DE1171670B - Brennkraftkolbenmaschine mit Gemischansaugung und Zeitpunktfremdzuendung - Google Patents

Description

• Brennkraftkolbenmaschine mit Gemischansaugung und Zeitpunktfremdzündung Die Erfindung betrifft eine Brennkraftkolbenrnaschine mit Gemischansaugung und Zeitpunktfremdzündung, mit einem im Verhältnis zum Hauptbrennraum sehr kleinen Nebenbrennraum, in den durch ein gesteuertes Ventil ein fettes erheblich sauerstoffarmes Kraftstoffluftgemisch eingesaugt wird und in dem die Zündkerze angeordnet ist und mit einem Hauptbrennraum, in den durch ein gesteuertes Ventil ein vergleichsweise mageres Kraftstoffluftgemisch eingesaugt wird, wobei zwischen beiden Brennräumen eine Verbindung geringen Querschnittes vorgesehen ist.
• Die bekannten Brennkraftkolbenmaschinen mit einer direkten Verbindung des Hauptbrennraumes zum Nebenbrennra.um führen die vom Zündfunken ausgelöste Zündflamme in gerader Linie von den Elektroden bis in den Hauptbrennraum. In allen Vorkammern dieser Brennkraftkolbenmaschinen wird ein fast stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch hergestellt und verbrannt, so daß in dem Hauptbrennraum eine Fackel von maximaler Temperatur verbrennt. Der Nachteil dieses direkten Zündvorganges besteht darin, daß dieser trotz der hohen Temperatur der Vorkammerfackel im Hauptbrennraum aber zeitlich einen ausgedehnten Ablauf darstellt.
• Wie durch die Erfinder in eingehenden Untersuchungen nachgewiesen, werden im Vorkammermotor hohe Verbrennungsgeschwindigkeiten und eine besonders hohe Stabilität im Ablauf des Verbrennungsprozesses und demzufolge bedeutende wirtschaftliche und leistungsmäßige Antidetonationseffekte stets nur dann erzielt, wenn das Arbeitsgemisch durch eine Fackel aus Produkten der unvollständigen Verbrennung eines brennstoffreichen Hilfsgemisches mit einer Luftüberschußzahl von etwa 0,5 entzündet wird. Unter den Produkten der unvollständigen Verbrennung der Vorkammerfackel befinden sich aktive Zwischenprodukte der Oxydation, darunter vermutlich Peroxyde, Aldehyde sowie freie Radikale und Atome. Unter den Produkten der unvollständigen Verbrennung befindet sich auch eine erhebliche Menge an Kohlenoxyd und an molekularem Wasserstoff, die beide höchste Verbrennungstemperaturen aufweisen.
• Die aktiven Produkte der unvollständigen Verbrennung sind fähig, rasch die Entflammung des Arbeitsgemisches mit nur kurzen Hemmperioden einzuleiten und die Verbrennung des Arbeitsgemisches wesentlich zu beschleunigen, ungeachtet dessen weitgehend variierter Zusammensetzung. Hierbei pflanzt sich aber die als Fackel bezeichnete Flamme aus der Vorkammer nicht weiter fort. Die Aufgabe der Konstruktion des Vorkammersystems hinsichtlich der Zündung, insbesondere bezüglich des Querschnittes und der Formgebung der die Verbindung zwischen dem Hauptbrennraum und der Vorkammer bildenden düsenartigen Kanäle, besteht gerade darin, die Fackel abreißen zu lassen, d. h. zum Erlöschen zu bringen, wenn sie aus den Kanälen austritt, um mehrere kleine Herde durch das turbulente Abreißen zu bilden. Das ist gerade der Grund, weswegen bei der Anwendung optimaler Querschnitte der Düsen die Fackelflamme in der Nähe der Kanäle beim Eintritt mit großer Geschwindigkeit in den Hauptbrennraum fotografisch nicht zu ermitteln ist. Die Flamme entsteht aber von neuem in einem gewissen Abstand von der Vorkammer. Somit handelt es sich hier nicht um eine Fackel der entstandenen Flamme, sondern um eine Fackel von aktiven Produkten der unvollständigen Verbrennung. Hierbei findet die Einleitung einer neuen Entflammung statt und nicht eine Weiterverbreitung der Flamme aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum.
• Erfindungsgemäß wird dieser Effekt nur dadurch erreicht, daß der Inhalt des Nebenbrennraumes etwa 2 bis 3 0!o des Hauptbrermraumes beträgt, die Verbindung geringen Querschnitts in an sich bekannter Weise aus vorzugsweise zwei engen kurzen Kanälen besteht, deren Achsen in einer etwa senkrecht zur Zylinderachse stehenden Ebene in mittlerer Höhe des Hauptbrennraumes liegen und die auf der der Zündkerze gegenüberliegenden Seite in den Nebenbrennraum einmünden, und daß die Achsen der Kanäle außerhalb der Elektroden der Zündkerze vorbeigehen und auf einen Prallansatz treffen, der in an sich bekannter Weise zwischen den Elektroden und den Kanalmündungen angeordnet ist.
• Es ist zwar bereits bekannt, Prallansätze für Zündelektroden zu verwenden - nicht jedoch zum Schutz gegen die zurückschlagenden Flammen aus dem Hauptbrennraum. Die bekannten Prallansätze dienen vielmehr nur zum Schutz gegen ein Benetzen der Kerzen durch flüssige Brennstoffe, wenn diese im übermaß in den Nebenbrennraum gelangen. Es handelt sich erfindungsgemäß somit um einen Prallansatz anderer Art und Aufgabe.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen die Wandteile des Hauptbrennraumes im Bereich der Mündungen der Kanäle senkrecht zu den Achsen dieser Kanäle. Es entstehen dadurch scharfkantige Kanalmündungen in diesem Raum, wodurch der Löschvorgang der aus dem Nebenbrennraum austretenden Flamme gefördert wird.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• In F i g. 1 ist ein Schnitt durch einen Vergasermotor mit Haupt- und Nebenbrennraum dargestellt. In F i g. 2 ist ein Schnitt durch den Hauptbrennraum und den Nebenbrennraum gezeigt, und zwar durch die Kanäle und die Zündkerze.
• Der Nebenbrennraum 1 mit geringem Inhalt, etwa 2 bis 3 % des Hauptbrennraumes, befindet sich neben dem Hauptbrennraum 2 und steht mit diesem durch die düsenartigen Kanäle 3 in Verbindung. Die Kanäle sind in einer senkrecht zur Zylinderachse stehenden Ebene unter einem Winkel zueinander an der am weitesten von der Zündkerze 4 entfernten Stelle angeordnet. Die Zündkerze befindet sich in dem Nebenbrennraum hinter einem Prallansatz, der entweder eingegossen oder als Teil 26 eingepreßt wird. Die Wandteile des Hauptbrennraumes im Bereich der Mündungen der Kanäle liegen senkrecht zu den Achsen der Kanäle.
• Die Betätigung des Ventils 5 des Nebenbrennraumes erfolgt durch den Antrieb des Haupteinlaßventils, beispielsweise durch den Kipphebel 6. Dem Hauptbrennraum wird -durch die Einlaßleitung 20 Gemisch vom Vergaser zugeführt. Durch die Leitung 21 tritt vergleichsweise fettes Kraftstoffluftgemisch in den Nebenbrennraum ein.
• Das System der Regelung von Nebenbrennraum-und Hauptbrennraumgemisch ist für eine Kraftstoffzufuhr in solcher Menge und Zusammensetzung berechnet, daß am Ende des - Verdichtungshubes sich in dem Nebenbrennraum eine Gemischzusammensetzung ergibt, die stets durchschnittlich einer Luftüberschußzahl von 0,5 bis 0,6 entspricht und im Grenzbereich von 0,4 bis 0,7 verbleibt, wobei die Zusammensetzung des Hauptbrennraumgemisches nicht brennstoffreicher als theoretisch ist.
• Die Mündungen der Kanäle in dem Nebenbrennraum haben den größten Abstand von der Zündkerze, und die sich schneidenden Achsen der Kanäle sind nicht gegen die Zündkerze gerichtet. Das beim Verdichtungshub aus dem Zylinder in den Nebenbrennraum überströmende Gemisch hat keinen unmittelbaren Einfluß auf die Bewegung des Gases dicht an den Elektroden der Zündkerze, da von der Zündkerze ein Prallansatz auf dem Wege des Gemisches aus dem Zylinder durch die Kanäle in den Nebenbrennraum angeordnet ist. Dieser Prallansatz dient gleichfalls zur Verhütung von 17berhitzung der Zündkerzenelektroden durch die während der Verbrennung aus dem Zylinder in den Nebenbrennraum strömenden heißen Gase.
• Durch die beschriebene Anordnung der Kanäle wird eine Wirbelung des Arbeitsgemisches im Hauptbrennraum durch die Fackel der aus dem Nebenbrennraum strömenden aktiven Verbrennungserzeugnisse und gleichmäßige Erfassung des Gemisches im Hauptbrennraum durch diese Fackel erzielt.
• Dabei bilden sich mehrere kleine turbulente Herde, in welchen das Arbeitsgemisch mit den aktiven Teilen der Vorkammerfackel vermischt wird. Dank der entstehenden verzweigten Kettenreaktionen erfolgt ein schnelleres Entflammen und intensiveres Verbrennen des Gemisches.
• Durch völlige Vermeidung brennstoffreicher Gemische und Benutzung brennstoffarmer Gemische bei allen Betriebsarten wird einerseits intensives Vorwärmen des Arbeitsgemisches überflüssig, andererseits werden die erforderlichen Vorbedingungen geschaffen für bessere Verdampfung und Gemischbildung sowie für gleichmäßige Gemischverteilung auf die Zylinder. Deshalb ist bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eine Bauart der Einlaßgasleitung angewandt, bei der zwangläufige Vorwärmung des Kraftstoffluftgemisches ausgeschlossen ist.
• Durch die Anwendung brennstoffarmer Gemische bei allen Betriebsarten einer mit starkem Belastungswechsel arbeitenden Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftwagenmotors, sowie durch das Einhalten einer hohen Temperatur der Zylinderwände und einer hohen Öltemperatur im Kurbelgehäuse wird dazu beigetragen, daß mögliches Kondensieren des Benzins an den Zylinderwänden verringert und das Fortspülen von Öl und die Bildung von Ölkohle beseitigt werden. Dies führt zur Herabsetzung der Abnutzung des Motors und insbesondere des Veischleißes von Zylinder, Kolben und Kolbenringen. Durch besseres Arbeiten der Schmierung und lange Stabilität der Güte des Öls im Kurbelgehäuse wird der Ölverbrauch vermindert.
• Die Verbesserung der technisch-wirtschaftlichen Kennziffern der Brennkraftmaschine bei der Anwendung im Kraftfahrzeugwesen kommt in einer wesentlichen Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Kraftstoffausnutzung oder in einer Verlängerung der Fahrstrecke bei einem bestimmten Kraftstoffvorrat (um mehr als 15 %) zum Ausdruck, desgleichen in einer Herabsetzung der erforderlichen Oktanzahl des Kraftwagenbenzins (um 10 bis 14 Punkte) oder in einer Erhöhung des zulässigen Verdichtungsgrades (etwa um 1). Dies trägt zu einer wesentlichen Steigerung der spezifischen Leistung und der dynamischen Eigenschaften des Kraftwagens bei.
• Die Verbesserung der Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine drückt sich in einer Verringerung der Wärmespannungen der Verbrennungsraumteile und besonders des Auspuffventils aus, in einer Herabsetzung des Ölverbrauchs und Steigerung der Lebensdauer und Verschleißfestigkeit der Maschine sowie in der Beseitigung des Ausstoßens schädlicher Erzeugnisse unvollständiger Verbrennung in die Außenluft.
• Alle diese Eigenschaften werden auf Grund von Steigerung der Verbrennungsgeschwindigkeit und Verbesserung der Stabilität beim Verlauf des Verbrennungsvorganges durch Anwendung der beschriebenen Fackelzündung erzielt.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Brennkraftkolbenmaschine mit Gemischansaugung und Zeitpunktfremdzündung, mit einem im Verhältnis zum Hauptbrennraum sehr kleinen Nebenbrennraum, in den durch ein gesteuertes Ventil ein fettes Kraftstoffluftgemisch eingesaugt wird und in dem die Zündkerze angeordnet ist, und mit einem Hauptbrennraum, in den durch ein gesteuertes Ventil ein vergleichsweise mageres Kraftstoffluftgemisch eingesaugt wird, wobei zwischen beiden Brennräumen eine Verbindung geringen Querschnittes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Nebenbrennraumes etwa 2 bis 3 "/a des Hauptbrennraumes beträgt, die Verbindung geringen Querschnitts in an sich bekannter Weise aus vorzugsweise zwei engen kurzen Kanälen (3) besteht, deren Achsen in einer etwa senkrecht zur Zylinderachse stehenden Ebene in mittlerer Höhe des Hauptbrennraumes liegen und die auf der der Zündkerze gegenüberliegenden Seite in den Nebenbrennraum einmünden, und daß die Achsen der Kanäle außerhalb der Elektroden der Zündkerze vorbeigehen und auf einen Prallansatz treffen, der in an sich bekannter Weise zwischen den Elektroden und den Kanalmündungen angeordnet ist. z. Brennkraftkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Wandteile des Hauptbrennraumes im Bereich der Mündungen der Kanäle senkrecht zu den Achsen dieser Kanäle liegen. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 289 485; französische Patentschrift Nr. 837 643; USA.-Patentschriften Nr. 1483 619, 2121920, 2196 860; »Kraftfahrzeugtechnik«, 1957, Heft 10, S. 369.