DE2800481A1

DE2800481A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2800481A1
Application number: DE19782800481
Authority: DE
Inventors: Sumio Ito; Hidetaka Nohira; Hisashi Ohki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4191135A; JPS5449404A; JPS59687B2

Description

Brennkraftmaschine

Gegenwärtig konzentrieren sich die Entwicklungen an Brennkraftmaschinen auf die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Herabsetzung der Schadetoffanteile in den Abgasen. Als wirkungsvolles Verfahren zum Reduzieren der Schadstoffanteile in den Abgasen, d.h. der Anteile von HC, CO und NO , ist die Verwendung magerer Luft-Kraftstoffgemische bekannt« Es ist weiterhin bekannt, den NO -Anteil im Abgas durch Rezirkulieren der Abgase in das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine herabzusetzen· In beiden Fällen besteht jedoch das Problem, daß aufgrund der sich in solchen Gemischen niedrigen Flammfortpflanzungsgeschwindigkeit die Verbrennungsgeschwindigkeit gering ist und man keinen hohen thermischen Wirkungsgrad erhält. Die Folge davon ist eine unbefriedigende Leistung der Maschine. Xm Falle, daß magere Luft-Kraftstoffgemische oder Gemische mit rezirkulierten Abgasanteilen verwendet werden, ist es daher am bedeutsamsten, zur Vergrößerung des thermischen Wirkungsgrades der Haschine die Flammfortpflanzungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Als Lösungen dieses Problems sind drei verschiedene Methoden vorgeschlagen worden.

Bei der ersten Methode wird eine Wirbelbewegung brennbaren Gasgemischs in der Brennkammer durch brennbares Gemisch hervorgerufen, welches durch den Einlaßkanal in die Brennkammer einfließt.

Als zweite Methode wird eine Turbulenz in der Brennkammer durch Herausquetschen eines Gemischanteils aus einem Spalt zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben empfohlen.

Als dritte Methode wird eine Wirbelbewegung im in der Brennkammer befindlichen brennbaren Gasgemisch mit Hilfe von Luft

909813/0627

hervorgerufen) die aus der Umgebungsatmosphäre durch ein Hilfeeinlaßventil hindurch aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Unterdruck in der Brennkammer während des Ansäugtaktes angesaugt wird·

Bei der ersten Methode wird die während des Einlaßtaktes erzeugte Wirbelbewegung am Ende des Verdichtungstaktes sehr schwach« Bei der zweiten Methode entsteht die Turbulenz erst, wenn der Kolben in den Bereich des oberen Totpunktes gelangt. Die Turbulenz läßt sehr schnell nach, weil einer Turbulenz keine so große kinetische Energie innevohnt, wie einem Virbel. Bei der dritten Methode ist der Unterdruck in der Brennkammer am Ende des Verdichtungstaktes bei starker Belastung der Maschine nur klein. Da dann auch die Geschwindigkeit der in die Brennkammer durch das Hilfeeinlaßventil strömenden Luft nur gering ist, ist es schwierig, durch sie in der Brennkammer einen ¥irbel hervorzurufen. Außerdem wird ein solcher Virbel bis zum Ende des Verdichtungstaktes wieder sehr schwach· Vie ersichtlich, ist es bei allen drei Methoden sehr schwierig, in der Brennkammer einen starken Virbel hervorzurufen, der während des Verdichtungstaktes aufrechterhalten bleibt«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, bei welcher durch Hervorrufen eines starken Virbels in der Brennkammer unabhängig vom Belastungszustand der Maschine, der während des Verdichtungstaktes aufrechterhalten bleibt, die Flammfortpflanzungsgeschwindigkeit stark gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Veiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche·

909813/0627

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an bevorzugten Aueführungsbeispielen näher erläutert werden. Bs zeigt}

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf den Zylinderkopf von Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt längs der Linie III-III von Fig. 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Öffnungszeit des Ventils an der Sammelkammer in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Öffnungszeit des Ventils an der Sammelkammer und einem speziellen Kraftstoffverbrauch;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Ansicht des Zylinderkopfes von Fig. 6 von unten;

Fig. 8 einen Längsschnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 6;

Fig. 9 eine Ansicht von unten eines Zylinderkopfes einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

S09813/0627

Fig. 10 eine Ansicht von unten eines Zylinderkopfes einer vierten Aueführungsform der Erfindung;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine Ansicht von unten des Zylinderkopfes von Fig. 11;

Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 einen Querschnitt längs der Linie XIV-XIV von Fig. 13;

Fig. 15 einen Längsschnitt durch ein siebentes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 16 einen Längsschnitt durch ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 17 eine Ansicht von unten des Zylinderskopfes von Fig. 16, und

Fig. 18 eine Ansicht von unten eines Zylinderkopfes einer neunten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Zylinderblock 1, ein in einer darin ausgebildeten Zylinderbohrung 3 auf und ab beweglicher Kolben 2, ein auf dem Zylinderbleck 1 unter Zwischenlage einer Dichtung 5 befestigter Zylinderkopf k und eine zwischen dem Kolbenboden 2a und der Innenwand 4a des Zylinderkopfes 4 ausgebildete Brennkammer 6 erkennbar« Im Zylinderkopf k sind ein Auslaßventil 7, ein Einlaßventil 8, eine Zündkerze 9 mit einer

909813/0627

Elektrodenstreoke 10 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze 9 nahe dem Scheitel der halbkugelförmigen Brennkammer 6 angeordnet· Vie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sammelkammer 11 im Zylinderkopf k ausgebildet· Ein Verbindungskanal 12 führt vom unteren Ende der Sammelkammer 11 zur Brennkammer 6. Ein Ventil 13 ist beweglich im Zylinderkopf angeordnet und öffnet bzw. schließt den Verbindungskanal 12, Der Ventilkopf lh des Ventils 13 stößt gegen einen Ventilsitz I5 an, der am Zylinderkopf k ausgebildet ist, so daß der Verbindungskanal 12 geschlossen wird, wenn der Ventilkopf 14 auf dem Ventilsitz 15 sitzt. Der Ventilschaft des Ventils 13 ist in einer im Zylinderkopf k ausgebildeten Bohrung 17 geführt und ragt nach oben aus dem Zylinderkopf k heraus. Am freien Ende des Ventilschafts 16 greift ein Nocken 18 an, der von der Kurbelwelle der Maschine so angetrieben wird, daß das Ventil 13 den Verbindungskanal 12 öffnet, wenn sich der Kolben 2 in einem vorbestimmten, nachfolgend noch näher erläuterten Kurbelwinkelbereich befindet.

An der Innenwand 4a des Zylinderkopfes k ist eine von einer horizontalen Wand 19, zwei vertikalen Wänden 20, 21 und einer halbzylindrischen Wand 22 begrenzte Rille 23 ausgebildet. Wie aus den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, ist der Ventilteller Ik des Ventils 13 in dieser Rille 23 angeordnet. Zusätzlich verläuft, wie Fig. 2 zeigt, die halbzylindrische Wand 22 nahe dem Umfang des Ventiltellers Ik, so daß, wenn das Ventil 13 offen ist, das Gas in der Brennkammer 6 in die Sammelkammer 11 durch eine Öffnung einströmt, die zwischen dem Ventilteller 14 und dem Ventilsitz 15 an der in Fig. 2 links gelegenen Seite des Ventils gelegen ist. Auch fließt das Gas aus der Sammelkammer 11 in die Brennkammer durch dieselbe Öffnung. Außerdem ist, wie Fig. 2 zeigt, die Rille 23 so angeordnet, daß sie weitgehend in Umfangsrichtung der Brennkammer 6 verläuft, so daß

909813/0627

das aus der Sammelkammer 11 in die Brennkammer 6 strömende Gas eine in Richtung des Pfeils A verlaufende Wirbelbewegung in der Brennkammer 6 hervorruft.

Fig. 4 zeigt die Öffnungszeit des Einlaßventils 8 und des Ventils 13 an der Sammelkammer 11. In Fig. h steht die Ordinate L für die Anhebung des Ventils und die Abszisse θ für den Kurbelwinkel. Mit den Buchstaben B und C sind die Öffnungszeiten des Einlaßventils 8 bzw. des Ventils 13 bezeichnet. Der Pfeil D zeigt den Zündzeitpunkt an. Aus Fig. h erkennt man, daß das Ventil 13 während des Verdichtungstaktes offen bleibt, in welchem der Kurbelwinkel von einem Punkt, an welchem das Einlaßventil 8 geschlossen ist, bis zu einem Punkt reicht, an welchem die Zündung durch Zündkerze 9 stattfindet.

Im Betrieb wird während des Ansaugtaktes ein mageres Luft-Kraft stoff gemisch oder ein Gemisch mit einem hohen Anteil rezirkulierter Abgase durch das Einlaßventil 8 in die Brennkammer 6 eingeleitet. Danach, wenn das Einlaßventil 8 geschlossen ist und der Kolben 2 die Verdichtung des brennbaren Gemische in der Brennkammer 6 beginnt, wird das Ventil 13 geöffnet. Wie nachfolgend beschrieben wird, befindet sich in der Sammelkammer 11 vom vorherigen Verdichtungstakt ein brennbares Gemisch, welches dort unter hohem Druck steht. Andererseits ist zu Beginn des Verdichtungstaktes der Druck in der Brennkammer 6 niedriger als der atmosphärische Außendruck. Die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Brennkammer 6 und in der Sammelkammer 11 ist daher sehr groß und wenn das Ventil 13 sich öffnet, schießt daher das in der Sammelkammer 11 enthaltene brennbare Gemisch mit großer Geschwindigkeit in die Brennkammer 6. Als Folge davon wird in der Brennkammer 6 ein starker Wirbel A (Fig. 2) hervorgerufen. ¥enn sich der Kolben 2 dann weiter nach oben bewegt, fließt noch immer Gasgemisch aus der Sammelkamraer 11 in die Brennkammer 6, weil der Druck

909813/0627

in der Sammelkammer 11 noch immer höher ist als in der Brennkammer 6. Der ¥irbel in der Brennkammer 6 vird dadurch noch verstärkt« Wenn sich der Kolben 2 dann weiter nach oben bewegt und die Drücke in der Sammelkammer 11 und der Brennkammer 6 gleich geworden sind, dann hört die Gasströmung aus der Sammelkammer 11 auf· Bewegt sich der Kolben 2 nun weiter nach oben, dann wird der Druck in der Brennkammer 6 höher als in der Sammelkammer 11 und brennbares Gasgemisch wird aus der Brennkammer 6 in die Sammelkammer 11 hineingedrückt. Wie zuvor erwähnt, bleibt das Ventil 13 so lange geöffnet, bis der Kolben 2 eine solche Stellung erreicht, die einem Kurbelwinkel nahe demjenigen entspricht, bei welchem die Zündung stattfindet» Der Druck in der Brennkammer 6 ist während des Einfliei ^:.-::. des Gasgemischs in die Sammelkammer 11 etwa gleich dem in der Sammel— kammer und wird sehr groß, wenn der Kolben 2 die Stellung erreicht, bei welcher die Zündung stattfindet. Wenn das Ventil 13 geschlossen ist, bleibt das brennbare Gemisch daher unter hohem Druck in der Sammelkammer 11 gefangen. Dieses brennbare, unter hohem Druck stehende Gemisch wird dann erst im Verdichtungstakt des nachfolgenden Arbeitszyklus der Maschine in die Brennkammer 6 entlassen, um dort auf die zuvor beschriebene Weise einen Wirbel hervorzurufen.

Das brennbare Gemisch in der Brennkammer 6 wird von der Zündkerze 9 unmittelbar nach dem Schließen des Ventils 13 gezündet. Zu diesem Zeitpunkt herrscht in der Brennkammer 6 eine starke Wirbelbewegung. Daher entwickelt sich im brennbaren Gemisch die Flamme sehr schnell und breitet sich auch sehr schnell über den gesamten Raum in der Verbrennungskammer 6 aus, wodurch sich eine sehr große Flammfortpflanzungegeschwindigkeit ergibt.

Wenn die Maschine unter geringer Belastung betrieben wird, dann ist der absolute Druck in der Brennkammer 6 unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils 8 geringer als im Falle, daß

909813/0627

die Maschine unter großer Belastung betrieben wird« Wenn die Maschine unter geringer Belastung läuft, dann ist der absolute Druck in der Brennkammer 6 unmittelbar vor dem Schließen des Ventils 13 geringer als im Falle großer Maschinenbelastung· Wenn die Maschine unter geringer Belastung läuft, ist der absolute Druck des in der Sammelkammer 11 eingeschlossenen brennbaren Gemischs geringer als im Falle, daß die Maschine unter starker Belastung läuft« Das Verhältnis des absoluten Drucks in der Sammelkammer 11 zum absoluten Druck in der Brennkammer 6 unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils 8 bleibt bei jeder Maschinenbelastung dennoch auf einem konstanten, über 2 liegenden Wert. Wenn man daher die Tatsache in Betracht zieht, daß die Geschwindigkeit des aus der Sammelkammer 11 in die Brennkammer 6 schießenden Gases von der Differenz der absoluten Drücke abhängt, dann versteht man, daß man eine starke, sich beinahe mit Schallgeschwindigkeit in die Brennkammer 6 ergießende Gasströmung unabhängig vom Belastungszustand der Maschine stets erhalten kann.

Andererseits wird die Turbulenz in der Brennkammer 6, die von der Kolbenbewegung 2 hervorgerufen wird, mit zunehmender Motordrehzahl größer. Fenn eine außergewöhnlich starke Turbulenz in der Brennkammer 6 von der aus der Sammelkammer 11 herausschießenden Gasströmung bei hoher Maschinendrehzahl hervorgerufen wird, dann taucht ein Problem insofern auf, als der Flammkern, der von der Zündkerze 9 erzeugt wird, ausgelöscht werden kann und eine stabil· Zündung unmöglich wird» Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Flußwiderstand in der Öffnung zwischen dem Ventilteller Ik und dem Ventilsitz 15 groß und außerdem wird die Zeitdauer, während welcher das Ventil 13 offen bleibt, aufgrund der hohen Maschinendrehzahl sehr kurz« Der Anteil brennbaren Gasgemischs, das in die Sammelkammer 11 einfließen kann, wird entsprechend geringer· Deshalb ist auch der Anteil des sich während des nächsten

909813/0627

2800Λ81

Arbeitszyklus in die Brennkammer 6 aus der Sammelkanuner 11 ergießenden Gases bei hoher Maschinendrehzahl vergleichsweise gering. Als Folge davon wird der in der Brennkammer 6 erzeugte Wirbel nur schwach· Aus diesem Grunde ist es möglich, die Gefahr einer instabilen Zündung zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein starker Wirbel hervorgerufen werden kann, wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit niedrig ist, wie es der Fall ist, wenn die Maschine unter geringer Belastung bei niedriger Geschwindigkeit läuft, beispielsweise im Leerlaufbetrieb.

Fig. 5 zeigt einen spezifischen Kraftstoffverbrauch, wenn man die Öffnung- und Schließzeitabstimmung des Ventils 13 ändert. In Fig. 5 gibt die Ordinate Q den spezifischen Kraftstoffverbrauch an und die Abszisse F gibt den Belastungszustand der Maschine an. Die Kurve K steht für den spezifischen Kraftstoffverbrauch bei einer konventionellen Maschine, die keine Sammelkammer aufweist. Mit den Kurven L, M und N sind die spezifischen Kraftstoffverbrauche von erfindungsgemäßen Maschinen aufgetragen, wenn die Zeitabstimmung der Öffnung und Schließung des Ventils 13 gemäß der folgenden Tabelle gewählt ist.

Tabelle Kurbelwinkel

	Öffnungszeitpunkt	Schließzeitpunkt
L	30° nach UT	5° nach OT
M	30° vor UT	6o° vor OT
N	50° nach UT	20° vor OT

909813/0627

Wenn das Ventil 13 5 nach. OT geschlossen wird, wie es Beispiel L der Tabelle angibt, dann tritt, da der Zündzeitpunkt normalerweise vor dem Schließzeitpunkt des Ventils 13 liegt, die Flamme des brennbaren Gemische in die Sammelkaauaer 11 ein· Als Folge davon wird das in der Sammelkammer 11 enthaltene brennbare Gasgemisch verbrannt. Da jedoch die Verbrennung in der Sammelkammer 11 nichts zur Arbeitsleistung am Kolben 2 beiträgt, steigt der spezifische Kraftstoffverbrauch beim Betrieb nach dem Beispiel L an, wie es anschaulich aus Fig. 5 hervorgehtο Venn andererseits das Ventil 13 30° vor UT während des Ansaugtaktes geöffnet wird, wie es das Beispiel M der Tabelle angibt, dann ergießt sich das in der Sammelkammer 11 enthaltene Gemisch während des Ansaugtaktes in die Brennkammer 6 und der Anteil brennbaren Gemischs, der über das Einlaßventil 8 in die Brennkammer 6 angesaugt wird, vermindert sich· Dies ruft eine Verringerung der Füllung und als Folge davon eine Verringerung der Maschinenleistung hervor, wenn die Maschine unter großer Belastung betrieben wird. Es ist daher vorteilhaft, daß das Ventil 13 sich zu einem Zeitpunkt öffnet, bei welchem das Einlaßventil 8 geschlossen ist, wie es im Beispiel N der Tabelle angegeben ist, und daß das Ventil 13 zu einem Zeitpunkt wieder schließt, der nahe dem frühesten Zündzeitpunkt liegt. Durch Einstellung des Öffnungsund Schließzeitpunktes des Ventils 13 gemäß dem Beispiel N der Tabelle läßt sich der spezifische Kraftstoffverbrauch sehr günstig gestalten, wie es Fig. 5 zeigt. Da die Flamme des brennbaren Gasgemischs nicht sofort in die Sammelkammer 11 eintritt, läßt sich der Schließzeitpunkt des Ventils 13 sogar um 10 bis 15 Vinkelgrade gegenüber dem frühesten Zündzeitpunkt verzögern.

Fig· 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur ist zwar ein Einlaßventil nicht dargestellt, ein solches ist jedoch vorhanden, wie Fig. 7 erkennen läßt.

909813/0627

Gemäß den Figuren 6 bis 8 ist im Zylinderkopf k eine Ventilkammer 30 ausgebildet, in die sich der Ventilteller Ik des Ventils 13 beim Öffnen hineinbewegt· Diese Ventilkammer 30 ist über einen Verbindungskanal 31 i^m Zylinderkopf k mit der Brennkammer 6 verbunden· Der Verbindungekanal 31 ist angeordnet, daß seine Öffnung 32 in Umfangsrichtung der Brennkammer zeigt, wie es Fig. 7 darstellt· Die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze ist nahe der öffnung 32 gelegen, so daß ein Teil des sich durch den Verbindungskanal 31 in die Brennkammer 6 ergießenden brennbaren Gasstroms direkt auf die Elektrodenstrecke 10 trifft ο Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils 13 nach Fig. 6 sind in der gleichen Weise eingestellt, wie beim Beispiel nach Fig· 1· Dementsprechend wird während der ersten Hälfte der Periode, während der das Ventil 13 geöffnet ist, brennbares Gasgemisch aus der Sammelkammer 11 durch den Verbindungskanal 31 hindurch in die Brennkammer 6 geleitet· Während der zweiten Hälfte der Öffnungsperiode des Ventils fließt brennbares Gasgemisch aus der Brennkammer 6 auf die zuvor beschriebene Weise in die Sammelkammer 11*

Wie oben erwähnt, trifft ein Teil des sich in die Brennkammer 6 aus der Sammelkammer 11 während des Verdichtungstaktes ergießenden Gases direkt auf die Elektrodenstrecke 10· Von vorangegangenen Verbrennungszyklus im Bereich der Elektrodenstreck· 10 etwa noch vorhandene Abgasreste werden von dieser Gasströmung hinweggeblasen, wodurch die Zündfähigkeit der Zündkerze verbessert wird· Außerdem tritt bei dieser Ausführungsform die Flamme des in der Brennkammer 6 brennenden Gemisch« in die Ventilkammer 30 ein und verbrennt das darin befindliche Gasgemisch· Wenn danach der Druck in der Ventilkammer 30 ansteigt, dann ergießt sich die Flamme von dort durch den Verbindungskanal 31 in die Brennkammer 6. Als Folge davon wird in der Brennkammer 6 die dort vorhandene Wirbelbewegung noch von der aus der Ventilkammer 30 herausschießenden Flamme verstärkt, wodurch die Flammgeschwindigkeit weiter gesteigert wird·

909813/0627

Gewöhnlich, ist es bei einer Maschine mit halbkugelförmiger Brennkammer, wie in Fig. 9 dargestellt, günstig, daß die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze nahe deren Scheitel angeordnet ist. Der Flammkern wächst nämlich gleichförmig gegen die Außenbereiche der Brennkammer 6 an, wodurch sich eine große Verbrennungsgeschwindigkeit ergibt. Bei der in Fig. 9 dargestellten Anordnung der Elektrodenstrecke 10 erreicht man jedoch keine befriedigende Spülung der Elektrodenstrecke 10 von Abgasresten. Zur Verbesserung der Freispülung der Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze ist es daher günstig, einen Hilfs-Verbindungskanal 33 vorzusehen, der eine Öffnung Jk aufweist, die auf die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze gerichtet ist, wie es Fig. 10 zeigt. Dieser Hilfs-Verbindungskanal 33 zweigt vom Verbindungskanal 31 ab und ist im Zylinderkopf k ausgebildet. Durch ihn ergießt sich ein Teil des aus der Sammelkammer 11 in die Brennkammer 6 strömenden Gasgemischs auf die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze und spült diese von Abgasresten freie

Die Figuren 11 und 12 zeigen ein Beispiel, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einer Maschine angewendet ist, die Bit einer Hilfsbrennkammer ausgerüstet ist. Der eigentliche Verbrennungsraum der Maschine besteht hier aus einer Hauptbrennkammer kO und der Hilfsbrennkammer kl, die über einen Kanal k2 Miteinander in Verbindung stehen. Die Elektrodenstreoke 10 der Zündkerze 9 ist in der Hilfsbrennkammer kl angeordnet· Der Verbindungskanal kZ ist im Zylinderkopf k so angeordnet, daß seine hauptbrennkammerseitige Öffnung auf den Boden 2a de· Kolben· 2 zeigt. Die Sammelkammer 11 ist oberhalb der Hilf»brennkammer k\ angeordnet und alt dieser verbunden. Da· Ventil 13 unterbricht die Verbindung zwischen der Hilfebrennkajmer kl und der Sammelkammer 11. Öffnungs- und SchliefiBeitpunkfe diese· Ventile 13 sind in der gleichen Weise eingestellt, wie beim Beispiel nach Fig. 1.

809813/0627

Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 öffnet sich das Ventil 13»

wenn das Einlaßventil 8 geschlossen ist, Xn diesem Moment ergießt sich das unter hohem Druck in der Sammelkammer 11 stehende brennbare Gas durch die Hilfsbrennkammer 41 und den Verbindungskanal 42 hindurch in die Hauptbrennkammer 40, in welcher als Folge ein starker Wirbel F um eine horizontale Achse erzeugt wird· Die Hilfsbrennkammer 41 wird von dem aus der Sammelkammer 11 strömenden Gas von Abgasresten freigespült. Wenn sich danach der Kolben 2 nach oben bewegt, wird der Druck in der Hauptbrennkammer 40 größer als in der Sammelkammer 11 und als Folge davon fließt brennbares Gasgemisch aus der Hauptbrennkammer 40 durch den Verbindungskanal 42 und die Hilfsbrennkammer 41 hindurch in die Sammelkammer 11. Wenn das Ventil 13 schließt, bleibt das brennbare Gasgemisch unter hohem Druck in der Sammelkammer 11 gefangen und die Hilfsbrennkammer 41 ist mit brennbarem Gasgemisch gefüllt, das einen extrem kleinen Abgasrest enthält. Danach wird das in der Hilfsbrennkammer 41 befindliche Gasgemisch von der Zündkerze 9 gezündet und die so erzeugte Flamme ergießt sich durch den Verbindungskanal 42 hindurch in die Hauptbrennkammer 40. Wie oben erwähnt, ist zuvor in der Hauptbrennkammer 40 ein starker Wirbel F erzeugt worden. Wenn jetzt der Flammstrahl aus dem Verbindungskanal 42 in die Hauptbrennkammer 40 schießt, dann wird dieser Wirbel F noch verstärkt. Die Folge davon ist eine bemerkenswerte Steigerung der Verbrennungsgeschwindigkeit in der Hauptbrennkammer 40.

Die Figuren 13 und 14 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine ähnlich dem nach Fig. 11. Bei dieser Ausführungsform ist die Sammelkammer 11 exzentrisch gegenüber der Vertikalachse der Hilfsbrennkammer 41 angeordnet. Einstückig am Ventilteller 14 ist an dessen Rückseite ein Schirm 44 ausgebildet. Dieser Schirm 44 weist an einer Seite einen Ausschnitt 43 auf (Fig. 14). Der Verbindungskanal 42 verläuft

909813/0627

so, daß er tangential zur Innenwand in die Hilfsbrennkammer 41 mündet. Wenn sich im Betrieb das Ventil 13 öffnet, dann wird das in der Sammelkammer 11 enthaltene Gasgemisch durch den Ausschnitt 43 im Schirm 44 hindurch in die Hilfsbrennkammer 41 eingeleitet und bewegt sich dann längs der Innenwand der Hilfsbrennkammer 41 entlang, wie es der Pfeil H in Pig. 14 zeigt. Danach ergießt sich das brennbare Gemisch durch den Verbindungskanal 42 hindurch in die Hauptbrennkammer 40. Wenn sich das Gasgemisch aus der Sammelkammer 11 in die Hilfsbrennkammer 4i ergießt, dann vird der Raum um die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze 9 von Abgasresten freigespült, wodurch man eine gute Zündwilligkeit erhält· Wenn der Druck in der Hauptbrennkammer 40 größer als der in der Sammelkammer 11 wird und daher brennbares Gemisch aus der Hauptbrennkammer 40 in die Hilfsbrennkammer 41 fließt, dann ruft es in letzterer eine Wirbelbewegung hervor, die in umgekehrter Richtung zum Pfeil H verläuft. Wenn dann das in der Hilfsbrennkammer 41 enthaltene brennbare Gemisch von der Zündkerze 9 gezündet wird, dann pflanzt sich aufgrund dieses Wirbels die Flamme sehr schnell über den gesamten Innenraum der Hilfsbrennkammer 11 fort. Als Folge davon wird ein Flammstrahl erzeugt, der sich durch den Verbindungskanal 42 hindurch in die Hauptbrennkammer kO ergießt.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser ist die Elektrodenstrecke 10 der Zündkerze 9 in dem Verbindungskanal 42 zwisohen der Hauptbrennkammer kO und der Hilfsbrennkammer 41 angeordnet. Da die Elektrodenet recke 10 der Zündkerze 9 direkt dem Gasstrom ausgesetzt ist, der sich aus der Samaelkammer 11 durch die Hilfebrennkammer 41 hinduroh in die Hauptbrennkammer kO ergießt, wird sie sehr wirkungsvoll von Abgasresten freigespült.

Die Figuren 16 und 17 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine nach Art der Fig. 11. Das offene Ende einer Kappe 46 ist mit Preßsitz in eine ringförmige Nut 45 eingesetzt,

809813/0627

die an der zylindrischen Innenwand des Verbindungskanals 42 ausgebildet ist. Diese Kappe 46 weist eine Öffnung 4-7 an ihrer Umfangswand auf, welche der Hauptbrennkammer 40 zugewandt ist. Außerdem ist die Öffnung 47 so geformt, daß sie in Umfangsrichtung der Hauptbrennkammer 40 weist, wie es Fig. 17 zeigt. Wenn daher bei dieser Ausführungsform der Erfindung brennbares Gemisch aus der Sammelkammer 11 durch die Hilfsbrennkammer 41 hindurch sich in die Hauptbrennkammer 40 ergießt, dann wird in der Hauptbrennkammer 40 eine Wirbelbewegung in Richtung des Pfeils G um eine vertikale Achse erzeugt.

Fig. 18 zeigt eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der Maschine nach Fig. 11. Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnung des Verbindungskanals 42 in Umfangsrichtung der Hauptbrennkammer 4O gerichtet,so daß eine Wirbelbewegung um eine vertikale Achse erzeugt wird, die in Fig. 18 durch den Pfeil X dargestellt ist, wenn sich brennbares Gemisch aus der Sammelkammer 11 durch die Hilfsbrennkammer 41 hindurch in die Hauptbrennkammer 9 ergießt.

Wie zuvor erwähnt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Druck des brennbaren Gasgemischs, das in der Sammelkammer eingeschlossen ist, etwa so groß wie der in der Brennkammer im Zeitpunkt der Zündung, d_oh. der Druck in der Sammelkammer ist beachtlich hoch. Da der Druck in der Brennkammer unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils jedoch geringer ist als der atmosphärische Druck, herrscht eine große Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Sammelkammer und dem Druck in der Brennkammer. Beim Öffnen des Ventils der Sammelkammer ergibt sich daher ein scharfer Gasstrahl, der sich in die Brennkammer ergießt. Da dieser Strahl während der ersten Hälfte des Verdichtungstaktes anhält, bleibt die von ihm hervorgerufene Wirbelbewegung in der Brennkammer so lange aufrechterhalten, bis die Verbrennung abgeschlossen ist. Als Folge davon wird die Verbrennungsseit merklich verkürzt. Selbst wenn man ein mageres

909813/0627

Luft-Krafts toff gemisch, oder ein Gemisch, mit einem hohen Anteil rezirkulierter Abgase verwendet, kann man eine hohe Flaramgesehwindigkeit erreichen« Es ist daher mit der Erfindung möglich, den thermischen Wirkungsgrad und die Ausgangsleistung der Maschine zu verbessern bei gleichzeitiger Herabsetzung der Schadetoffanteile im Abgas. Die Erfindung ist sowohl bei gewöhnlichen Vergasermaschinen als auch bei Einspritzmaschinen anwendbar» Bei letzteren wird in der Sammelkammer lediglich Luft gesammelt.

909813/0627

Leerseite

Claims

Ansprüche

Q_y Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Zylinderblock mit darin ausgebildeter Zylinderbohrung, einem auf dem Zylinderblock befestigten Zylinderkopf, einem in der Zylinderbohrung auf und ab beweglichen Kolben, ventilverschließbaren Ein- und Auslaßkanälen ins Zylinderkopf und einer im Zylinderkopf ausgebildeten Kammer, die über einen in die von Zylinderkopf und Kolben begrenzte Brennkammer mündenden Verbindungskanal mit der Brennkammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (12) mittels eines Ventils (13) verschließbar ist, welches so gesteuert ist, daß es während des Verdichtungstaktes der Maschine geöffnet ist, und daß eine Einrichtung (23) zum Lenken des aus der Kammer (11) strömenden Gasstrahls vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, daß dieser Gasstrahl in der Brennkammer (6) einen starken Wirbel (a) hervorruft.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Lenken des Gasstrahls ein Führungskanal (23) ist.

903313/0627 original inspected

MÜNCHEN: TELEFON (089)225585 KABEL: PROPINDUS -TELEX OS 24244

BERLIN: TEL EFON (O 3O) 8 31 SO 88
KABEL: PROPINDUS-TELEX O1 84057

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal eine Rille (23) ist, die in der
Innenwand (4a) des Zylinderkopfes (4) ausgebildet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) ein Tellerventil ist, dessen Ventilteller (14) in der Brennkammer (6) gelegen ist und die
Rille (23) von zwei vertikalen Wänden (20,21) und einer
halbzylindrischen Vand (22) nahe dem Umfang des Ventiltellers (i4) begrenzt wird.

5* Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille (23) in Umfangsrichtung der Brennkammer (6)
verläuft.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas ein Luft-Kraftstoffgemisch ist und in der Brennkammer (6) die Elektrodenstrecke (1O) einer Zündkerze
(9) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) in Verlängerung der Rille (23) angeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstrecke (iO) der Zündkerze (9) nahe dem
Scheitel der Brennkammer (6) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas Luft ist und die Maschine einen Kraftstoff einspritzer umfaßt, der in der Brennkammer angeordnet
iat.

909813/0627

10· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal einen Verbindungskanal (31) im Zylinderkopf (h) umfaßt,

11, Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (32) des Verbindungskanals (31) auf den Kolbenboden (2a) gerichtet ist, um in der Brennkammer (6) einen Wirbel (f) um eine horizontale Achse hervorzurufen,

12, Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verbindungskanal (31) in Umfangsrichtung der Brennkammer (6) erstreckt, um einen Wirbel (i) um eine vertikale Achse in der Brennkammer (6) hervorzurufen,

13, Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas ein Luft-Kraftstoffgemisch ist und in der Brennkammer (6) die Elektrodenstrecke (1O) einer Zündkerze (9) angeordnet ist,

1*l·. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) in Verlängerung des Verbindungskanals (31) angeordnet ist.

15· Brennkraftmaschine nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) nahe dem Scheitel der Brennkammer (6) angeordnet ist,

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungskanal (3I) und der Brennkammer (6) ein Hilfs-Verbindungskanal (33) ausgebildet ist, dessen Öffnung (34) auf die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) gerichtet ist»

Q9813/062?

17· Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas Luft ist und die Maschine in der Brennkammer (6) eine Einspritzvorrichtung aufweist.

18« Brennkraftmaechine naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungskanal (42) ein zylindrisches hohles Bauteil (46) an der Innenseite des Zylinderkopfes (4) angeordnet.

19· Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische hohle Bauteil eine Kappe (46) ist, die in Umfangsrichtung der Brennkammer (4o) eine Öffnung (47) aufweist.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer in eine Hauptbrennkammer (4o) und eine Hilfsbrennkammer (41) unterteilt ist, welch letztere zwischen der Hauptbrennkammer (4o) und der Kammer (11) ausgebildet ist und mit der Hauptbrennkammer (4o) über einen Verbindungskanal (42) verbunden ist.

21« Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (42) sich in Umfangsrichtung der Hauptbrennkammer (4o) erstreckt, um einen Wirbel um eine vertikale Achse in der Hauptbrennkammer zu erzeugen.

22. Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Verbindungskanals (42) auf den Kolbenboden (2a) gerichtet ist, um einen Virbel um eine horizontale Achse in der Hauptbrennkammer (4o) hervorzurufen.

23· Brennkraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas ein Luft-Kraftstoffgemisch ist und die Maschine eine Zündkerze (9) aufweist.

869813/0627

2800A81

Zh, Brennkraftmaschine nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet! daß die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) im Verbindungekanal (kz) angeordnet ist·

25. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) oberhalb der Hilfsbrennkammer (41) angeordnet ist und die Elektrodenstrecke (1O) der Zündkerze (9) in der Hilfsbrennkammer (kl) gelegen ist«

26· Brennkraftmaschine nach Anspruch 25t dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) und die Hilfsbrennkammer (41) auf einer gemeinsamen vertikalen Achse angeordnet sind.

17· Brennkraftmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (42) tangential zum Umfang der Innenwand der Hilfsbrennkammer (41) verläuft«

28« Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) exzentrisch zur Vertikalachse der Hilfsbrennkammer (41) angeordnet ist und das Ventil (13) ein Tellerventil ist, dessen Ventilteller (i4) auf seiner Rückseite einen Schirm (kk) aufweist.

29· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zündkerze (9) aufweist, das Ventil (13) der Kammer (11) über einen Kurbelwinkel geöffnet ist, der von demjenigen, bei welchem da· Einlaßventil (7) geöffnet ist, bis zu einen Kurbelwinkel nahe demjenigen, bei welchem die Zündung stattfindet, geöffnet ist«

30· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansauggas Luft ist und die Maschine in der Brennkammer (6) eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweist.

809813/0627

31* Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) an der Kammer (11) von der Kurbelwelle der Maschine her gesteuert betrieben ist·

909813/0627