftstoff nicht mit dem Schmieröl vermischen und andererseits kein Schmieröl in die Einlaßkanäle 5 und 6 gelangen kann. Nach der Erfindung sind deshalb zwei Auffangnuten 12 vorgesehen, durch die das dan Lagerlaufflächen 11 des Kockenwelienlagers unter überdruck zugeführte Schmieröl unter

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Atmosphärendruck in den Motor abfließen kann und damit nicht in die Einlaßkanäle 5 und 6 gelangt. In dem unteren Bereich des Gehäuses des Nockenwellenlagers ist eine Abflußöffnung vorgesehen, durch die das Schmieröl in die* ölwanne des Motors gelangen kann.

Die Auffangnuten 12 sind durch Dichtungen 19 gegen die Einlaßkanäle 5 und 6 abgedichtet. Die Dichtungen 19 können dabei als Lippendichtungen ausgebildet sein und denen entsprechen, die üblicherweise an der Abtriebsseite der Kurbelwelle angeordnet sind. Die Abdichtung kann aber auch, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit metallischen Dichtringen 19 erfolgen, die in Ringnuten 18 aufgenommen sind, die die Lagerlaufflächen 11 aufweisen. Die Dichtfinge 19 werden dabei eng an dem Lager anliegend montiert und sie sind in der jeweiligen Nut 18 des Nockenwellenlagerzapfens mit engem seitlichen Spiel geführt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Elemente des Nockenwellenlagers einteilig ausgeführt v/erden können, während sie bei Verwendung von Lippendichtungen, ähnlich wie die Kurbelwellenlager, zweigeteilt ausgeführt werden müssen.

Um einen zu großen Abstand zwischen den beiden den ungeschmierten Teil des Nockenwellenlagers begrenzenden Dichtringen 19 zu verhindern, können, wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, die äußeren Anlageflächen für die Dichtringe 19 teilweise 4urch die Bohrung des Nockenwellenlagers und teilweise durch in dem Oberteil des Ventilsitzes 2 eingedrehte zylindrische Absätze 20 gebildet v/erden.

Um den Durchtritt des über die zylindrischen Lagerlaufflächen 11 hinausragenden Teils des Nockens 3 zu ermöglichen, weist der Zylinderkopf eine den Nocken 3 umgebende Ringnut 21 auf, die sich in zwei Aus-fräsungen 22 in dsm oberen

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Teil des Ventilsitzes 2 fortsetzt.

Die Ventillamelle 1 weist zwei Nasen 23 auf, welche in zwei in den Ventilsitz 2 eingearbeitete Ausnehmungen 24 gleicher Dicke und gleicher Gestalt eingebettet sind. Die Ventillamelle 1 ist dabei unter Vorspannung gegen eine federnde Scheibe 25 gedrückt, die auf dem Boden einer Aussparung 26 in dem Zylinderkopf anliegt, in welcher der Ventilsitz 2 aufgenommen ist.

Der in die Aussparung 26 eingelassene Ventilsitz 2 wird durch einen in 2 Ringnuten 28 und 29 eingreifenden Sicherungsring 27 in einer Stellung gehalten, in der er gegen den Federring 25 gedrückt ist. Die Anordnung ist so gewählt, daß das seitliche Spiel des Sicherungsrings 27 in der Ringnut 28 des Ventilsitzes 2 und in der Ringnut 29 des Zylinderkopfes kleiner ist als das Montagespiel des Ventilsitzes 2 gegenüber den seitlichen Dichtflächen der Nockenwelle 7. Dadurch wird verhindert, daß der Druck der Verbrennungsgase in der Brennkammer 17 auf die Nockenwelle 7 einwirkt. Der Verbrennungsdruck wird von dem auf Scherkraft beanspruchten Sicherungsring 27 aufgenommen.

Der Ventilsitz 2 ist vorzugsweise aus poröser Sinterbron2e hergestellt und er kann bei der oben beschriebenen Anordnung nicht demontiert werden. Ee handelt »ich bei ihn um ein billiges Ersatzteil, das, wenn *b ausgetauscht werden muß, zerstört wird. Durch einen kräftigen Schlag auf den Ventilsitz 2, der bei abgenommenem Zylinderkopf durch die Durchtrittsöffnung der Vorkammer hindurch geführt werden kann, bricht der die Ringnut 28 umschließende Rand im Bereich des Ringnutfußes aus, wonach der Ventilsitz 2 aus der Aussparung 26 herausfällt. Danach wird der Sicherungsring wie ein Sprengring aus der äußeren Ringnut 29 entfernt.

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Als Werkstoff für den Ventilsitz 2 wird eine gesinterte Legierung gewählt, die einerseits die beschriebene Zerstörung durch Schlag ermöglicht, die andererseits aber widerstandsfähig genug ist, um dem v/eniger schlagartig sich ausbreitenden und gleichmäßiger verteilten Verbrennungsgasdruck in dem Zylinder standzuhalten.

Bei dem aus den Fig. 5 und 6 ersichtlichen abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Ventillamelle 1 zusammen mit dem federnden Ring 25 aus einem Stück ausgestanzt und gezogen. Die beiden miteinander verbundenen Teile erfüllen alle oben erwähnten Aufgaben in gleicher Weise und sie sind wirtschaftlicher herzustellen als die getrennten Einzelteile 1 und 25, da die Ausnehmung 24 des Ventilsitzes 2, in die die Ventillamelle 1 mit ihren Nasen 23 eingesetzt wird, hierbei überflüssig ist und die untere Stirnfläche des Ventilsitzes 2 vollkommen eben ausgeführt werden kann.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Drehverteiler 3,6 für das der Vorkammer 4 zuzuführende Kraftstoffgemisch verhindert genau die direkten Verbindungen zwischen den Einlaßkanälen 5 und den Auslaßkanälen, die bei Verbrennungsmotoren mit einem einzigen Drehverteiler vorkommen und er vermeidet infolgedessen auch die Gefahr einer Umweltverschmutzung durch nicht verbrannte Kohlenwasserstoffanteile in den Abgasen, die eich bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit einem einsigen Drehverteiler aus der Möglichkeit d#i direkten BrennstoffÜbertritts ±n aim AusXaßkanäle ergibt.

Außerdem isoliert die Ventillamelle 1 die Brennkammer thermisch gegenüber der Nockenwelle und es ergeben sich somit keine Probleme für die Nockenwellenkühlung,, wie sie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren auftreten. Bas Ventil 1,2 selbst,

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das ja über wesentlich kürzere Zeiträume aufgeheizt als während des Gemischeinlasses abgekühlt wird, wird thermisch nicht sehr beansprucht. Aufgrund der Druck- und Temperaturspitzen während des Verbrennungsvorgangs kann die Ventillamelle 1 kurzfristig verformt werden und eine konkave Form annehmen, wobei sie mit ihrem oberen mittleren Bereich an der Nockenwelle 7 zum Anliegen kommen kann. Bei diesem Anliegen bewirkt die vergleichsweise große Masse der Nockenwelle ein Abkühlen der Ventillamelle in ihrem heißesten Bereich und außerdem dient sie ihr als zusätzliche Stütze zur Aufnahme des Verbrennungsdrucks..

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, eine relativ dünne Ventillamelle zu verwenden, die der Durchbiegung keinen großen Widerstand entgegensetzt. Damit wird beim Auslenken der Ventillamelle 1 durch den Nocken der Reibungswiderstand herabgesetzt und der Wirkungsgrad verbessert.

Der Nocken 3 ist vorteilhafterweise auf der Nockenwelle befestigt und aus einem Werkstoff mit kleinem Reibungskoeffizienten und guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus einer gegebenenfalls porösen Bronze, hergestellt.

Die Kühlung der Vorkammer 4 erfolgt durch Kanäle 15, durch die das Kühlwasser hindurchströmt. Eine öffnung 16 verbindet die Vorkammer mit der Hauptbrennkammer 17.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Iy Vorkammer-Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, insbesondere mit Ladungsschichtung, dadurch gekennzeichnet , daß er einen in die Npckenwellenlagerung (11) integrierten Drehverteiler (3_f6) aufweist, durch welchen der Vorkammer (4) ein angereichertes Kraftstoffgemisch zuführbar ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß seine Brennkammer (4,17) durch eine mit einem ebenen Ventilsitz (2) zusammenwirkende biegsame Ventillamelle (I) verschließbar ist und daß das Kraftstoff gemisch durch die Öffnungsrichtung aer Lamelle (4) in Richtung auf die Zündkerze (9) lenkbar ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des aus dem Ventilsits (2) und der Ventillamelle (1) gebildeten Ventils (1,2) durch die Saugwirkung des Motors beiK Ansaugtakt und/oder durch die Einwirkung eines Nockens (3) erfolgt, den die Nockenwelle in der Mitte einer im Bereich ihrer Lagerlaufflächen (11} vorgesehenen Aussparung (6) aufweist»
4. Verbrennungsmotor «ach einem eier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß die fSockenwells '.!]■ im Bereich ihrer Lagerlauffischen ClI/ eine dursh eius Zy linder fläche mit kleinerem Durchmesser als ε-is Lagerlauffläche (Ii) begrenzte asymmetrische Aussparung (S) und eine zwischen dem Einlaßkanal (5) und der Vorkammer (f,

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- il -

eine Verbindung ergebende Abflachung (13) aufweist, deren Drehrichtung auf das einströmende Gasgemisch eine Spülwirkung ausübt; daß die Lagerlaufflächen (11) der Nockenwelle (7) mit zwei Auffangnuten (12) für das die Nockenwellerlager schmierende öl und mit zwei zylindrischen Nuten (18) für die Aufnahme von die Einlaßkariäle (5,6) gegen die Auffangnuten (12) abdichtenden Lippendichtungen oder metallischen Dichtringen (19) versehen sind und daß in der Mitte der Abflachung (13) ein herausragender Steuernocken (3) für die Ventillamelle (1) angeordnet ist.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (19) teilweise an der Bohrung des Nockenwellenlagers und teilweise an in den Ventilsitz (2) eingedrehten Absätzen (20) anliegen und daß die Bohrung des Nockenwellenlagers und der Ventilsitz (2) eine Ringnut (21,22) für den Durchtritt des hervorstehenden Teiles des Nockens (3) aufweisen.
6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (2) in einer zylindrischen Aussparung (26) in dem Zylinderkopf aufgenommen und durch einön in eine Nut (28) an dem Ventilsitz (2) und in eine Nut (29) an der Aussparung (26) eingreifenden Sicherungsring (27) in seiner Lage dauerhaft verankert ist und daß dabei zwischen dem Unterteil des Ventilsitzes (2) und einem auf dem Boden der Aussparung

(26) aufliegenden Federring (25) die Ventillamelle U) eingespannt ist.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (25) und die Ventillamelle (1) einstückig ausgebildet sind.

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8. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Vorkammer (4) auch die Hauptbrennkammer (17) ein Einlaßventil in Gestalt einer mit einem ebenen Ventilsitz (2) zusammenwirkenden biegsamen Ventillamelle (1) aufweist, während das Auslaßventil von herkömmlicher Bauart ist.

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