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DE2450305A1 - Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer vorkammer - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer vorkammer

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Publication number
DE2450305A1
DE2450305A1 DE19742450305 DE2450305A DE2450305A1 DE 2450305 A1 DE2450305 A1 DE 2450305A1 DE 19742450305 DE19742450305 DE 19742450305 DE 2450305 A DE2450305 A DE 2450305A DE 2450305 A1 DE2450305 A1 DE 2450305A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
fuel
antechamber
engine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19742450305
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Prof Dr Ing Heitland
Udo Dipl Ing Renger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE19742450305 priority Critical patent/DE2450305A1/de
Priority to US05/624,924 priority patent/US4112878A/en
Publication of DE2450305A1 publication Critical patent/DE2450305A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1004Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder details of combustion chamber, e.g. mounting arrangements
    • F02B19/1014Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder details of combustion chamber, e.g. mounting arrangements design parameters, e.g. volume, torch passage cross sectional area, length, orientation, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

YOLKSWAG E K V/ EJiK
Akt i. en·-, 3 s e 11 s oh ai' t
518 Wolfs!) u r g
Unsere Zeichen: K 1828
1702-pt~ve-hr
2 2.10. 74
Brennkraftmaschine mit einera Hauptbrerm-- und einer Vorkamr.ox*
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine! bei der jeder Brennraum aus eine» mit Ein- und Auslaßventilen versehenen Hauptbrennraiun und einer mit dem Hauptbrennraum in Verbindung stehenden Vori:?,ai!;er bersten t und bei dor der Brennstoff in getrennten Teiiissngen den Ilauptbrennraum und der Vorkammer zugaführt wird.
Bekannte Brennkraftmaschinen dieser Bauform werden nach dem »sogenannten Schichtladungsvorfahren betrieben. Der Grundgedanke bei diesen Vorfahren bestand darin, durch dieAufteilung dos Brennraums in einen Hauptbrennraum und eine Vorkammer sowie durch die getrennte Zuführung von Brennstoff eiu den beiden !Peilbrennräuioan eins Schichtung der Zylinderladimg in dem Sinne au erreichen, daß sich im Zündzeitpunkt in der Umgebung der Zündkerze ein /.ündfähicos, kraft stoff reiches Gemisch befindet.; i/öhrend ö.lo Ir-dum; in übrigen Brerinrauin auf die .jeweils günfjtigston Jiairie'bsbodii^^Jii/.i;^ tief! F.otox· abg-i-ntiiaiiit. ist und aus vlmm Fahrer;. Gemisch od?r ßogtr fius reiuer Luft be-
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stehen k;i:n-. Has Schieb.i^adevorfahren wird bei 33.r?oraakraft·- jnanehin&r.. Ku^eveudet, ua eixio Vorbiönnui»;-; tait herabgesetzten Verbrcmaun£s-Spit2en.ter<ipere!.tursn und. dadurch mit verhältnismäßig: niedrigen Schadstoffemissionen im Abgas -.r> <>·τε.ιο1ΐΘη.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe) besteht nun dar.in, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Bauforra einen von dem herköinn'Liehen Sch icOritladungsT.· erfahren abveiohen-· a'.XL Weg ZVX Verringerung der in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenden Schadetoffe aufzuzeigen.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß bei der in der Eronnlcraf t» maschine stattfindenden Verbreitung einer gewissen Menge aa Brennstoff relativ geringe Kenyan an Schadstoffen erzeugt werden, wenn der Brennstoff zt-rijvdest teilweise in Porm von gasförmigen Bestandteilen vorliegt, wird die vorgenannte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gcOöst, daß die Vorkammer in der V/eise ausgebildet 'ist, daß in ihr ständig eine erhöhte Betriebstemperatur aufrechterhalten wird, und daß die der Vorkammer augeführte Brennstofftoilnenge aus einem leicht dissoaiierbareu ."Brennstoff besteht. Dadurch, daß bei der erfingungsgemäßen Brennkraftmaschine in die eine erhöhte Betriebstemperatur aufveissn.de Vorkasaaer ein leicht dissoaiies^barer Brennstoff eingebrachtwird, wird nun erreicht, daß dieser Brenn-
stoff noch vor der Zündung des in dem Brennraum vorhandenen Brennstoff-LuftgoEiiscb.es thermisch in gasförmige Bestandteile, also in dissoaiiert-e Brenngase, aufgespalten wird, die sich isit dea restlichen Brennstoff-Luftgemisch vermischen und zu einer schadstoffarmen Verbrennung beitragen. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine besteht dabei darin, daß der Eealrfcionsraim aiir Uicvrandlung dea leicht difssoziierbaren Anteils d&s Brennstoffes in gasförmigen Brennstoff durch die in die BrennkraftiaaGchine integrierte VoTkanuaer gebildet wird. Als besonders zwecksi.'iBig erv/exnt es sich dabei, wenn der dc-r Vork&.'D.ü:.or i.ueAii'üliterids Pa'cruif.fc^ff r.us Kethaxxol besteht. Diese:? an sich bekannte lireniiotoff ).u.i"i· des: oheusisehen Forsel CH-O]I
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läßt sich verhältnismäßig leicht durch thox-ni.scho und/oder katalyticehe !Reaktion .in Vai^castoff ν<·([ Kohlcni.;onoxyd aufspalten* Dabei ist es von entscheidend;.;.-..· Vorteil, daß diese Uiawanärungsreaktion box Methanol schon bei Temporaluren um 200° C stattfindet, wobei je rnch dem vorhandenen Druck das Methanol zu einem erheblichen Anteil reagiert. Die Uiüvandrangsxeaktion des rethanols hzv.n. d?vbei cv.ch unter Zugabe von Wasser erfolgen, wodurch eino etwas größere Axisbsuts an Wasserstoff erreicht wird.
Die für die Umwandlung des Mcthc-nolü e:rfo"j?rlerlichen Temperaturen können in der Yorlrammer der erf ind.ungsgeiuäßcn Brennkraftmaschine verhältnismäßig leicht erreicht v/erden, wozu es vorteilhaft ists wenn die Vorkariüer durch einen in dem Zylinderkopf der Brennkraftmschine mit Abstand zn den umgebenden Wänden gehaltenen Einsatz gebildet ist* Ein solcher, von den Schichtladungabrennkraf tias. schinen bereits bekannter Einsat» ermöglicht es durch seine isolierte Anordnung gegenüber den umgebenden Wänden des Zylinderkopfes3vrähre-nd des Betriebes der Brennkraft» maschine schnell auf höhere BctriebsteE-peraturen zu kommen und diese dann einzuhalten. Es könnte auch daran gedacht werden, die Vorkammer behei/.bar auszubilden, vobei sich eine Heizung nit den £us der Brennkraftmaschine austretenden Abgasen anbieten würde.
Die Zuführung des dissoziierbaren Brennstoffes kann entweder mittels einer in die Vorkasiiüer hineinragenden Einspritzdüse erfolgen oder aber die Vorkammer weist ein besonderes Hilfseinlaßventil zur Zuführung eines den leicht dissoziierenden Brennstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches aw£. Bei der zweiten Variante Düßte der Brennstoff mittels eines besonderen VergacGvs oder einer in die dom Hilfseinlaßventil zugeordnete Ililf^ansaugleitung einaündende Einspritzdüse zugeführt werden.
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Abweichend von den dein äußeren Aufbau nach ähnlichen Schichtladungs-Brermkraf tma schinen soll gemäß einem v*iteron Merkmal der Erfindung bei der erfindungsgemäßon Brennkraftmaschine eine Zündkerze zur Zündung der Brennraum!adung in dem Hauptbrennramii angeordnet sein. Dabei wird davon ausgegangen, daß das während des Ansang- und Verdichtungstaktes in der Vorkammer erzeugte Brenngas aich mit dem in dem Hauptbrennraum vorhandenen in üblicher Weise aufbereiteten Brennstoff-Luft-Gemisch vermischt hat und daß sich im Bereich dar Zündkerze ein zünd-fähigeß Gemisch befindet. Zur Unterstützung der Zündimg der Zylinderladung kann im Bereich der Vorkammer auch eine zweite Zündkerze vorgesehen sein, die in zeitlichem Abstand zu der Zündung durch die erste Zündkerze zur Abgabe eines Zündfunkens angesteuert wird und für eine vollkommene Verbrennung der gesamten Zylinderladimg sorgen soll. Dabei ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine durch den mehr oder weniger großen Anteil an gasförmigem Brennstoff in dem Gemisch, daß die Verbrennung re.lativ schadntoffarxa erfolgt. Der zu diesem Zweck bisher erforderliche, der Brennkraftmaschine vorzuschaltende besondere Reaktionsvergaser ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung entbehrlich, da hier die bei erhöhten Betriebstemperaturen arbeitende Vorkammer in Verbindung mit dem bei diesen Temperaturen dissoziierenden Brennstoff, vorzugsweiße Methanol, einen in die Brennkraftmaschine integrierten Reaktionsvergaser bildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematiacher Darsteilungsweise gezeigt. Dabei zeigt die Zeichnung einen Längsschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, bei der der Brennraum in einen Hauptbrennraum und eine Vorkammer unterteilt ist.
In der Zeichnung ist mit 1 die Brennkraftmaschine, mit 2 ein Zylinder, mit 5 ein in dem Zylinder gleitender Kolben und mit ein Zylinderkopf bezeichnet. 5 stellt einen von. dem Zylinderkopf
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und dem Kolben 3 begrenzten Hauptbrcunraum dar, in den ein von einem Einlaßventil "J gesteuerter Kinlaßkanal 6 und ein von einem Auslaßventil 9 gesteuerter Auslaßkanal 8 einmünden. Mit 10 ist eine im Hauptbrennrarna 5 angeordnete Zündkerze angedeutet»
Neben dem Hauptbrer.nrauin !3 ist bei der erf indungogeinäßen Brennkraftmaschine eine Vcrlraminer 11 vorgesehen, die durch einen Einsatz 12 gebildet ist, derjuit Abstand au einer in dem Zylinderkopf 4 vorgesehenen Auanehraung 13 angeordnet ist. Die Vorkammer 11 weist in den hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Einspritzduoe 14 zur Zuführung eines leicht dissouiiex'baren Brennstoffer, vorzugsweise Methanol, sowie eine zweite Zündkerze 15 auf und ist über einen Yerbindungskanal 17 mit dera Ilauptbremiraum 5 verbunden. Dar zwischen dem E-insatz 12 v:ad der Zylinderkopfausnehmung 13 verbleibende liingraura 16 kann, was'hior nicht weiter gezeigt ist, an den das Abgas aus der Brennkraftmaschine ableitenden Auslaßkanal 8 angeschlossen sein, so daß der Einsatz 12 von dem Abgas beheizt ist.
Bei der in der Zeichnung gezeigten Brennkraftmaschine wird nun während des Ansaugtaktοs über den Einlaßkanal 6 ein in herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels eines Vergasers oder einer Saugrohreinspritzung axifbereitetes Brennstoff-Luft-Geiaisch zugeführt, vrobei der Brennstoff aus flüssigem oder verdampften Benzin besteht. Zusätzlich erfolgt die Einspritzung einer Menge einet leicht disooziierbaren Brennstoffes, vorzugsweise Methanol, in die Vorkammer 11 mit Hilfe der Einspritzdüse 14· Da die Vorkammer durch ihre isolierte Halterurig gegenüber den umgebenden Zylinderkopfv/änden und/oder durch ihre Beheizung mitteln dem auπ der Brennkraftmaschine austretenden Abgas auf einer relativ hohen Betriebstemperatur g-ahaltßii wird, erfolgt in 'J<sr 'Vorlc.rp.er 11 eine Dissüziie des Methanols, '.vobei je na;;h den, ob zusätzlich noch Wasser
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zugeführt wird, folgende zwei Reaktionen, ablaufen:
CH3OIi i> 2 Ii2 H- Gü
oder CE7OH + HgO fr 3 Hg + COg.
•Beide Jteaktiors u erfolgen endotherm mit einem Energiebedarf von ca. 1,000 kcal/kg, der bsispielsveine'bei der Beheizung durch Abgas die ,sein entnommen werden
Die auf diese Vei&e in der Vorkammer 11 erzeugten die sezierten Brenngase, die ein größeres Volumen als der ssugeführte Brennstoff aufueisen, vermischen sich mit dem in dein Hauptbrennraua 5 vorharidenen Bronnstoff-Luft-Gemisch, wozu durch besondere konstruktive Ausgestaltung des Verbindungskanals 11 und des Haupftrcnnraums 5 sowie des Kolbens 3 eine besondera intensive Mischung erreicht veraun kann. Die Zündung der gesamten Zyl.i.uderladung soll dsnn nittels der Zündkerze 10 erfolgen, vrobei der zweiten Zündkerze 15» die z.B. kurz vor oder nach dieser ersten Zündkerze 10 zünden soll, unterstützende Wirkung zukommt. Bio Verbrennung des gesamten Gemisches erfolgt dann wegen der zumindest teilweise vorhandenen disBoaiiertsn Brenngase relativ schadstoffai-πι, so daß mit den Abgasen nur noch verhältnismäßig wenig Schadstoffe in die Umgebung Eibgegeben werden.
Obwohl die Beheizung der Vorkammer durch das Abgas auch schon, während des Kaltstarts und in der Warmlaufphase recht intensiv ist, könnten etwa in diesen Petriebszv.ständen. dennoch auftretende Schwierigkeiten durch cntspreeheiidö Aiifottung des deia Jl^uptbrennraum zugefüiarteii Benz in-Luft-Gfjai sehe s umgangen v/erden, und beispielsweise die Zuführuviö i des Methanols in die- Vorka;i:^r erst bei höheren Motortemperaturen einsetzen.
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Claims (1)

1. Brennkraftmaschine, bei der jeder Brennraum aus einem mit Ein- xirui Auslaßventilen versehenen liauptbrennraara und einer mit dem Hauptbrennrauni in Verbindung stehenden Vorkammer besteht und bei der der Brennstoff in getrennten Te:i !mengen dem Hauptbrannraua und der Vorkammer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (11) in der Weise ausgebildet ist, daß in ihr ständig eiuo erhöhte Betriebstemperatur aufrechterhalten wird, vmd daß die der Vorkaianter zugefilbrte Brennstoffteilmenge aus einem leicht dissoziierbaren Brennstoff besteht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Vorkammer (11) zuzuführende Brennstoff aus Methanol besteht«
3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammer (11) zusätzlich eine gewisse Menge Wasser zuführbar ist.
4· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (11) durch einen in dem Zylinderkopf (4) der Brennkraftmaschine (1) mit Abstand zu den umgebenden Wänden (12) gehaltenen Einsatz (12) gebildet ist.
5· Brennkraf tiüaschine nach Anspruch 4 »dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (11) beheizbar ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (11) mit aus eier Brennkraftmaschine (1) exi.c.cn Abgasen beheizbar iet.
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1J. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeiv-^'-Dt, daß die Vorkararaar (11) eine den leicht dissoziierbaren Brennstoff zuführende Einspritzdüse (14) aufweist.
8. Brennkraftmasciiine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorkammer (11) ein Hilfneinlaßventil zur Zaiführung eines den leicht dissoziierbaren Brennstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hauptbrennraua (5) eine Zündkerze (10) zur Zündung der Brennraumlaäung angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Vorkaronier (11) eine zweite Zündkerze (15) vorgesehen ist, die in zeitlichem Abstand zu der Zündung durch die erste Zündkerze (10) zur Abgabe eines Zündfunkens angesteuert wird.
609818/0506 ßAD ORIGiNAL
DE19742450305 1974-10-23 1974-10-23 Brennkraftmaschine mit einem hauptbrennraum und einer vorkammer Withdrawn DE2450305A1 (de)

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