DE3003479A1

DE3003479A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3003479A1
Application number: DE19803003479
Authority: DE
Inventors: Tadakuni Hayashi; Norio Muto; Aichi Nagoya; Yasusi Tanasawa
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1980-08-07
Also published as: US4398513A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

ZWIRNER . HOFFMANN 3Q03479

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult RadedcestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Petentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconsull

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Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung,

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Benzinmotoren, besteht vor allem das Problem, daß einerseits die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden muß, um schädliche Komponenten, vor allem Stickoxyde, in den Abgasen auszuschließen, andererseits dann aber unverbrannte, schädliche Eestgase, insbesondere Kohlenwasserstoffe, sich ergeben und die Wirksamkeit der Verbrennung bzw, der Verbrennungsgrad sich verschlechterte Man hat daher bereits eine Vielzahl von verschiedenen Verbrennungsverfahren und Benzinmotoren untersucht und entwickelt, um den Verbrennungsgrad bei der zur Vermeidung der Emission von Stickoxyden abgesenkten Verbrennungstemperatur zu erhöhen und unverbrannte, schädliche Restgase, insbesondere Kohlenwasserstoffe, zu vermeiden» Dieses Ziel konnte jedoch bisher nicht zufriedenstellend erreicht werden, weil die der Brennkammer bzw_o dem Zylinder zugeführten Kraftstoffteilchen große Durchmesser aufweisen,.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbeden: P, G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung zu schaffen, bei welcher die Kraftstoffvergasung derart verbessert ist, daß die Verbrennung hochwirksam erfolgen kann, so daß der Kraftstoffverbrauch entsprechend vermindert und die Emission von unverbrannten, schädlichen Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, im wesentlichen vollständig ausgeschlossen ist, aber auch keine unerwünschten Stickoxyde entstehen und emittiert werden, zumindest nicht in unzulässigem Ausmaß. Dabei soll die Fertigung nicht erschwert werden. Insbesondere sollen keine oder keine wesentlichen Änderungen am Einlaßventil selbst oder hinsichtlich der Anordnung desselben erforderlich werden. Bei einer Kraftstoffeinspritzung in den Ansaug- oder Einlaßkanal soll auch ein billiges Einspritzventil ohne übermäßig gute Zerstäubungseigenschaften verwendet werden können, ferner daß Einspritzventil hinsichtlich Position und Richtung angeordnet werden können, ohne besondere Maßgaben beachten zu müssen. Bei einer direkten Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer bzw. den Zylinder soll' ferner das Einspritzventil so angeordnet werden können, daß der Kraftstoff von der günstigsten Stelle im günstigsten Winkel eingespritzt wird, und es soll die Ansprechempfindlichkeit der Brennkraftmaschine noch erhöht werden, ferner vermieden bleiben* daß Kraftstoff sich im Ansaug- oder Einlaßkanal und im Einlaßventil ansammelt. Bei der Kraftstoffeinspritzung in eine Hilfsbrennkammer soll insbesondere zusätzlich die Entstehung von Stickoxyden ausgeschlossen sein.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

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Wesentlich ist insbesondere, daß der der Brennkammer bzw« dem Zylinder zugeführte Kraftstoff augenblicklich mit einer heißen, festen Oberfläche in Berührung gebracht wird, welche durch die vorherigen Verbrennungen auf eine hohe Temperatur von beispielsweise etwa 20O⁰C aufgeheizt worden ist, so daß eine außergewöhnlich hohe Verdampfungs- bzw« Vergasungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs erzielt wird, welcher dann im wesentlichen vollständig •und vollkommen verbrannt werden kann»

Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich im wesentlichen nach den folgenden drei Verfahrensweisen verwirklichen;

1. Der Kraftstoff wird in den Ansaug- oder Einlaßkanal hinein zugeführt, und zwar durch einen Vergaser oder
eine Einspritzvorrichtung als Kraftstoffzufuhreinrichtung, wobei am Einlaßventilsitz eine Ringnut ausgebildet wird, so daß sich zwischen dem Einlaßventil und
der Ringnut ein auf die aufgeheizte, feste Oberfläche gerichteter, ringförmiger Leitraum ergibt, von welchem das während des Ansaughubes des Kolbens in den Ansaugoder Einlaßkanal gesaugte Gemisch aus Luft und Kraftstoff tröpfchen als Ringstrahl zur heißen, festen Ober- · fläche gelangt, um dort zu verdampfen»

Bei einer mit einem üblichen Vergaser oder einer üblichen Einspritzvorrichtung zur Kraftstoff zufuhr in den Ansaugoder Einlaßkanal hinein versehenen Brennkraftmaschine wird also die geometrische Gestalt der Brennkammer bzw_o des Zylinders in der Fähe des Einlaßventils so gewählt, daß sich eine Art Düse ergibt und das Gemisch aus beim Ansaughub des Kolbens angesaugter Luft und Kraftstofftröpfchen augenblicklich strahlförmig auf die heiße, feste Oberfläche gelangt, um dort zu verdampfen. Bei der

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heißen, festen Oberfläche kann es sich um den die Brennkammer "begrenzenden Kopfbereich des Kolbens und/oder die diesem gegenüberliegende Innenwandung der Brennkammer und/oder den der Brennkammer zugewandten Teil des Auslaßventils handeln.

Die Vergasung der Kraftstofftröpfchen erfolgt augenblicklich, so daß aller Kraftstoff zum Zündzeitpunkt verdampft ist, ohne daß noch Kraftstofftröpfchen oder ein Kraftstofffilm vorhanden wäre, so daß eine vollständige und vollkommene Verbrennung ermöglicht ist. Dieses reduziert den Kraftstoffverbrauch sowie die Emission unerwünschter Abgasbestandteile entsprechend.

2. Der Kraftstoff wird direkt in die Brennkammer bzw. den Zylinder hinein zugeführt, und zwar durch eine Einspritzvorrichtung als Kraftstoff zuführeinrichtung, deren Einspritzöffnung in die Brennkammer bzw. den Zylinder mündet und auf die erhitzte, feste Oberfläche gerichtet ist, so daß die eingespritzten Kraftstofftröpfchen dort verdampfen. Bei der beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 200⁰C erhitzten, festen Oberfläche kann es sich um den die Brennkammer begrenzenden Kopfbereich des Kolbens und/oder die diesem gegenüberliegende Innenwandung der Brennkammer und/oder den der Brennkammer zugewandten Teil des Auslaßventils handeln.

Der gegen die heiße, feste Oberfläche gespritzte Kraftstoff verdampft dort so schnell, daß die Vergasung zum Zündzeitpunkt im wesentlichen vollständig abgeschlossen und eine hochwirksame Verbrennung ermöglicht ist. Dieses verbessert den Kraftstoffverbrauch entsprechend und hat ferner zur Folge, daß die Emission unerwünschter Abgasbestandteile reduziert ist.

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Da es ausreicht, die Einspritzöffnung der Einspritzvorrichtung in die Brennkammer bzw- den Zylinder münden zu lassen, "braucht auf das Einlaßventil selbst und seine Anordnung keine Rücksicht genommen zu werden. Der Kraftstoff kann im günstigsten Winkel von der günstigsten Stelle her gegen die heiße, feste Oberfläche gespritzt werden. Ferner ist die Ansprechempfindlichkeit der Brennkraftmaschine noch weiter erhöht und außerdem von Vorteil, daß sich kein Kraftstoff im Ansaug- oder Einlaßkanal und/oder am Einlaßventil ansammeln kann, da er ja direkt in die Brennkammer bzw. den Zylinder eingespritzt wird»

3. Der Kraftstoff wird in eine Hilfsbrennkammer hinein zugeführt, welche im Zylinderkopf ausgebildet und mit der Hauptbrennkammer durch einen Verbindungskanal verbunden ist, wobei die Mündung der Kraftstoff zuführeinrichtung in die Hilfsbrennkammer so angeordnet ist, daß der dadurch zugeführte Kraftstoff auf im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer auf trifft und dort verdampft,,

Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die Innenwandung der Hilfsbrennkammer beim Brennkraftmaschinenbetrieb bis auf eine Temperatur von etwa 200°C aufgeheizt wird, so daß der auf diese heiße, feste Oberfläche aufgespritzte Kraftstoff so schnell verdampft, daß die Vergasung zum Zündzeitpunkt im wesentlichen vollständig abgeschlossen ist und eine hochwirksame Verbrennung stattfinden kann, was den Kraftstoffverbrauch entsprechend verbessert und die Emission unerwünschter Abgasbestandteile entsprechend vermindert»

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Die Kraftstoffzufuhreinrichtung kann dabei als Vergaser ausgebildet sein, dessen Venturirohr und Düse in einem zur Hilfsbrennkammer führenden Ansaug- oder Einlaßkanal mit einem Einlaßventil angeordnet sind, welches die Verbindung zwischen Ansaug- oder Einlaßkanal und Hilfsbrennkammer herstellt und unterbricht, und zwar synchron zum Kurbelwellenumlauf. Vom Einlaßventil strahlförmig wegströmendes Kraftstoff/Luft-Gemisch kommt mit der heißen Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer in Berührung, so daß der Kraftstoff sofort im wesentlichen vollständig verdampft. Weist das der Hilf sbx'ennkammer zugeordnete Einlaßventil einen Einlaßventilteller auf, dann wird dadurch die strahlförmige Strömung des Kraftstoff/Luft-Gemisches noch weiter ausgebreitet, so daß der Kraftstoff im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer befeuchtet. Es reicht aus, wenn das der Hilfsbrennkammer zugeordnete Einlaßventil in der richtigen Position und Richtung in bezug auf die Hilfsbrennkammer angeordnet wird.

Statt dessen kann die Kraftstoff zuführeinrichtung auch als Einspritzvorrichtung ausgebildet sein, welche einen weiten Einspritzwinkel gewährleistet, und deren Einspritzöffnung in die Hilfsbrennkammer mündet sowie auf deren Innenwandung gerichtet ist, um den Kraftstoff synchron mit dem Kurbelwellenumlauf in einem so weiten Einspritzwinkel in die Hilfsbrennkammer einzuspritzen, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Innenwandung derselben erreicht wird. Dort verdampft der Kraftstoff so schnell, daß die Vergasung zum Zündzeitpunkt im wesentlichen vollständig abgeschlossen und eine hochwirksame Verbrennung ermöglicht ist, was den Kraftstoffver-

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"brauch entsprechend verbessert und die Emission unerwünschter Abgasbestandteile entsprechend reduzierte

Da der Kraftstoff direkt in die einen Teil der gesamten Brennkammer bildende Hilfsbrennkammer eingespritzt wird, ähnlich wie bei der Verfahrensweise 2, ergeben sich auch hier die entsprechenden Vorteile» Insbesondere braucht auf das Einlaßventil selbst und dessen Anordnung keine Rücksicht genommen zu werden und kann auch der Kraftstoff im günstigsten Winkel von der günstigsten Stelle her gegen die Innenwandung der Hilfsbrennkammer eingespritzt werden. Desgleichen läßt sich die Ansprechempfindlichkeit der Brennkraftmaschine verbessern.

Schließlich können besondere Maßnahmen getroffen x-zerden, um in der Hilfsbrennkammer eine Wirbelströmung mit hoher Drehgeschwindigkeit zustande kommen zu lassen» Insbesondere kann zu diesem Zweck die Kraftstoffzufuhreinrichtung an einer entsprechenden Stelle in entsprechender Richtung in die Hilfsbrennkammer münden und/oder zwischen der Hauptbrennkammer und der Hilfsbrennkammer ein tangentialer Verbindungskanal vorgesehen werden» Durch die Wirbelströmung wird der zugeführte Kraftstoff mit etwa der gesamten Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer schnell und zuverlässig in Berührung gebracht, sozusagen in Berührung gedruckt, um dort schnell vollständig zu verdampfen» Darüberhinaus bewirkt die Wirbelströmung eine schnelle und innige Vermischung der Kraftstoffdämpfe mit der Luft in der Hilfsbrennkammer, so daß dieses Gemisch etwa im Wirbelzentrum der Wirbelströmung ohne weiteres gezündet werden kann» Es gelangt dann ein Flammenstrahl in die Hauptbrennkam-

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mer, um eine hochwirksame Verbrennung zu ermöglichen. Dieses hat einen entsprechend verbesserten Kraftstoffverbrauch und eine entsprechend verminderte Emission von unerwünschten Abgasbestandteilen zur Folge.

Nachstehend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung beispielweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Zylinder einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier Zylindern im Bereich der Ein- und Auslaßventile;

Pig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen der Kohlenwasserstoffgesamtemission und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen dem Verbrennungsgrad und dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis bei der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1;

Fig. 4 die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1, jedoch mit abgewandelter Kraftstoffzufuhr in den dargestellten Zylinder;

Fig. 5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen der Kohlenwasserstoffgesamtemission und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei den verschiedenen Kraftstoffzufuhren gemäß Fig. 4-;

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Fig. 6 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen dem Verbrennungsgrad und dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis bei den verschiedenen Kraftstoffzufuhren gemäß Fig. 4;

Fig. 7-A- ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen der Kraftstoffvergasungszeit und der Temperatur heißer Gase bzw. einer heißen Oberfläche, in welchen Kraftstofftröpfchen schweben bzw» mit welcher Kraftstofftröpfchen in Berührung kommen, und zwar bei einem Ansaughub eines Kolbens einer Brennkraftmaschine ;

Fig. 7B das demjenigen nach Fig- 7 A entsprechende Schaubild für einen Verdichtungshub eines Kolbens einer Brennkraftmaschine ;

Fig. 8 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und zwar einen Längsschnitt im Bereich der Ein- und Auslaßventile eines Zylinders;

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform, und zwar den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 8;

Fig. 10 und 11 eine erste Variante der zweiten Ausführungsform, und zwar jeweils eine perspektivische Ansicht des Einlaßventils von der Brennkammer her bzw. den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 9;

Fig. 12 eine zweite Variante der zweiten Ausführungsform, und zwar einen Längsschnitt des Ansaug- oder Einlaßkanals im Bereich des Einspritzventils;

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13 eine dritte Ausführungsform, und zwar den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 8:

Fig. 14- und 15 jeweils eine erste bzw. zweite Variante der dritten Ausführungsfonn mit jeweils modifiziertem Einspritzventil, und zwar jeweils den Längsschnitt des der Brennkammer zugewandten Endes desselben;

Fig. 16 und 17 eine vierte Ausführungsform, und zwar jeweils den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 8 bzw. den zur Zeichnungsebene von Fig. 16 senkrechten Längsschnitt;

Fig. 18 eine fünfte Ausführungsform, und zwar den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 16, allerdings in kleinerem Maßstab;

Fig. 19 bis 21 eine sechste Ausführungsform, und zwar jeweils den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 16 bzw. einen Längsschnitt des der Brennkammer zugewandten Endes des Einspritzventils gemäß Fig. 19 in größerem Maßstab bzw. einen Querschnitt durch das Einspritzventilende gemäß Fig. 20;

Fig. 22 bis 2A- eine siebente Ausführungsform, und zwar jeweils den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 16 bzw. den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 171 allerdings in gegenüber dem Maßstab von Fig. 22 geringfügig größerem Maßstab, bzw. einen Querschnitt oberhalb des Kolbens gemäß Fig. 22;

Fig. 25 bis 28 jeweils eine erste bzw. zweite bzw. dritte bzw. vierte Variante einer der Ausführungsformen gemäß

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Pig. 16,1? und 19 bis 24, und zwar jeweils den Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Fig» 16; und

Fig. 29 "bis 32 jeweils eine fünfte bzw„ sechste bzw* siebte bzw. achte Variante einer der Ausführungsformen gemäß Pig. 16, I7 und 19 his 24 mit jeweils modifiziertem Einspritzventil, und zwar jeweils den Längsschnitt des der Brennkammer zugewandten Endes des Einspritzventils in größerem Maßstab.

Die Fig. 1 bis 7B beziehen sich auf Untersuchungen grundsätzlicher Natur, welche nachstehend erläutert sind, während die restlichen Pig. 8 bis 32 verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und einige Varianten dieser Ausführungsformen veranschaulichen, wobei es sich hei allen dargestellten Ausführungsformen und deren Varianten um Benzinmotore handelt. Im einzelnen sind die Aus führungs formen und Varianten gemäß Pig. 8 bis 12 der oben geschilderten Verfahrensweise 1 zugeordnet, die Ausführungsformen und Varianten gemäß Pig. 13 bis 15 der Verfahrensweise 2 und die restlichen Ausführungsformen und Varianten gemäß Pig. 16 his 32 der Verfahrensweise 3»

Bei der Brennkraftmaschine gemäß Pig. 1 wurden die folgenden Untersuchungen durchgeführt, und zwar mit Benzin als Kraftstoff« Wenn Benzindämpfe aus dem Ansaug- oder Einlaßkanal LP durch das Einlaßventil IV kontinuierlich in die Brennkammer CC gelangen, dann wird das Benzin darin im wesentlichen vollständig und vollkommen verbrannt. Im Ansaug- oder Einlaßkanal IP ist eine Einspritzdüse VN für das Benzin vorgesehen und eine Luftströmung AR vorhanden.

Pig. 2 veranschaulicht die Emission THC aller unverbrannten Kohlenwasserstoffe bzw. des unverbrannten Benzins, welche heim Betrieb der Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier Zylindern von je

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400 cur Hubraum und mit einem Verdichtungsverhältnis von etwa 8,5 gemäß Fig. 1 bei einer Kotordrehzahl η von I.5OO U/min, einer Luftzufuhr von 13 ■> 5 g/sec und einem Drehmoment von 5 kgm für verschiedene Luft/Benzin-Yerhältnisse A/F im Luft/Benzinöemisch gemessen wurde. Wie aus Eig. 2 ersichtlich, liegt die Kohlenwasserstoffgesamtemission THC immer dann auf niedrigem Niveau, wenn das Benzin als Dampf "bzw. im gasförmigen Zustand vorlag, und ändern sich die Ergebnisse für verschiedene Positionen A und B (Pig. 1) der Benzindampf-Einspritzdüse ViT praktisch nicht. Fig. 3 läßt weiterhin erkennen, daß der Verbrennungsgrad i}, κ gesteigert ist, was eine entsprechende Verminderung des Kraftstoffverbrauchs bedeutet.

Wird dagegen gemäß Fig. 4 ein kontinuierlicher Strahl flüssigen Benzins mittels eines Röhrchens SP mit einer kleinen Bohrung mit einem Durchmesser von 0,15 b™ aus der Nähe des Einlaßventils IV eingeführt, dann ergeben sich die Kohlenwasserstoffgesamtemissionen THC gemäß Fig. 5 für die verschiedenen Positionen A bis !F gemäß Fig. 4 des Röhrchens SP. Wird in der Position A das Benzin in einem gewissen Abstand vom Einlaßventil IV im rechten Winkel zum Ansaug- oder Einlaßkanal IP eingeführt, dann wird es im erhitzten Ansaug- oder Einlaßkanal IP ausreichend erwärmt, um zu. verdampfen, so daß die Kohlenwasserstoffgesamtemission THC auf dasjenige niedrige Niveau reduziert ist, welches auch bei der Einfüllung des Benzins in gasförmigem Zustand zu beobachten ist. Wird dagegen das Benzin in der Position F gerade auf das Einlaßventil IV zu eingeführt, dann bleibt es unverdampft und gelangt es so wie es ist, also als Flüssigkeitsstrahl, in die Brennkammer CC, so daß die Kohlenwasserstoffgesamtemission THC auf ein hohes Niveau steigt.Außerdem kann der Verbrennungsgrad Ov₀₁₁₁U "bei der Benzineingabe von der Position A her Werte bis zu zwischen 97 und- 98 % erreichen, während er bei der Benzineingabe von der Position F her bis auf 90 % fällt, wie Fig. 6 verdeutlicht.

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Diese Ergebnisse zeigen also, daß es im Gegensatz zur vorherrschenden Meinung beim Brennkraftmaschinenbetrieb unter stabilen Bedingungen nicht immer erforderlich ist, das in den Ansaugoder Einlaßkanal einzugebende Benzin in feine Teilchen zu zerstäuben, und daß das Benzin ähnlich wie beim Einführen als Dampf bzw. in gasförmigem Zustand vollständig und vollkommen verbrannt werden kann, selbst wenn es nicht derart zerstäubt worden ist, sondern vielmehr als Flüssigkeitsstrahl zugeführt wird, allerdings in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP stromaufwärts vom Einlaßventil IV. Der Grund für diese einander entsprechenden Ergebnisse liegt darin, daß der in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP gerichtete Flüssigkeitsstrahl vollständig in die Gasform verdampft wird, unmittelbar bevor das Benzin in der Brennkammer GC gezündet wird.

In bezug auf die Art der Benzinzufuhr ist es also mit anderen Worten erforderlich, nicht nur die Vergasung des Benzins im Ansaug- oder Einlaßkanal zu fördern, sondern auch die Vergasung des in die Brennkammer CC gesaugten Benzins« Gerade letzteres hat sich als besonders wichtig im Hinblick auf die Vermeidung unerwünschter Abgasbestandteile, insbesondere von unverbrannten Restgasen bzw. Kohlenwasserstoffen, erwiesen. ■· ■

Allgemein läßt sich feststellen, daß das in die Brennkammer CC bzw. den Zylinder gesaugte Benzin teilweise in feine Teilchen zerstäubt und teilweise in einen Flüssigkeitsfilm umgewandelt wird, während es durch das Einlaßventil IV strömt» Werden die feinen Teilchen in einen Zustand gebracht, in welchem sie im Zylinder schweben, dann erfolgt die Vergasung durch den Wärmeübergang zwischen den Flüssigkeitsteilchen und den umgebenden Gasen, so daß die Vergasungsgeschwindigkeit nur verhältnismäßig gering ist. Werden dagegen die Benzinteilchen mit einer heißen, festen Oberfläche, wie beispielsweise der Innenwandung der Brenn-

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kammer CC, dem die Brennkammer CC nach, unten "begrenzenden Kopfbereich des Kolbens oder dem der Brennkammer CC zugewandten Teil des Auslaßventils in Berührung gebracht, dann werden sie augenblicklich, verdampft, so daß die Vergasungsgeschwindigkeit beträchtlich höher ist.

Fig. 7-A- und- 7B zeigen die Ergebnisse von Vergasungsgeschwindigkeitsberechnungen, welche auf der Grundlage von der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen und Erkenntnissen vorgenommen worden sind, und zwar veranschaulichen Fig. 7 A und 7B jeweils die zur vollständigen Vergasung von Benzintröpfchen mit einem Durchmesser von 100 η erforderliche Zeitspanne bei einem Ansaugbzw. Verdichtungshub des Kolbens einer Brennkraftmaschine. Dabei beziehen sich die Kurven 1 und 3 in Fig. 7-A- bzw. 7B auf den Fall, wobei die Benzintröpfchen in heißen Gasen unter einem Druck von 1 bzw. 11 atm schweben und vergast werden, und die Kurven 2 und 4 in Fig. 7A bzw. 7B auf den Fall, wobei die Benzintröpfchen in Gasen unter einem Druck von 1 bzw. 11 atm mit einer heißen, festen Oberfläche in Berührung gebracht und vergast werden.

Läuft eine Brennkraftmaschine mit einer Hotordrehzahl η = 1.500-U/min, dann dauert jeder Ansaughub ebenso wie jeder Verdichtungshub ^JoO see/ (2 χ I.5OO U/min}7 = 20msec.

Demgegenüber erfordert die vollständige Verdampfung eine Zeitspanne von 3OO bis 160 m see, weil beim Ansaughub die durchschnittliche Temperatur des Benzin/Luft-Gemisches bei 100 bis 150⁰C und der durchschnittliche Druck des Benzin/Luft-Gemisches bei etwa 1 atm (ata) liegen, so daß während des Ansaughubes nur eine geringe Vergasung stattfindet. Da beim Verdichtungshub diese Werte auf 325°C bzw. etwa 11 atm (ata) steigen, wird für die vollständige Vergasung nur eine Zeitspanne von etwa 18 m see be-

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nötigt, so daß die Vergasung während des Verdichtungshubes annähernd beendet werden kann»

Andererseits kann im Falle der mit einer heißen, festen Oberfläche in Berührung gebrachten Benzintröpfchen mit einem Durchmesser von 100/U gemäß den Kurven 2 und 4- in Figo ?A bzxir_o 7B die Vergasung augenblicklich erfolgen und auch abgeschlossen sein» wenn die Temperatur der festen Oberfläche bis in die Höhe des VerdampfungshÖchstgeschwindigkeitspunktes a (Figo ?A) erhöht wird, dem sogenannten "Leydenfrosf'-Punkto Wird die Temperatur der festen Oberfläche auf diesem Wert gehalten, dann bilden die Benzintröpfchen keinen Flüssigkeitsfilm auf der festen Oberfläche, wenn sie damit in Berührung kommen, sondern springen sie als runde Kügelchen in die heißen Gase»

Die geschilderten Untersuchungsergebnisse werden im stationären Zustand der Gase erzielt, und die Vergasungszeiten !herden bis auf zwischen 1/5 und 1/6 der in Fig_o 7A und 7B angegebenen Werte vermindert, wenn die Gase strömen und turbulent irerdeno Aber selbst dann sind die Vergasungszeiten für den Fall der Berührung der Benzintröpfchen mit einer festen Oberfläche sehr viel kürzer als für den Fall des Schiebens der Benzintröpfchen in den Gasen. Auch ist zu berücksichtigen, daß der Durchmesser der in die Brennkammer bzwo den Zylinder zu saugenden bzw. gesaugten Tröpfchen zerstäubten Benzins häufig größer als 100 zu ist. Insbesondere in diesem Fall ist es bei weitem vorteilhafter, die Tröpfchen mit einer festen Oberfläche in Berührung zu bringen. Schließlich ist zu beachten, daß mit steigender Motordrehzahl η die Dauer des Ansaug- und des Verdichtungshubes kürzer als 20 m see wird, so daß die geschilderten Wirkungen noch stärker vorteilhaft ins Gewicht fallen,,

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Die erste Ausführungsform gemäß Pig. 8 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock 1 auf. In einer Zylinderbohrung 11 desselben ist ein Kolben 2 auf- und abbewegbar, welcher durch eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist und im oberen Kopfbereich 20 eine ringförmige Vertiefung 21 aufweist, so daß die Kolbenstirnwand im Längsschnitt gemäß Pig. 8 etwa V-förmig gewellt verläuft. Ein auf den Zylinderblock 1 aufgesetzter, daran befestigter Zylinderkopf 3 ist auf der unteren Seite mit einer konischen Ausnehmung 30 versehen, deren Innenwandung eine Brennkammer 4· nach oben begrenzt und im Längsschnitt gemäß Fig. 8 etwa V-förmig verläuft. In die Ausnehmung 30 münden ein Ansaug- oder Einlaßkanal IP und ein Auslaßkanal EP, wobei in jeder Mündung ein hermetisch schließendes Ein- bzw. Auslaßventil 5 bzw. 8 mit einem Längsschnitt der Gestalt eines umgekehrten T angeordnet ist. Die Ein- und Auslaßventile 5 und 8 werden mittels Nockenwellen jeweils auf- und abbewegt, welche im Zusammenwirken mit der Kurbelwelle synchron mit letzterer umlaufen. Zur Zündung dient eine an einen Zündstromkreis angeschlossene Zündkerze 6, welche mit dem die Zündfunken abgebenden Ende dem oberen Teil der Brennkammer 4- zugewandt ist.

In der Nähe des Einlaßventilsitzes y\ ist brennkammerseitig eine besondere Ausbildung getroffen, wie in Pig. 8 dargestellt. Im Anschluß an den Einlaßventil sit ζ 31 ist eine Ringnut 32 vorgesehen, welche zur ringförmigen Vertiefung 21 des Kolbens 2 hin gerichtet ist. Beim Öffnen des Einlaßventils 5 ergibt sich zwisehen dem Einlaßventilteller 50 und der Eingnut 32 ein Singspalt 33·

Zur Kraftstoffzufuhr ist ein Vergaser 70 mit einer Schwimmer-.; kammer 7*1 u¹¹^. einem darin befindlichen Schwimmer 72, mit einem Venturirohr 73 im Ansaug- oder Einlaßkanal IP und einer

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in dasselbe mündenden Düse 74, und mit einem mit der Schwimmerkammer 71 kommunizierenden Luftkanal 75 vorgesehen«, Stromabwärts vom Venturirohr 73 und von der aus Pig. 8 ersichtlichen Krümmung des Ansaug- oder Einlaßkanals IP ist eine von einem Gaspedal betätigbare Drosselklappe 76 angeordnete

Der Vergaser 70» die Ringnut 32 und der Eingspalt 33 als ringförmiger Leitraum zwischen dem Einlaßventil 5 und der am Einlaßventilsitz 31 ausgebildeten Bingnut 32 bilden eine Kraftstoff zuführeinrichtung 7« Das im Insaug-» oder Einlaßkanal IP vom Vergaser 70 weg strömende Benzin/Luft-Gemisch strömt durch den Eingspalt 33 entlang der Innenwandung der Bingnut 32, um in Form eines Bingstrahles S auf die ringförmige Vertiefung des Kolbens 2 aufzutreffen.

Im Betrieb geschieht im einzelnen folgendes«, Wenn ein Saughub stattfindet und der Kolben 2 sich nach unten bewegt, xtferden die vom Vergaser 70 abgegebenen Tröpfchen flüssigen Benzins durch den Ansaug- oder Einiaßkanal IP und das geöffnete Einlaßventil 5 hindurch in die Brennkammer 4 ge saugt <> Da der Einlaßventilteller 50 in der Ringnut 32 mit zylindrischer Innenwandung, die in der oberen Wand der Brennkammer 4 ausgebildet ist, liegt und also aus der Brennkammer 4 heraus versetzt ist, wird das durch den Eingspalt 33 zwischen dem Einlaßventil 5 bzw. dem Einlaßventilteller 50 und der zylindrischen Innenwandung der Ringnut 32 strömende Gemisch aus Benzintröpfchen und Luft in die Form des Ringstrahles S entlang der zylindrischen Innenwandung der Ringnut 32 gebracht, um auf die ringförmige Vertiefung 21 des Kolbens 2 aufzutreffen.

Da die Oberflächentemperatur des Kopfbereichs 20 des Kolbens 2 im Betrieb gewöhnlich bei 200 bis 300° C liegt, werden Benzine mit ihrer maximalen Verdampfungsgeschwindigkeit vergast und augenblicklich in die Gasform übergeführt, wenn sie als

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Flüssigkeitströpfchen im Eingstrahl S mit der ringförmigen Vertiefung 21 im Kopfbereich 20 des Kolbens 2 in Berührung kommen.

Bei einer Motordrehzahl η = 1500 U/min ergibt sich für den kolben 2 die durchschnittliche Geschwindigkeit ü = η χ L/30 = 1500 χ 0,07/30 = 3»5 m/sec und die maximale Geschwindigkeit IL_1n^. = 1,63 XU= 5*7 m/sec. Die Geschwindigkeit des

IHcUC

Kolbens 2 ist am oberen Totpunkt gleich Null, nimmt den höchsten Wert U bei einem Kurbelwinkel von etwa 80 an und ist am unteren Totpunkt wiederum gleich KuIl. Bei einer Druckdifferenz von 0,01 kg/cm am Einlaßventil 5» also einer solchen Differenz zwischen dem Druck stromaufwärts und dem Druck stromabwärts vom Einlaßventil 5» liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Benzin/Luft-Gemisches in dem vom Einlaßventil 5 kommenden Eingstrahl S bei 40 m/sec, und bei etwa 57 m/sec, wenn am Einlaßventil 5 eine Druckdifferenz von 0,02 kg/cm vorhanden ist. Demzufolge prallt das Benzin/ Luft-Gemisch heftig auf die ringförmige Vertiefung 21 des Kopfbereiches 20 des Kolbens 2 auf, so daß die Benzintröpfchen im Gemisch von der ringförmigen Vertiefung 21 eingefangen werden und anfangen zu verdampfen.

Das Einspritzen des Singstrahles S aus Benzin und Luft mittels des Eingspaltes 33 und der Eingnut 32 als Teile der Kraftstoffzufuhreinrichtung 7i so daß er auf die ringförmige Vertiefung 21 des Kopfbereichs 20 des Kolbens 2 aufprallt und das Benzin dort verdampft und vergast wird, vermittelt den Vorteil, daß die Verbrennung sehr wirksam mit entsprechend verbessertem Kraftstoffverbrauch und reduzierter Emission von unverbrannten, schädlichen Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, erfolgen kann.

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Durch die Ausbildung der ringförmigen Vertiefung 21 des Kolbens 2 derart, daß sich ein mittlerer Vorsprung am Kopfbereich 20 des Kolbens 2 ergibt, ist darüber hinaus der übliche Nachteil vermieden, daß nämlich Benzin im mittleren Bereich der Kolbenstirnfläche zurückbleibt und unverbrannte Restgase verursacht= Da nur eine geringfügige Formänderung in der Nähe des Einlaßventilsitzes 31 er= forderlich ist, kann die erste Ausführungsform gemäß Figo 8 in weiterhin vorteilhafter Weise ohne Schwierigkeiten verwirklicht werden„

Die zweite Ausführungsform gemäß Fig« 9 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine unterscheidet sich nur durch eine andere Art der Kraft stoffzufuhr von der ersten Ausführungsform. Das Benzin wird in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP eingespritzt, und am Einlaßventilteller 50 ist eine Schürze 51 ausgebildet, während die Eingnut 32 am Einlaßventilsitz 31 im unteren Bereich von einem Eingvorsprung 34 umschlossen ist, welcher zur Mitte der Brennkammer 4 hin gerichtet ist.

Die Kraftstoffzuführeinrichtung I07 weist eine Kraftstoffeinsprit zvorrichtung 170 mit einem elektromagnetischen Einspritzventil 171» einer Steuereinheit 172 und einem Luftstrommesser 173 auf. Das Einspritzventil 17I ist ein elektronisch- und luftstromgesteuerter Injektor und spritzt das Benzin in einem Winkel zum Ansaug- oder Einspritzkanal IP nach oben zur Innenwandung desselben» Der Luft Strommesser 173 ermittelt die Geschwindigkeit bzw= den Durchsatz der im Ansaug- oder Einlaßkanal IP strömenden Luft über die Verstellung einer Drehscheibe MP und beaufschlagt die Steuereinheit 172 mit entsprechenden Signalen, xfelche darauf anspricht und das elektromagnetische Einspritzventil I7I mit Einspritzsig-

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nalen und Signalen zur Steuerung der "bei jeder Ladung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen unter Berücksichtigung der Motorkühlwassertemperatur einzuspritzenden Benzinmenge beaufschlagt.

Wie erwähnt, ist der Einspritzventilteller 50 mit einer Schürze 51 versehen und die Ringnut 32 im unteren Bereich von einem Ringvorsprung 34 umschlossen. Weil das von der elektronischen Kraftstoff einspritzvorrichtung 17O zugemessene Benzin/Luft-Gemisch durch das Einlaßventil 5 uncL den parallelen Ringspalt 33 zwischen der Schürze 5I und- der Ringnut 32 zuströmt und als Ringstrahl S auf die ringförmige Vertiefung 21 des Kopfbereichs 20 des Kolbens 2 aufprallt, so daß das Benzin an deren Oberfläche verdampfen kann, ergibt sich auch bei der zweiten Ausführungsform der Vorteil, daß die Verbrennung hochwirksam mit entsprechend verbessertem Kraftstoffverbrauch und unter Vermeidung der Emission von unverbrannten, schädlichen Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, erfolgen kann. Das Benzin ist nämlich zum Zeitpunkt der Zündung im wesentlichen vollständig vergast.

Durch die Ausbildung der Schürze 5I ²^ Einlaßventilteller 50 und des RingvorSprunges 34- am Einlaßventilsitz 3I wird darüber hinaus der parallele Ringspalt 33 erzielt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Benzin/Luft-Gemisches im Ringstrahl S erhöht werden kann, um die Richtung der Strahlströmung zu stabilisieren. Bei der zweiten Ausführungsform kann die Benzinverdampfung noch wirksamer als bei der ersten Ausführungsform erfolgen, was der erwünschten, hochwirksamen Verbrennung und den damit verbundenen, geschilderten Vorteilen zusätzlich zugute kommt. Die Schürze 5I ^cL der Ringvorsprung 34 verstärken also die Einspritz- und Verdampfungseffekte.

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-IS-

Die Schürze 5^ und. der Eingvor sprung 34- werden auf hone Temperaturen erhitzt, weil sie den heißen Gasen in der Brennkammer 4- ausgesetzt sind« Daher kann das zxri.sehen ihnen durchströmende Gemisch bzvj. das darin in Form von Flüssigkeitströpfehen oder als Flüssigkeitsfilm vorhandene Benzin augenblicklich verdampfen _s ohne davon eingefangen zu werden, was eine weitere Steigerung des Verdampfungseffektes bedeutet.

Weil das Benzin an der Oberfläche der Innenwandung der Brennkammer 4- verdampft wird, kann ferner ein x^eniger teueres Einspritzventil I7I verwendet werden« Im Gegensatz zur üblichen Kraftstoffeinspritzung braucht das Einspritzventil I7I selbst das Benzin nicht extrem stark zu zerstäuben.

Gemäß Fig. 10 und 11 kann die zweite Ausführungsform dadurch modifiziert werden, daß man im Ringvorsprung 3^ am Einlaßventilsitz 3I eine Quernut 35 vorsieht, und zwar in der Nähe des Auslaßventils 8. Aufgrund dessen, daß die Quernut 35 in dem der unteren, ebenen Oberfläche des Auslaßventiltellers zugewandten Bereich des Eingvorsprungs angeordnet ist, prallt der Eingstrahl S aus Benzin/Luft-Gemisch nicht nur auf die ringförmige Vertiefung 21 des Kopfbereichs 20 des Kolbens 2, x-jie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9j sondern auch mit dem Teil, welcher die Quernut 35 durchströmt hat, zumindest teiltreise auf die untere, ebene Oberfläche des Auslaßventiltellers, wie in Fig. 11 dargestellt. Diese xri.rd also ebenfalls zu Verdampfungszxiecken ausgenutzt. Die Oberfläche für die Benzinverdampfung ist dementsprechend größer, so daß mehr Benzin verdampft werden kann.

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Außerdem ist es bei der Variante gemäß Fig. 10 und 11 der zweiten Ausführungsform möglich, die Quernut 35 derart im Ringvorsprung 34- anzuordnen bzw. auszubilden, daß das durch das Einlaßventil 5 geströmte Benzin/Luft-Gemisch zum Teil unmittelbar in die Nähe der Zündkerze 6 gelangt und die Zündung erleichtert wird, oder daß die Innenwandung der Brennkammer 4- zwischen dem Einlaßventil 5 und dem Auslaßventil 8, also im Brückenbereich BP, heruntergekühlt werden kann.

Bei der Variante gemäß Fig. 10 und 11 muß das Auslaßventil 8 geschlossen werden, bevor das Einlaßventil 5 öffnet. Andernfalls, wenn also das Einlaßventil 5 und das Auslaßventil 8 während einer bestimmten Zeitspanne gleichzeitig geöffnet wären, bestünde die Gefahr, daß ein durch das Einlaßventil 5 hindurch zuströmendes, neues Benzin/Luft-Gemisch in demselben Zustand durch das Auslaßventil 8 hindurch abgeht, ohne irgendeine Arbeit zu leisten.

Es muß nicht unbedingt ein geneigtes, elektromagnetisches Einspritzventil 171 vorgesehen sein, welches das Benzin schräg nach oben in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP einspritzt. Bei der zweiten Variante gemäß Fig. 12 der zweiten Ausführungsform ist stattdessen ein einen großen Einspritzwinkel gewährleistendes Wirbel- oder Prallkörper-Einspritzventil 171' so im Ansaug- oder Einlaßkanal IP angeordnet, daß das Benzin zur gesamten Innenwandung des Ansaugoder Einlaßkanals IP hin eingespritzt wird. Auf diese Weise ergibt sich der weitere Vorteil, daß das Benzin noch gleichmäßiger verdampfen kann und die Verbrennung dementsprechend noch gleichmäßiger möglich ist.

Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 13 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird das Benzin im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform unmittelbar in die Brenn-

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kammer 4 eingespritzt. Dazu dient eine Kr aft stoff zufuhr einrichtung 207 mit einem Wirbel-Einspritzventil 270, welches sich durch den Zylinderkopf 3 erstreckt und mit der Einspritzöffnung 27Ί der Brennkammer 4- zugewandt ist, mit einem nicht dargestellten, demjenigen der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 9 ähnlichen Luftstrommesser zur Feststellung der in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP gesaugten Luftmenge, mit einem nicht gezeigten Motordrehzahlmesser, mit einer nicht wiedergegebenen Steuereinheit, welche auf die Signale des Luft strommess er s und des Motordrehzahlmessers anspricht und Signale zur Steuerung der entsprechend den Motorbetriebsbedingungen unter Berücksichtigung der Motorkühlwassertemperatur einzuspritzenden Benzinmenge erzeugt, und mit einer nicht dargestellten Kraftstoffspeisevorrichtung, welche dem Wirbel-Einspritzventil 270 eine solche Menge an Benzin unter Druck zukommen läßt, wie den Steuersignalen der Steuereinheit entspricht.

Im Wirbel-Einspritzventil 270 gelangt das von der Kraftstoffspeisevorrichtung unter Druck gelieferte Benzin tangential in eine Wirbelkammer 272, und zwar durch tangential mündende Verbindungskanäle hindurch, so daß sich in der Wirbelkammer eine starke Wirbelströmung ergibt und ein dünner Benzinfilm in einem großen Einspritzwinkel von der Einspritzöffnung zur ringförmigen Vertiefung 21 des Kopfbereiches 20 des Kolbens 2 hin eingespritzt wird, um dort beim Aufprall augenblicklich an der Oberfläche derselben zu verdampfen, so daß zum Zeitpunkt der Zündung die Verdampfung im wesentlichen vollständig abgeschlossen ist. Auch bei der dritten Ausführungsform kann also die Verbrennung hochwirksam mit entsprechend verbessertem Kraftstoffverbrauch unter Vermeidung der Emission von unverbrannten, schädlichen Restgasen, wie Kohlenwasserstoffen, erfolgen, ebenso wie die anderen, oben zur ersten und zweiten Ausführungsform und deren Variantenhervor=

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gehobenen Vorteile erzielbar sind.

Da weiterhin der dünne Benzinfilm im günstigsten Winkel von der günstigsten Stelle her zur ringförmigen Vertiefung 21 des Kopfbereiches 20 des Kolbens 2 hin eingespritzt werden kann, läßt sich in besonders vorteilhafter Weise eine überaus gleichmäßige Verdampfung erzielen. Das direkte Kraftstoffeinspritzen in die Brennkammer 4 verbessert auch die Ansprechempfindlichkeit der Brennkraftmaschine, und es kann auch kein Benzin im Ansaugoder Einlaßkanal IP verbleiben.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, das Wirbel-Einspritzventil 270 zu verwenden, sondern es kann vielmehr irgendein Einspritzventil benutzt werden, wenn es nur einen großen Einspritzwinkel gewährleistet. So können beispielsweise die Einspritzventile gemäß Fig. 14- und 15 verwendet werden.

Beim Einspritzventil nach Fig. 14- ist in einem Düsengehäuse VB ein Düsenkörper MM mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Nut SG im Außenumfang angeordnet, um das Benzin unter Aufbringen einer Zentrifugalkraft schraubenlinienartig zu führen, so daß ein dünner Benzinfilm mit großem Einspritzwinkel von einer Düsenöffnung NO eingespritzt werden kann. Beim Einspritzventil gemäß Fig. 15 handelt es sich um ein Prallkörper-Einspritzventil, wobei das Benzin von der Düsenöffnung NO gegen eine Prallplatte CP gespritzt wird, welche mittels einer Stange BM an einem im Düsengehäuse VB angeordneten Zwischenkörper IM befestigt ist, so daß der dünne Benzinfilm mit großem Einspritzwinkel eingespritzt werden kann, ausgebreitet durch die Prallplatte CP.

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Bei der vierten Ausführungsform gemäß Figo 16 und 17 der erfindungsgemaßen Brennkraftmaschine besteht die Brennkammer aus einer Hauptbrennkammer 40 und einer Hilfsbrennkammer 41_β Das Benzin wird mittels einer Kraftstoffzuführeinrichtung 307 mit Wirbel-Einspritzventil 370 in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzt, um an der Oberfläche der Innenwandung derselben zu verdampfen,, Die Haupt brennkammer 40 ist durch einen Verbindungskanal 42 mit der Hilfsbrennkammer 41 verbunden, welcher tangential in letztere mündet, so daß die in die Hauptbrennkammer 40 gesaugte Luft tangential in die HiIfsbrennkammer 41 eingeführt und darin eine starke Wirbelströmung SF hervorgerufen wird, wie in Fig₀ 16 und 17 durch Pfeile angedeutete Die Hilfsbrennkammer 41 und die Hauptbrennkammer 40 haben dasselbe Yolumen_o

Der auf- und abbewegbare, die Hauptbrennkammer 40 nach unten begrenzende Kolben 2 ist brennkammerseitig am oberen Kopfbereich 20 mit im Querschnitt dreieckigen Rippen 22 versehen, ifelche sich parallel zur Längsrichtung des tangentialen Verbindungskanals 42 erstrecken Weiterhin weist der Kolben 2 im Kopfbereich 20 eine brennkammerseitige Vertiefung 23 auf, Xfelche in der Nähe des Verbindungskanals 42 angeordnet und so ausgebildet ist, daß die tiefste Stelle dem Verbindungskanal 42 gegenüberliegt und die Vertiefung 23 zum Umfangsrand hin allmählich flacher wird, um in die Rippen 22 überzugehen, wie Fig. 17 besonders deutlich zeigt«

Die Zündkerze 6 ist so angeordnet, daß das die Zündfunken abgebende Ende 60 in die Hilfsbrennkammer 41 mündet, und zwar im Wirbelzentrum VC der darin hervorgerufenen Wirbelströmung SF.

Das demjenigen der dritten Ausführungsform gemäß Figo 13 ähnliche Wirbel-Einspritzventil 37Ο der Kraftstoffzufuhr-

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einrichtung 307 mündet mit der Einspritzöffnung in die Hilfsbrennkammer 41, und zwar in der Nähe der Zündkerze 6, so daß ein dünner Benzinfilm in einem weiten Einspritzwinkel von 90 bis 120° eingespritzt wird, um im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer 41 zu befeuchten, wie in S¹Ig. 17 angedeutet.

Das Benzin wird am Ende des Ansaughubes oder zu Beginn des Verdichtungshubes des Kolbens 2 vom Wirbel-Einspritzventil 370 eingespritzt, wobei der erwähnte Einspritzwinkel bei weitem größer als bei den üblichen Einspritzventilen ist, so daß das gesamte Benzin augenblicklich an der Oberfläche der Innenxvandung der HiIfsbrennkammer 41 vergast, welche auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist. Die Vergasungsgeschwindigkeit beträgt das Mehrfache derjenigen Vergasungsgeschwindigkeit, die bei der Benzinvergasung in einem heißen Gas zu beobachten ist, und kann bis zu zehn oder sogar mehrere zehn mal so groß sein.

Gemäß Fig. 16 ist die Hilfsbrennkammer 41 so gestaltet, daß die Wirbelströmung SF ohne weiteres hervorgerufen wird, und zwar mit hoher Drehgeschwindigkeit beim Verdichtungshub des Kolbens 2 durch die tangentiale Strömung TF aus der Hauptbrennkammer 40 in die HiIfsbrennkammer 41. Die Wirbelströmung SF bringt infolge der damit verbundenen Zentrifugalkräfte die in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzten Benzintröpfchen mit deren heißer Innenwandung in Berührung, an deren Oberfläche sie augenblicklich verdampfen, so daß die Benzindämpfe in der Wirbelströmung SF mit herumgewirbelt werden. Es gelangt kein flüssiges Benzin während des Verdichtungshubes des Kolbens 2 in die Hauptbrennkammer 40.

Wenn der wirksame Querschnitt des Verbindungskanals 42 zwischen der Hauptbrennkammer 40 und der Hilfsbrennkammer 41

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nur genügend groß gemacht ifird, dann wird die Druckdifferenz zwischen der Haupfbrenakammer 40 und der Hilfsbrennkammer 41 so klein, daß in der Hilfsbrennkammer 41 keine natürliche Wirbelströmung SF entsteht, sondern vielmehr eine erzwungene Wirbelströmung SF, wobei der Inhalt der Hilfsbrennkammer 41 sozusagen als fester Körper im Ganzen rotiert. Jedoch ergibt sich sowohl bei einer natürlichen als auch bei einer erzwungenen Wirbelströmung SF das in Fig. 17 angedeutete Wirbelzentrum VC Da die Geschwindigkeit des strömenden Benzin/Luft-Gemisches im Wirbelζentrum YC gleich Null ist₉ kann das Gemisch aus Benzindämpfen und Luft in der Hilfsbrennkammer 41 ohne Schwierigkeiten gezündet werden, wenn die Zündkerze 6 im Wirbelzentrum YC ange= ordnet wird, wie in Figo 16 und 17 dargestellte Das gezündete und in der Hilfsbrennkammer 41 explodierte Gemisch strömt als Flammenstrahl durch den Verbindungskanal 42 in die Hauptbrennkammer 40.

Der Kolben 2 weist im Kopf bereich 20 brennkammerseitig in Richtung der Strömung vom Verbindungskanal 42 her verlaufende Nuten auf, welche die erwähnten Hippen 22 mit jeweils dreieckigem Querschnitt bilden» Da die Höhe der Rippen 22 größer als die.Dicke von etwa 1 bis 5 nim der thermischen Grenzschicht an der Stirnfläche des Kolbens 2 ist, werden die Spitzen der dreieckigen Rippen 22 auf eine hohe Temperatur aufgeheizt, und durch Wärmeleitung von den Spitzen iier wird auch die Temperatur an den Wurzeln der Rippen 22 entsprechend erhöhte

Infolge der Temperaturerhöhung in den Rippen 22 wird die Dicke der Abkühlungsschicht der Hauptbrennkammer 40 so vermindert, daß der Flammenstrahl den Raum zwischen der oberen Innenwandung der Hauptbrennkammer 40 und dem Kopfbereich 20 des Kolbens 2 durchdringen kann, ohne abgekühlt

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zu werden. Da der Flammenstrahl sich, jedoch, mit der in der Hauptbrennkammer 40 enthaltenen Luft beim Eintritt in die Hauptbrennkammer 40 vermischt, wird seine !Temperatur niedriger als diejenige, die der Flammenstrahl beim Verlassen der Hilfsbrennkammer 41 aufweist, so daß die Erzeugung von Stickoxyden in der Hauptbrennkammer 40 verhindert ist, aber dennoch keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe darin zurückbleiben, sondern das Benzin vollständig und vollkommen verbrannt wird.

Wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Leistung betrieben wird, dann wird das Benzin in die Hilfsbrennkammer 41 im Zeitintervall zwischen dem Ende des Ansaughubes und dem Beginn des Verdichtungshubes des Kolbens 2 eingespritzt. In diesem Fall ist es einigen feinen, nicht mit der Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer 41 in Berührung kommenden Benzintröpfchen möglich, in die Hauptbrennkammer

40 zu gelangen, so daß in der Hilfsbrennkammer 41 ein im wesentlichen aus Benzindämpfen und Luft bestehendes Gemisch und in der Hauptbrennkammer 40 ein im wesentlichen aus feinen Benzintröpfchen und Luft bestehendes Gemisch zubereitet wird, was eine Leistungssteigerung bewirkt. Wird dagegen die Brennkraftmaschine mit niedriger Leistung betrieben, dann erfolgt die Einspritzung des Benzins während des Verdichtungshubes des Kolbens 2. In diesem Fall wird nur das Gemisch aus Benzindämpfen und Luft in der Hilfsbrennkammer

41 zubereitet, und wird der Hauptbrennkammer 40 nur Luft zugeführt, so daß die Leistung entsprechend vermindert ist.

Durch entsprechende Einstellung der Einspritzung des Benzins in zeitlicher und mengenmäßiger Hinsicht läßt sich also das Benzin/Luft-Verhältnis in der Hilfsbrennkammer 41 auf dem für die Zündung richtigen Niveau halten, und kann die Leistung der Brennkraftmaschine über einen weiten Bereich vari-

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iert werden. Da ferner die Hilfsbrennkammer 41 aufgrund ihrer Konstruktion eine erhöhte Klopfgrenze gewährleistet, kann der Kraftstoffverbrauch weiterhin vermindert werden, und zwar durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses ο Auch kann gewünschtenfalls eine Yorverdichtung erfolgen=

Auch bei der vierten Ausführungsform gemäß Figo 16 und 17 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine findet also eine Benzinverdampfung an einer heißen, festen Oberfläche statt, ähnlich wie bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform, und zwar wird das Benzin an der Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer 41 verdampft, so daß eine hochwirksame Verbrennung mit entsprechend verbessertem Kraftstoff verb-rauch und verhinderter Emission von unverbrannten, schädlichen Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, ermöglicht ist ο

Die fünfte Ausführungsform gemäß Pig= 18 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine unterscheidet sich dadurch von der vierten Ausführungsform, daß das Benzin der Hilfsbrennkammer 41 mittels einer Kraftstoffzufuhreinrichtung 407 zugeführt wird, welche einen nicht dargestellten Vergaser und ein Einlaßventil 470 für die Hilfsbrennkammer 41 statt des Wirbel-Einspritzventils 370 der vierten Ausführungsform aufweist. Beim Vergaser handelt es sich um einen solchen, wie er in Verbindung mit der ersten Ausführungsform gemäß Fig= 8 geschildert ist, und die der Drosselklappenstellung entsprechende Menge an Benzin/Luft-Gemisch strömt in einem weiten Winkel in die Hilfsbrennkammer 41, ausgebreitet durch den Einlaßventilteller 471„

Da das Benzin an der Oberfläche der Innenwandung der Hilfsbrennkammer 41 ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform verdampft, wird im Betrieb ebenfalls der Vorteil erzielt,

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daß die Verbrennung hochwirksam erfolgen kann, mit entsprechender Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und Verhinderung der Emission von schädlichen, unverbrannten Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen. Auch ergeben sich die in Verbindung mit der vierten Ausführungsform sonst noch geschilderten Vorteile.

Bei der sechsten Ausführungsform gemäß Fig. 19 bis 21 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung. Gemäß Fig. 19 ist der in der zugehörigen Zylinderbohrung des Zylinderblocks 1 mit aufgesetztem und daran befestigtem Zylinderkopf 3 auf- und abbewegbare Kolben 2 durch eine Pleuelstange 7^ mit der nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden. Die Brennkammer besteht wiederum aus einer Hilfsbrennkammer 41 und einer Hauptbrennkammer 40.

Im oberen Kopfbereich 74-1 des Kolbens 2 ist eine Vertiefung 742 ausgebildet, so daß sich die Hauptbrennkammer 40 kleinen Volumens zwischen der Vertiefung 74-2, der Zylinderbohrung und dem Zylinderkopf 3 ergibt. Die Vertiefung 74-2 ist gemäß Fig. 19 so gestaltet, daß die tiefste Stelle dem tangential en Verbindungskanal 7^3 zwischen Hauptbrennkammer 40 und Hilfsbrennkammer 41 gegenüberliegt und die Vertiefung 742 zum Umfangsrand hin flacher wird. Im Zylinderkopf 3 ist der Ansaug- oder Einlaßkanal IP ausgebildet, welcher mit der Mündung 744 in die Hauptbrennkammer 40 führt, ebenso wie der nicht dargestellte Auslaßkanal mit seiner Mündung. Das Einlaßventil 5 und das nicht dargestellte Auslaßventil öffnen und verschließen jeweils die Mündung 744 des Ansaug- oder Einlaßkanals IP bzw. die Mündung des Auslaßkanals zu vorgegebenen Zeitpunkten synchron mit dem Kurbelwellenumlauf. Durch den Ansaug- oder Einlaßkanal IP hindurch gelangt Luft

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über ein Luftfilter A^ und ein Luftventil Ap in die Hauptbrennkammer 40 α

Die Hilfsbrennkammer 41 ist im Zylinderkopf 3 oberhalb der Hauptbrennkammer 40 ausgebildet und weist ein größeres Volumen auf. Die Längsachse des tangentialen Verbindungskanals 743 zwischen der Hauptbrennkammer 40 und der Hilfsbrennkammer 41 erstreckt sich tangential zur Innenwandung 745 der letzteren, so daß die in die Hauptbrennkammer 40 eingeführte Luft durch den Verbindungskanal 743 tangential in Richtung des Pfeiles 29 auch in die Hilfsbrennkammer 41 eingeführt wird, um darin eine starke, schnell drehende Wirbelströmung 745 Zustandekommen zu lassen, xtfie in Fig» 19 dargestellt.

Die Kraftstoff zuführeinrichtung weist ein Wirbel-Einspritzventil 748, dessen Einspritzöffnung 747 in die Hilfsbrennkammer 41 mündet, einen nicht dargestellten LuftStrommesser zur Feststellung der in den Ansaug- oder Einlaßkanal IP gesaugten Luftmenge, einen nicht gezeigten Motordrehzahlmesser, eine nicht wiedergegebene, auf die Signale des Luftstrommessers und des Motordrehzahlmessers ansprechende und Signale zur Steuerung der entsprechend den Motorbetriebsbedingungen unter Berücksichtigung der Motorkühlwassertemperatur einzuspritzenden Benzinmenge abgebende Steuereinheit, und eine nicht dargestellte Kraftstoffspeisevorrichtung auf, iirelche Benzin unter Druck in einer solchen Menge dem Wirbel-Einspritzventil 748 zuführt, wie den Steuersignalen der Steuereinheit entspricht»

Das Wirbel-Einspritzventil 748 mit elektromagnetischer oder elektronischer Steuerung ist aus Figo 20 und 21 ersichtlich. Das von der Kraftstoffspeisevorrichtung zugeführte Benzin wird durch Verbindungskanäle 750 tangential in eine Wirbel-

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kammer 74-9 eingeführt, um in der Wirbelkammer 74-9 eine intensive, starke Wirbelströmung Zustandekommen zu lassen, so daß beim Abheben einer Ventilnadel 751 vom zugehörigen Sitz ein dünner Benzinfilm über die gesamte Oberfläche der Innenwandung 74-5 der Hilf sbrennkammer 41 in einem weiten Einspritzwinkel von beispielsweise zwischen 90 und 120 aus der Einspritzöffnung 74-7 des Wirbel-Einspritzventils 748 gespritzt wird.

Die Zündkerze 6 ist gemäß Fig. 19 in der Nähe des Wirbel-Einspritzventils 743 so angeordnet, daß das die Zündfunken abgebende Ende 60 dem Wirbelzentrum 753 der Wirbelströmung 746 in der HiIfsbrennkammer 41 zugewandt ist.

Das Benzin wird am Ende des Ansaughubes oder zu Beginn des Verdichtungshubes des Kolbens 2 vom Wirbel-Einspritzventil 748 eingespritzt, welches das zerstäubte Benzin mit einem sehr viel weiteren Einspritzwinkel einspritzen kann, als die üblichen Einspritzventile, so daß das gesamte Benzin auf der Oberfläche der Innenwandung 74-5 der Hilf sbrennkammer 41, welche auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist, abrupt zuverlässig verdampft und vergast. Die Vergasungsgeschwindigkeit ist so um ein Mehrfaches höher als bei der Vergasung von Benzintröpfchen, welche in heißen Gasen schweben. Sie kann sogar bis mehrere zehn mal so hoch sein.

Gemäß Pig. 19 ist die Hilfsbrennkammer 41 so gestaltet, daß die Wirbelströmung 74-6 mit hoher Drehgeschwindigkeit sich darin ohne weiteres ausbilden kann, und zwar infolge der beim Verdichtungshub des Kolbens 2 aus der Hauptbrennkammer 40 tangential durch den tangentialen Verbindungskanal 74-3 in die Hilfsbrennkammer 41 gelangenden Strömung.

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Aufgrund der in die Hilfsbrennkammer 41 von der Hauptbrennkammer 40 her eingeführten Wirbelströmung 746 werden die in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzten Benzintröpfchen mit der Wirbelströmung 746 zusammen herumgewirbelt, bis sie in Berührung mit der Oberfläche der Innenwandung 745 der Hilfsbrennkammer 41 gelangen, und zwar aufgrund der Zentrifugalkräfte in der Wirbelströmung 746, so daß sie augenblicklich verdampfen» Die Benzindämpfe vermischen sich mit der angesaugten Luft in ausreichendem Ausmaß» Beim Verdichtungshub des Kolbens 2 rotiert die Wirbelströmung 746 in der Hilfsbrennkammer 41 so intensiv, daß sie nicht in die Hauptbrennkammer 40 eintritt. Vielmehr findet während des Verdichtungshubes des Kolbens 2 eine Strömung von der Hauptbrennkammer 40 in die Hilfsbrennkammer 41 statt, wie erwähnt» Wenn die Druckdifferenz zwischen der Hauptbrennkammer 40 und der Hilfsbrennkammer 41 dadurch gering genug gemacht wird, daß man den wirksamen Querschnitt des Verbindungskanals 743 dazwischen ausreichend groß macht, dann ergibt sich in der Hilfsbrennkammer 41 keine natürliche Wirbelströmung 746, sondern vielmehr eine erzwungene Wirbelströmung 746, welche wie ein fester Körper als Ganzes rotiert= In beiden Fällen ist jedoch das Wirbelzentrum 753 gemäß Figo 19 in der Hilfsbrennkammer 41 zu beobachten«.

Die Drehgeschwindigkeit des Gemisches aus Benzindämpfen und Luft in der Hilfsbrennkammer 41 ist im Wirbelzentrum 753 gleich Null, so daß es dann ohne Schwierigkeiten gezündet werden kann, wenn die Zündkerze 6 im Wirbelzentrum 753 angeordnet ist, wie in Fig» 19 dargestellt» Das gezündete und in. der Hilfsbrennkammer 41 explodierte Gemisch strömt als Flammenstrahl in die Hauptbrennkammer 40, und zwar durch den tangentialen Verbindungskanal 743 hindurch, bis der Flammenstrahl die gesamte Oberfläche der Hauptbrennkammer 40 aufgrund seiner eigenen Kraft erreicht» Beim Eintritt in die

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Hauptbrennkammer 40 vermischt er sich mit der darin befindlichen Luft, so daß seine Temperatur unter diejenige Temperatur absinkt, welche der Flammenstrahl beim Austreten aus der Hüfsbrennkammer 41 hat. Dieses hat zur Folge, daß die Erzeugung von Stickoxyden in der Hauptbrenn kamm er 40 vollständig unterdrückt wird, darin jedoch keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe zurückbleiben.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Leistung wird das Benzin im Zeitintervall zwischen dem Ende des Ansaughubes und dem Beginn des Verdichtungshubes des Kolbens 2 in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzt. In diesem Fall gelangen einige Benzintröpfchen geringer Größe, welche nicht mit der Oberfläche der Innenwandung 7^5 der Hilfsbrennkammer 41 in Berührung kommen, in die Hauptbrennkammer 40, so daß in der Hilfsbrennkammer 41 ein Gemisch aus Luft und Benzindämpfen und in der Hauptbrennkammer 40 ein Gemisch aus feinen Benzintröpfchen und Luft entsteht, somit die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht ist. Wenn dagegen die Brennkraftmaschine mit niedriger Leistung betrieben wird, dann wird das Benzin während des Verdichtungshubes des Kolbens 2 in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzt. In diesem Fall entsteht in der Hilfsbrennkammer 41 ein Gemisch aus Benzindämpfen und Luft, während in der Hauptbrennkammer 40 lediglich Luft vorhanden ist, so daß die Leistung der Brennkraftmaschine vermindert ist.

Die sechste Ausführungsform vermittelt also vor allem die hervorragenden Vorteile, daß im Betrieb das Benzin/Luft-Verhältnis in der Hilfsbrennkammer 41 durch Einstellen der einzuspritzenden Benzinmenge und des Einspritzzeitpunktes auf dem für die Zündung richtigen Wert gehalten werden kann, wobei dennoch die Leistung der Brennkraftmaschine über einen weiten Bereich variiert werden kann. Weil weiterhin die Hilf s-

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brennkammer 41 aufgrund ihrer Konstruktion eine hohe Klopfgrenze gewährleistet, kann der Kraftstoffverbrauch durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses weiter vermindert werden, und ist gewünschtenfalls auch eine Vorverdichtung möglich.

Auch bei der sechsten Ausführungsform ergibt sich also der grundsätzliche, in der Praxis bedeutsame Vorteil, daß das Benzin wirksam und genau an der Oberfläche der Innenwandung 745 der Hilfsbrennkammer 41 verdampft wird, um eine hochwirksame Verbrennung mit entsprechend verbessertem Kraftstoffverbrauch unter Vermeidung der Emission von schädlichen, unverbrannten Restgasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, und von Stickoxyden zu ermöglichen, ferner den Betrieb der Brennkraftmaschine stabilisieren und glätten zu können»

Auch bei der siebten Ausführungsform gemäß Figo 22 bis 24 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird das zugeführte Benzin an der Oberfläche der Innenwandung 74-5 der Hilfsbrennkammer 41 verdampft. Zur Führung des in der Hilfsbrennkammer 41 erzeugten Flammenstrahls in dem engen Zwischenraum 756 zwischen der oberen Innenwandung der Hauptbrennkammer 40 und dem benachbarten, oberen Kopf bereich 755 des Kolbens 2 sind am Kopf bereich 755 Rippen 757 ausgebildet, welche auch Wärmeübertragungszwecken dienen.

Die die Hauptbrennkammer 40 nach unten begrenzende Stirnfläche des Kopfbereiches 755 des Kolbens 2 ist im großen und ganzen eben. Die Rippen 757 weisen jeweils einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf und erstrecken sich radial vom Verbindungskanal 74-3 weg, dabei parallel zur Längsrichtung des Verbindungskanals 7^3 verlaufend. Die dreieckigen Rippen 757 sind mit Hilfe von Hüten 758 hervorgebracht,

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welche ebenfalls jeweils einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Die dreieckigen Rippen 757 sind höher als die Dicke von etwa 1 bis 3 mm der thermischen Grenzschicht oberhalb der Stirnfläche des Kolbens 2, so daß die Spitzen der Rippen 757 sich im Betrieb auf eine hohe Temperatur aufheizen und aufgrund von Wärmeleitung auch die Wurzeln der Rippen 757 eine entsprechend hohe Temperatur annehmen. Wie aus Pig. 24 besonders deutlich ersichtlich, sind die Rippen 757 am Kopfbereich 755 des Kolbens 2 so angeordnet, daß sie sich aus der Nähe des tangentialen Verbindungskanals 74-3 zum Umfangsrand erstrecken. Ferner sind sie gemäß Fig. 22 so ausgebildet, daß sie neben dem Verbindungskanal 74-3 sm tiefsten sind und dann allmählich zum Umfangsrand hin flacher werden.

Der aus der Hilf sbrennkammer 41 durch den Verbindungskanal 74-3 hindurch in die Hauptbrennkammer 40 gelangende Flammenstrahl wird zuverlässig und ohne Abkühlung durch den gegenüberliegenden, engen Zwischenraum 756 zwischen der oberen Innenwandung der Hauptbrennkammer 40 und dem oberen Kopfbereich 755 des Kolbens 2 geführt, und zwar aufgrund der Verminderung der Dicke der Kühlschicht in der Hauptbrennkammer 40 infolge der Temperaturerhöhung in den Rippen 757 und wegen deren Führungseigenschaft, so daß der Flammenstrahl die gesamte Oberfläche der Hauptbrennkammer 40 noch tiefer erreichen kann, als bei den entsprechenden, erörterten Ausführungsformen ohne solche Rippen 757· Die Fortpflanzung des Flammenstrahles in die Hauptbrennkammer 40 ist also weiterhin verbessert. Im übrigen wird, wie bei den vierten bis sechsten Ausführungsformen der Fall, auch bei der siebten Ausführungsform das Benzin an der Oberfläche der Innenwandung 74-5 der Hilf sbrennkammer 41 verdampft und eine. entsprechend hochwirksame Verbrennung mit entsprechend verbessertem

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Kraftstoffverbrauch, und verhinderter Emission von schädlichen, unverbrannten Restgasen, wie Kohlenwasserstoffen, und Stickoxyden ermöglichtο Auch die anderen, dazu geschilderten Vorteile werden erzieltο

Wenn auch bei der siebten Ausführungsform gemäß Figo 22 bis 24 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine die Rippen 757 am Kopfbereich 755 des Kolbens 2 ausgebildet sind, welcher die Hauptbrennkammer 40 nach unten begrenzt, so sind doch Abwandlungen möglich, beispielsweise die aus Figo 25 und 26 ersichtlichen Varianten» Bei derjenigen nach Fig» 25 sind die Rippen 757 an der unteren Innenwandung 759 des Zylinderkopfes 3 ausgebildet, welche die obere Innenwandung der Haupt-■brennkammer 40 bildet» Die zweite Variante gemäß Figo 26 stellt eine Kombination derjenigen nach Figo 25 und nach Figo 22 bis 24 dar. Es sind sowohl an der oberen Innenwandung als auch an der unteren Innenwandung der Hauptbrennkammer 40, also an der unteren Innenwandung 759 des Zylinderkopfes 3 und am Kopfbereich 755 des Kolbens 2 jeweils Rippen 757 ausgebildet, welche parallel zur Längsrichtung des Verbindungskanals 743 verlaufen* Diese Varianten gewährleisten dieselben Vorzüge, wie in Verbindung mit der siebten Ausführungsform nach Figo 22 "bis 24- geschildert =

Auch sind Abwandlungen hinsichtlich der kombinierten Anordnung von Rippen und Vertiefung möglich, beispielsweise die Varianten gemäß Fig_o 27 und 28= Bei der Variante gemäß Fig» 27 sind an der die obere Innenwandung der Hauptbrennkammer 40 bildenden, unteren Innenwandung 760 des Zylinderkopfes 3 eine Vertiefung 761 und Rippen 762 ausgebildet, welche dem Verbindungskanal 743 entsprechend angeordnet sind» Bei der weiteren Variante gemäß Fig„ 28 sind sowohl an der oberen Innenwandung als auch an der unteren Innenwandung der Hauptbrennkammer 40, also an der unteren Innenwandung 760 des

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Zylinderkopfes 3 und am Kopfbereich des Kolbens 2 jeweils eine Vertiefung 761 und Kippen 762 ausgebildet. Auch diese Varianten gewährleisten dieselben Vorzüge, wie die bereits geschilderten, verwandten Ausführungsformen.

Die Eippenquerschnittsgestalt muß nicht unbedingt dreiekkig sein. Vielmehr sind auch andere Querschnittsformen möglich, beispielsweise ein trapezförmiger, kreisbogenförmiger oder rechteckiger Rippenquerschnitt, wenn nur das erforderliche Wärmeübertragungsvermögen sichergestellt ist. Weiterhin muß nicht unbedingt das Wirbel-Einspritzventil 748 gemäß Pig. 20 und 21 verwendet v/erden, sondern sind auch insoweit Abwandlungen möglich. Beispielsweise können die Einspritzventile gemäß Fig. 29 bis 32 benutzt werden» Bei dem Einspritzventil gemäß Fig. 29 handelt es sich um ein solches mit einer Pralldüse 764, mittels welcher das Benzin in Form eines Flüssigkeitsfilmes mit weitem Einspritzwinkel in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzt wird, indem die durch Einspritzöffnungen 763 hindurch eingespritzten Benzinstrahlen aufprallen gelassen werden.

Das Einspritzventil gemäß Fig. 30 weist eine Umlenkdüse auf, wobei das Benzin auf eine stromabwärts von einer Einspritzöffnung 765 vorgesehene Umlenknase 766 zur Änderung der Sichtung des eingespritzten Benzinstrahles aufprallt, so daß das Benzin in Form eines Flüssigkeitsfilmes mit weitem Einspritzwinkel in die Hilfsbrennkammer 41 eingespritzt wird. Das Einspritzventil gemäß Fig. 31 weist eine Hohldüse mit mindestens einer Bohrung auf, mittels welcher das Benzin aus Einspritzöffnungen 768 zur Innenwandung 745 der Hilfsbrennkammer 41 gespritzt wird, um deren Oberfläche zu befeuchten. Das Einspritzventil gemäß Fig. 32 schließlich ist mit einer Divergierdüse 791 versehen, mittels welcher das Benzin in einem weiten Einspritzwinkel eingespritzt wird,

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wozu die Ventilnadel 751 einen konischen, divergierenden Endabschnitt 790 aufweist»

Schließlich, ist es zur Verwirklich~ung der Erfindung
durchaus auch möglich, die geschilderten bzw« dargestellten Ausführungsformen und Varianten miteinander zu kombinieren.

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-i/H-.

Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGFlNS

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Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, 80/8701

Ok

2-12, Hisakata, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken

Ansprüche

( Λ J Brennkraftmaschine mit einem in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben zum Drehen einer Kurbelwelle, mit einer vom Zylinder, Kolben sowie einem Zylinderkopf begrenzten Brennkammer, in welche ein Ansaug» oder Einlaßkanal und ein Auslaßkanal mit einem Einlaß- bzw_o Auslaßventil münden, mit einer mit dem Zündungsende der Brennkammer zugewandten Zündvorrichtung, und mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung zur Zufuhr einer bestimmten Kraftstoffmenge zur Brennkammer, g e kennzeichnet durch eine solche Ausgestaltung, daß der von der Kraftstoffzuführeinrichtung (7; 107; 207; 307; 407) abgegebene Kraftstoff mit einer festen Oberfläche in der Brennkammer (4; 40, 41), welche durch die Verbrennungen in der Brennkammer (4; 40, 41) auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist, in Berührung kommt und dort verdampft_o
2. Brennkraftmas chine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die heiße, feste Oberfläche von dem die Brennkammer (4) begrenzenden Kopfbereich (20) des Kolbens (2) und/oder der diesem gegenüberliegenden Innenwandung der Brennkammer (4) und/oder dem der Brennkammer (4) züge= wandten Teil des Auslaßventils (8) oder von der Innenwandung (745) einer Hilfsbrennkammer (41) gebildet isto

München: R. Kramer Oipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bsrgan Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 · G. 2vvirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kr aft stoff zuführeinrichtung (7; 107) einen Vergaser (70) oder eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (170, 171) zur Kraftstoffzufuhr in den Ansaug- oder Einlaßkanal (IP) aufweist und am Einlaßventilsitz (31) eine Ringnut (32) ausgebildet ist, so daß sich zwischen dem Einlaßventil (5) bzw. dem Einlaßventilteller (50) und der Ringnut (32) ein zur heißen, festen Oberfläche hin gerichteter Ringspalt (33) als ringförmiger Leitraum für die Ausbildung eines Kraftstoff/Luft-Gemisch-Ringstrahles (S) ergibt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Ringnut (32) brennkammerseitig von einem Ringvorsprung (34·) am Zylinderkopf (3) umschlossen und der Einlaßventilteller (50) mit einer brennkammerseitigen Schürze (51) versehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daß im Ringvorsprung (3⁷O eine zum Auslaßventil (8) hin gerichtete Quernut (35) vorgesehen ist.
6. Brennkraftmas chine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftstoffzufuhreinrichtung (207) ein einen weiten Einspritzwinkel gewährleistendes Einspritzventil (270) aufweist, dessen Einspritzöffnung (271) in die Brennkammer (4-) auf die heiße, feste Oberfläche zu gerichtet ist.
7· Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) in dem die Brennkammer (A-) begrenzenden Kopf bereich (20) eine ringförmige Vertiefung (21) aufweist.

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8. Brennkraftmaschine nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer aus einer Hauptbrennkammer (40) und einer Hilfsbrennkammer (41) besteht, welche durch einen Verbindungskanal (42; 743) miteinander verbunden sind, wobei die Kraftstoff zuführeinrichtung (307; 407) so in die Hilfsbrennkammer (41) mündet, daß der zugeführte Kraftstoff eine große Oberfläche der Innenwandung (745) der Hilfsbrennkammer (41) erreicht»
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch ge-= kennzeichnet , daß die Kraftstoff zufuhr einrichtung (407) einen Vergaser aufweist, welcher einem über ein Einlaßventil (470) in die Hilfsbrennkammer (41) mündenden Aasaug- oder Einlaßkanal zugeordnet istο
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch ge = kennzeichnet , daß die Kraftstoff zuführeinrichtung (307) sin einen weiten Einspritzwinkel gewährleistendes Einspritzventil (370; 748) aufweist, dessen Einspritzöffnung (747) auf die Innenwandung (745) der Hilfsbrennkammer (41) zu gerichtet ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, 9 oder 10, ge = kennzeichnet durch eine solche Einmündung der Kraftstoffzufuhreinrichtung (407; 307) bzw_o des Ansaug- oder Einlaßkanals bzw. des Einspritzventils (370; 748) derselben und/oder des Verbindungskanals (42; 743) zwischen Hauptbrennkammer (40) und Hilfsbrennkammer (41) in letztere, daß in der Hilfsbrennkammer (41) eine Wirbelströmung (SP; 746) mit hoher Drehgeschwindigkeit entsteht«,
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (6) mit dem

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Zündungsende (60) dem Wirbelzentrum (VC; 753) der Wirbelströmung (SF; 74-6) zugewandt ist.

13· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptbrennkammer (40) vom Kolben (2), der zugehörigen Zylinderbohrung und der dem Kolben (2) zugewandten Innenwandung (759; 760) des Zylinderkopfes (3) begrenzt ist, wobei am Kopfbereich (20; 741; 755) des Kolbens (2) und/oder an der Innenwandung (759; 760) des Zylinderkopfes (3) eine Vertiefung (23; 742; 761) und/oder Hippen (22; 757; 762) zur Oberflächenvergrößerung vorgesehen sind.

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