DE2529074A1 - Vorrichtung zur gemischzonenbildung im verdichtungsraum eines viertakt-hubkolbenmotors - Google Patents

Description

Josef Schaich 79 Ulm

Häberlinweg 11

Vorrichtung zur Gemischzonenbildung im Verdichtungsraum eines Viertakt-Hubkolbenmotors

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung unterschiedlich mit Vergaserkraftstoff angereicherter Gemischzonen im Verdichtungsraum eines nach dem Viertaktprinaip arbeitenden HubkolbenmotorS; l-astehend aus einem Zylinderkopf mit in diesem verlaufenden Kanälen für den Gasv/echsel, die taktabhängig von Ventilen geschlossen werden, ferner mit gemischbildenden Einrichtungen und mit einer Fremdzündungsquelle.

Derartige Vorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Motoren mit Vorrichtungen zur Bildung unterschiedlich nit Kraftstoff angereicherter Gemischzcnen im aufgeteilten Verdichtungsraum zeichnen sich durch geringen Schadstoffanteil in den Abgasen aus und haben in allen Lastbereichen und den inscationären Phasen ein stabiles Betriebsverhalten. Diesen Vorteilen steht der Nachteil hohen Kraftstoffverbrauchs gegenüber, denn die Strömungs- und Wärmeverluste sind bei diesen Motoren beträchtlich. Mit nicht aufgeteiltem Verdichtungsraum ausgeführte Motoren und Gemischzonen bildenden Vorrichtungen zeichnen sieh durch geringen spezifischen Teillastverbrauch und niederen Schadstoffanteil in den Abgasen aus. Nicht gelungen ist es .jedoc-h bisher^ das Betriebsverhalten dieser Motoren bei veränderten Drehsahlen und Lastpunkten und insbesonders in den instationären Phasen stabil zu halten«

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bildung von Gemischzonen im nicht unterteilten Verdichtungsraum eines Motors, die mit Vergaserkraftstoff unterschiedlich angereichert sind, so auszubilden, daß das Betriebsverhalten des Motors bei allen Lastpunkten, den instationären Phasen und bei allen Betriebszuständen stabil ist, und daß die Vorteile, die sich aus der Verbrennung armer Gemische ergeben, wirksam werden.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so auszubilden, daß insbesondere im unteren Lastbereich der thermische Wirkungsgrad des Motors weiter verbessert und der Schadstoffanteil im Abgas reduziert wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so auszubilden, daß Kraftstoffe geringer Klopffestigkeit verarbeitet werden können, und daß der Mitteldruck im oberen Lastbereich relativ hoch ist.

Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen wiedergegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im einzelnen folgendes erreicht:

Der gesamte Betriebsbereich des Motors ist in zwei Teilbereiche aufgeteilt: Einen unteren, sich bis zu ca. 70 % der maximalen Motorleistung erstreckenden, und einen oberen. Diese Bereiche unterscheiden sich nicht nur bezüglich des Mitteldruckes und der Drehzahl. Die Regelung ist im unteren Teillastbereich eine Quantitätsregelung und im oberen Teillastbereich eine Qualitütsregelung. Auch die Art der Gemischbildung im unteren Teillastbereich unterscheidet sich von der des oberen Teillastbereiehs grundsätzlich. Gemischbildung und Regelung werden im folgenden näher beschrieben.

Im unteren Teillastbereich strömt durch den Einlaßkanal Luft in den Zylinder, die durch im Bereich des Einlaßventiltellers vorgesehene, bewegliche Leitschaufeln in Rotation um die Zylinderlängsachse versetzt wird. Werden, wie bei der bevorzugten ?orm der Erfindung, die Ventile koaxial mit im Bereich der Zylinderlängsachse verlaufenden Längsachsen angeordnet, so entsteht im Verdichtungs- und Hubraum während des Verdichtungstakts, 3xpansionstakts und Ausströmtakts eine von Besonderheiten freie Strömung, die im wesentlichen einer Blockströmung gleicht. Durch Änderung des LeitschaifelansteilwinkeIs läßt sich im unteren Teilbereich der Eintrittsdrall der Luft variieren und die in den Zylinder einströmende Luft drosseln. Während der Zylinderfüllung überlagert die einströmende Luft die bereits im Zylinder rotierende mit nach unten verlaufender Drallrichtung, die bei beginnender Verdichtung wechselt. Unter leichter Zunahme der Wirbeldrehzahl und ohne daß die Gasteilchenbahnen ihre Positionen zueinander wesentlich verändern, strömt die Luft während des Verdichtungstakts vom Hubraum in den Verdichtungsraum. Pur die Gemisch- und Schichtbildung stellt das rotierende und wirbelfrei in den Verdichtungsraum einströmende Gas eine wesentliche Komponente dar.

Die Gemischbildung erfolgt im unteren Teillastbereich mittels der erfindungsgemäßen, im unteren Bereich des Verdichtungsraums und im Bereich der Zylinderlängsachse vorgesehenen Düsen, die im wesentlichen während des Verdichtungstakts Kraftstoffstrahlen mit im wesentlichen quer zur Zylinderlängsachse verlaufenden Richtungen bilden. Durch die erwähnte Gasströmung werden die Kraftstoffstrahlen, in achssenkrechtem Querschnitt gesehen, abgelenkt und abgebaut. Bestehen die Kraftstoffstrahlen aus gasförmigem Brennstoff, so erfolgt ihre Auflösung unter Bildung von Fahnen. Werden Kraftstofftröpfchen eingespritzt, so geht der Fahnenbildung die Verdampfung dieser Tröpfchen infolge relativer Bewegung und Wärmeübergang zwischen Luft und Kraftstoff voraus.

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Die gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs quer zur Zylinderlängsachse bis zu einer Kreislinie, deren Radius kleiner als der des Zylinders ist, und die Bildung einer kleinvolumigen Übergangszone zwischen Gemisch und Luft erfordern besonders ausgebildete Kraftstoffstrahlen. Unter der Wirkung der auf die Strahlen einwirkenden aerodynamischen Kräfte, die von innen nach außen zunehmen, beschreiben die Strahlen Bahnkurven. Die Form der Bahnkurven und der Kraftstoffstrahlen läßt sich durch Einstellung von die Kraftstoffstrahlen betreffende Betriebsgrößen wie: Einspritzdruck, Einspritzwinkel in Bezug auf die Zylinderquerachse, Düsenquerschnitt, Düsenkegel, Temperatur, Tropfengröße, Einspritzdauer über K.W.° und Siedekurve des Kraftstoffs und Einspritzdruck, Einblaswinkel, Düsenquerschnitt, Düsenkegel und Gasdichte bei gasförmiger Kraftstoffeinbringung und deren Abstimmung auf die den Luftwirbel betreffenden Betriebsgrößen wie: Rotationsgeschwindigkeit, Gasdichte, Temperatur, Sekundärgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsverteilung im Wirbel so gestalten, daß die Luftzahl quer zur Zylinderlängsachse im wesentlichen konstant ist. Bei flüssiger Kraftstoffeinbringung ist auch noch die sich während der Verdichtung ändernde Verdampfungsgeschwindigkeit der Tropfen, infolge steigender Gasdichte und Gastemperatur zu berücksichtigen. Die an den Enden auf kreisbahnähnlichen Bahnkurven liegenden Strahlen bewirken bis zu einer bestimmten Kreislinie gleichmäßige Kraftstoffverteilung, außerhalb der nur eine sehr schmale Übergangszone das Gemisch von der Luft trennt.

Damit sich bis zum Zeitpunkt einsetzender Verbrennung im Verdichtungsraum eine Gemischzone bestimmter Form und bestimmter Eigenschaften bildet, werden einige der genannten Betriebsgrößen über der Zeit und über einen einzelnen Einspritz/EinblasVorgang gesteuert. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich dieser Vorgang im wesentlichen vom Füllungstaktende (ca. 20° -.0° v.u.T.) bis zum Zündzeitpunkt.

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V/ähreiii der Verdichtung ändern sich infolge der Volumeriänd3r-i:iE tirri der ungleichförmiger. KoI ^erdbewegung die den Luftwirbel betreffenden Betriebsgrößen. Die Gasdichte und Gastemperatur der die Kraftstof!"strahlen im Grenzoereich zwischen Hub- und Vorlichtungsraum tangierenden Luft nimmt während der Verdi chtunc ungleichförmig zu, während die Gasmasse zu- und abnehmende Tendenz hat.

Die Formen der Kraftstoffbedarfskennlinien v;eraen irr. wesentlichen durch die erwähnten, sich während der Gemischbildung ändernden Betriebsgrößen und der Drosselung: der einströmenden Luft bestimmt. Korrigiert wird die Kraftstoffbedarfskennlinie zur Bildung einer zündfähiren Gemischzone. Diese zündfähige Gemischzone izann sich innerhalb, an der Kernzone, in oder im Bereich der Kolbenmulde befinden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine zündfähige Geraischschicht bei Beginn der 3inspritzung/Sinblasung gebildet und von dem aus dem Hubraum strömenden Gas in den Bereich der Elektroden geschoben. Die zündfähige Gemischzone kann auch wie das im Bereich des Kolbenbodens rotierende Gemisch der Kernzone gebildet werden, das nicht nur durch Luftverteilung, sondern auch Wandauftragung des Kraftstoffs entsteht, denn in der iindphase der Gemischbildung berühren die Kraftstoffs trahlen den parabolisch geformten Kolbenboden. Das äußere Strahlende berührt den Kolbenboden zuerst und wandert auf einer Kurve nach innen, wobei es zweckmäßig sein kann, dieses Naehinnenwandern des Strahlendes durch Korrektur des uüsenquerSchnitts während der Kraftstoffwandauftragung zu verlangsamen, um möglichst viel der im Kolbenbodenbereich rotierenden Luft mit Kraftstoff anzureichern. Der Kraftstoff wird, gelangt er in flüssiger Form auf den Kolbenboden, von dem Luftwii-bel abgetragen. Ist der Kraftstoff strahl gasförmig, so vermischt sich der Kraftstoff mit der im Kolbenbodenbereich turbulent strömenden Luft. Bei dieser Form der Kraftstoffeinbringung hat für die Gemischbildung im Kolbenbodenbereich die auf dem Kolbenooden haftende Rußschicht und Grenzschicht eine gewisse Bedeutung.

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Der Wirbel führt die zündfähige Gemischzone in den Bereich der seituch/oberhalb der Düse vorgesehenen Elektroden. Um die Zündung der Kernzone im unteren Teillastbereich und des Grundgemisches im oberen Teillastbereich bei jedem Lastpunkt sicher einzuleiten, ist es zweckmäßig, bei Beginn und am Ende der Gemischbildung zündfähige Gemischzonen zu bilden und Elektroden am Umfang des Düsenträgers im VentiItellerbereich und im Bereich der Kraftstoffdüsen vorzusehen.

Bezüglich der Zündgemischbildung ergeben sich im wesentlichen fünf Möglichkeiten, die einzeln oder miteinander kombiniert zur Anwendung kommen können, und die sich sowohl für den unteren wie für den oberen Teillastbereich eignen.

Im unteren Teillastbereich kann bei beginnender Gemischbildung unter Berücksichtigung der den Wirbel und den Kraftstoff betreffenden Betriebsgrößen und Einstellung der Düsenquerschnitte die im Zusammenhang mit der Kraftstoffmenge die Luftzahl quer zur Zylinderlängsachse bestimmen, eine scheiben- oder ringförmige zündfähige Gemischzone gebildet werden.Während der Verdichtung wird diese Zone in den Bereich der oberen Elektroden gedrängt.

Im oberen Teillastbereich wird sich, wenn mit der Einspritzung bei beginnender Verdichtung begonnen wird, infolge des schwachen Gaseintrittsdralls eine wendeiförmige, zündfähige Gemischzone ausbilden, wobei die von den im Düsenträger vorgesehenen Düsen einzubringende Kraftstoffmenge auf die Luftzahl im Grundgemisch abgestimmt wird. Immerhin ist der Drall in diesem oberen Teillastbereich noch intensiv genug, um eine unorientierte Strömung zu vermeiden, und um einen Wirbel zu bilden, der das Zündgemisch zu den Elektroden transportiert.

Eine weitere Möglichkeit der Zündgemischbildung besteht darin, kurz vor der Zündung auf dem Kolbenboden eine zündfähige Gemischwolke zu bilden, indem unter Berücksichtigung der jeweils einspielenden Betriebsgrößen Kraftstoff auf einen Löffel auftrifft.

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Dieser kann aus einem auf dem Kolbenboden und im Bereich der Kolbenmulde bzw. des Düsenträgers angebrachten Blech mit einer Mulde bestehen. Die Löffelhöhe und dessen Lage zu einer Düse wird so gewählt, daß sie den zuletzt aus der Düse, wenige Kurbelwinkelgrade vor der Zündung, ausströmenden Kraftstoff einfängt. Die Gasströmung führt die sich kurz vor der Zündung im Bereich des Löffels bildende, zündfähige Gemischwolke in den Bereich der im Düsenbereich vorgesehenen Elektroden.

Eine weitere Möglichkeit der Gemischbildung besteht darin, Kraftstoff verstärkt auf den Kolbenboden und die Kolbenmuldenwandung aufzubringen und durch die im Düsenbereich vorgesehenen Elektroden zu zünden, wobei Kolbenbodenform, Kolbenmuldenform, Einspritzende, Zündzeitpunkt und die Lage.der Düsen und Elektroden aufeinander abzustimmen sind. Die Kolbenmulde kann hierbei zylindrisch oder parabolisch geformt sein. Eine kugelförmig ausgebildete Kolbenmulde, die durch den Düsenträger im wesentlichen geschlossen wird, wenn sich der Kolben im Bereich oberer Totlage bewegt, bildet eine Vorkammer. Der kurz vor Einspritzende in die Vorkammer eingebrachte Kraftstoff wird durch die Elektroden im Düsenbereich gezündet. Die aus dem Spalt zwischen Düsenträger und Kolbenbohrung ausströmenden, brennenden Gase können die Verbrennung des Gemischs infolge ihrer hohen Geschwindigkeit und der damit im Gemisch ausgelösten Verwirbelung im inneren Bereich des Verdichtungsraumes beschleunigen.

Alle diese Maßnahmen machen eine genaue Dosierung des Kraftstoffs, insbesondere beim Einspritzende erforderlich. Durch entsprechende Raumnockenformen und der Korrektur der Winkellagen während des Motorbetriebs können die einzelnen Betriebsgrößen aufeinander abgestimmt werden.

Die Kraftstoffpumpenförderkennlinien lassen sich durch entsprechende Gestaltung eines in Richtung Rotationsachse verschiebbaren und auf den Kolben der Einspritzpumpe wirkenden Raumnockens und dessen Einstellung so formen, daß sie den charakteristischen,

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Im wesentlichen durch den jeweiligen Lastpunkt des Motors bestimmten Kraftstoffbedarfskennlinien entsprechen. Während die Form des Raumnockens für die Lage der zündfähigen Gemischzone/Gemischzonen mitbestimmend ist, wirkt auch die Winkellage des Raumnockens auf deren Position. Winkellage und Winkelbereich des Raumnockens bestimmen Einspritzbeginn und Einspritzende, usw.

Neben der Anpassung der Kraftstoffpumpenförderkennlinie an die Kraftstoffbedarfskennlinie des Motors, zur Bildung der zündfähigen Gemischzone in beiden Teillastbereichen und der Kernzone im unteren Teillastbereich unter Berücksichtigung der sich über den Betriebsbereich und während der Gemischbildung sich verändernden den Luftwirbel wie auch den Kraftstoff betreffenden Betriebsgrössen, ist die Regelung der Kraftstoffdüsenquerschnitte über den Betriebsbereich des Motors und während jedes einzelnen Gemischbildungsvorgangs vorzunehmen.

Es ist weiter wichtig, während der Einspritzung/Einblasung die Querschnitte der Kraftstoffdüsen, unter Berücksichtigung der sich während der Gemischbildung ändernden, den Luftwirbel betreffenden Betriebsgrößen und der sich während der Gemischbildung ebenfalls ändernden,den Kraftstoff betreffenden Betriebsgrößen, so zu verändern, daß die Formen der Strahlen im wesentlichen vom Beginn der Einspritzung/Einblasung bis zu deren Ende im wesentlichen gleich bleiben und eine zylindrische Kernzone entsteht. Der untere Teillastbereich, in dem der Motor nur mit der Kernzone betrieben wird, erstreckt sich durch deren zylindrische Form bis in den Bereich hoher Motorleistung. Die Veränderung der Düsenquerschnitte während der Gemischbildung erfolgt mittels Düsennadeln,auf die eine in dem Düsenträger verlaufende Steuernadel wirkt. Ein in Rotationsachsenrichtung verstellbarer Raumnocken betätigt die Steuernadel. Die Einstellung dieses Nockens erfolgt durch mechanische Stellglieder über die Einspritzpumpe. Die weitere Verstellmöglichkeit des Raumnockens in Hochachsenrichtung wird nachfolgend beschrieben.

§09885/0431

Sinspritzpumpenraumnocken und Raumnocken zur Verstellung der Düsennadel sind durch eine Antriebskette so miteinander verbunden, daß sie mit gleicher Drehzahl rotieren. Der Winkelbereich und die Winkellagen der beiden Raumnocken entsprechend sich im wesentlichen. Bei beginnender Einspritzung/Einblasung öffnen die Düsennadeln die Düsen und umgekehrt. Die rotationsaxiale Verstellung der beiden Raumnocken verläuft im wesentlichen parallel. Bei den instationären Betriebsphasen des Motors ist eine Längenverstellung der die Verbindung Raumnocken-Düsennadeln herstellenden Steuernadel erforderlich. Wird die Steuernadel mittels eines drehbaren Zwischenstücks, das auf ein nicht drehbares Steuernadelteil geschraubt ist, verlängert oder verkürzt, so verschiebt sich die den Öffnungsquerschnitt bestimmende Kurve auf der Y-Achse (Parallelverschiebung). Bei geringer Motordrehzahl und hohem Mitteldruck wird die im unteren Teillastbereich an die Motordrehzahl gebundene Wirbelintensität (im unteren Teillastbereich) berücksichtigt und damit verhindert, daß die Kraftstoffstrahlen den Zylinder berühren.

Das drehbare Zwischenstück auf der Steuernadel wird durch ein elektrisch/mechanisches Steuergerät verstellt, das die Betriebsgrößen Motordrehzahl und Pumpenraumnockenlage in Steuerimpulse umsetzt. Zur Peineinstellung der Düsennadeln ist ein zweites, auf das erste arbeitendes Steuergerät vorgesehen, das von einem im Bereich des Ventilsitzringes in den Abgaskanal hineinragenden Sensor elektrische Signale empfängt. Die Sensorsignale werden zur Peststellung der mittleren Abgastemperatur im Ventilsitzringbereich bzw. des Kernzonenradius herangezogen. Mit den beiden erwähnten Steuergeräten und dem Sensor im Abgaskanal wird der Radius der Kernzone im unteren Teillastbereich justiert.

Mit der handgesteuerten Einspritzpumpe sind der die Düsennadeln verstellende Raumnocken und die beweglichen Leitschaufeln gekoppelt, deren Feineinstellung bezüglich ihrer Drosselwirkung mittels eines weiteren Sensors im Auslaßkanal und Auslaßventilsehaftbereich und weiterer mechanischer Stellglieder zur Einhaltung einer bestimmten Verbrennungstemperatur bzw. Luftzahl erfolgt.

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Im oberen Teillastbereich erfolgt die Grundgemischbildung mittels einer Einspritzdüse, die den Kraftstoff in den Ansaugkanal oder direkt in den Zylinder einspritzt. Das gesamte Volumen des Verdichtungsraums ist nach der Verdichtung mit für sich nicht zündfähigem Grundgemisch gefüllt. Der Anstellwinkel der beweglichen Leitschaufeln ist stark reduziert und die Drosselwirkung der Leitschaufeln fast aufgehoben. Das in den Zylinder einströmende Gemisch wird durch die Leitschaufeln in nur noch schwache Rotation versetzt. Der im oberen Teillastbereich im wesentlichen konstante Eintrittsdrall der Luft bewirkt, daß Kraftstoff, der aus den im unteren Bereich des Verdichtungsraums vorgesehenen Kraftstoffdüsen während des Verdichtungstakts ausströmt, im Grundgemisch wendeiförmige, angereicherte Gemischzonen bildet. Unter Einhaltung des im wesentlichen konstanten Dralls und unter Berücksichtigung einer bestimmten Winkellage - im zylinderlängsachssenkrecht en Querschnitt gesehen - zwischen Düsen und Elektroden und Höhenstaffelung zwischen Düsen und Elektroden untereinander, kommt eine der sich im Grundgemisch gebildeten wendeiförmigen und zündfähigen Gemischzonen zum Zeitpunkt des Funkenüberschlags in den Bereich der Elektroden. Die Elektroden sind am Umfang des Düsenträgers vorgesehen. Ein kleinerer Wirbelgenerator im Bereich der Zündkerzen verhindert Verbrennungsaussetzer und damit Druckschwankungen. Zum raschen Abschluß der Verbrennung, d.h. zur Bildung eines idealen Wärmefreisetzungsdiagranuns, trägt die wendeiförmige, reiche Gemischzone, in der sich die Flamme wesentlich schneller als im Grundgemisch ausbreitet, wesentlich bei.

Wie bereits beschrieben,kann das ZUndgemisch auch in oder im Bereich der Kolbenmulde durch Wandauftragung des Kraftstoffs gebildet werden.Die Kombination beider Gemischbi!düngeverfahren zur Bildung des Zündgemischs im oberen Teillast bereich, bei der die Verbrennung von dem zündfähigen Gemisch im Kolbenboden ausgehend auf die wendeiförmige Gemischzone und von dieser auf das Grundgemisch übergeht, ist zweckmäßig.

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Die Regelung des Motors ist im oberen Teillastbereich eine Qualitätsregelung, denn die pro Ansaugtakt in den Zylinder einströmende Luftmasse ist im oberen Teillastbereich im wesentlichen konstant, während die Kraftstoffmenge bzw. Luftzahl variiert wird. Mittels der handgesteuerten ersten Kraftstoffpumpe wird weiterhin Kraftstoff zu den im unteren Bereich des Verdichtungsraums und/oder in der Kolbenmulde vorgesehenen Düsen und damit zur Bildung der wendeiförmigen, zündfähigen Gemisehzone im Grundgemisch und/oder im Bereich der Kolbenmulde oder in der Kolbenmulde gepumpt. Eine zweite Pumpe fördert Kraftstoff zu der das Grundgemisch bildenden Düse, wobei die im oberen Teillastbereich gleichzeitig von beiden Pumpen geförderten Kraftstoffmengen so aufeinander abgestimmt sind, daß sich die Luftzahl in der wendeiförmigen Gemisczone im Bereich des Wertes Eins hält. Kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Flugmotor zur Anwendung, bei dem während der Startphase hohe Literleistung g erwünscht ist, wird das Grundgemisch bis zur Zündfäiiigkeit mit Kraftstoff angereichert und die Förderung der ersten Pumpe, um eine Überfettung des Gemisches zu verhindern, auf Null heruntergeregelt .

Die Kraftstoffpumpenregelung der zweiten Pumpe kann mechanisch oder elektrisch über die handgesteuerte erste Pumpe erfolgen. Weiter werden über die erste Pumpe im oberen Teillastbereich die Leitschaufeln und der die Düsenquerschnitte steuernde Raumnocken mittels mechanischer oder elektrischer Stellglieder verstellt. Sowohl der Raumnocken in der ersten Pumpe, als auch der für die DUsenquerschnittveränderung erforderliche, ist in zwei getrennte Bereiche unterteilt. Die im oberen Teillastbereieh wirksamen Nockenkurven unterscheiden sich von denen im unteren Teillastbereich erheblich. Aufbau und Wirkungsweise der vorgesehenen Kraftstoffpumpen unterscheiden sich wenig von bekannten Ausführungen und bedürfen deshalb keiner näheren Besehreibung.

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Im Übergangsbereich zwischen unterem und oberem Teillastbereich wird der Hub des Kolbens in der ersten Pumpe durch entsprechende Nockenform so weit reduziert, daß nur Kraftstoff für die wendeiförmige Zündgemischζone und/oder die Zündwolke an dem erfindungsgemäßen Löffel eingebracht wird. Mit dem Übergang auf die entsprechende Nockenkurve wird die Punktion der zweiten Einspritzpumpe ausgelöst.

In den Figuren ist die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen:

Pig. I und

Fig. 2 je einen Zylinderkopf mit Teilen des Zylinders

eines Hubkolbenmotors in zwei verschiedenen

Kolbenstellungen]
Fig. J5 eine schematische Darstellung der aus den Düsen

austretenden Kraftstoffstrahlen; Fig. 4 ein Steuerschema für den unteren Teillastbereich,

und
Fig. 5 ein Steuerschema für den oberen Teillastbereich.

Im Zylinderkopf 12ist ein zur Zylinderlängsachse koaxiales, inneres Ventil 2, das als Einlaßventil wirkt und ein dies umgebendes, hülsenförmiges, zur Zylinderlängsachse ebenfalls koaxial angeordnetes und als Auslaßventil wirkendes Ventil 3 vorgesehen. Das innere Ventil 2, das aus einem Schaft 4 und einem Ventilteller 5 besteht, ist ebenfalls hohl und trägt den in das Ventil 2 eingeschraubten, sich in den unteren Bereich des Verdichtungsraums erstreckenden und im Bereich der Zylinderlängsachse verlaufenden Düsenträger 6, auch Brennstoffleitung genannt. Außer der Brennstoffleitung verläuft in dem Düsenträger 6 ein elektrischer, nicht dargestellter Leiter, der den Zündstrom zu der im Düsenträger vorgesehenen Zündkerze leitet. Weiter verläuft in dem Düsenträger 6 eine nicht dargestellte Steuernadel. Diese stellt die Verbindung her zwischen einem Raumnocken und Düsennadeln. Um der "Hosenträger 6 im Bereich des Verdichtungsraums vor Überhitzung zu schützen, durchziehen den Rohrmantel Bohrungen, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Die Brennstoffdüsen 10 sind im Endbereich des Düsenträgers 6 mit im wesentlichen radial zur Zy-

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linderwand und quer zur Zylinderlängsachse verlaufenden Düsenbohrungen installiert. Die Lage der Elektroden 11 am Düsenträger 6 richtet sich nach dem Niveau, auf dem sich das Zündgemisch zum Zeitpunkt des Funkenüberschlags befindet. Kraftstoff, Strom, Kühlflüssigkeit und mechanische Arbeit für die Steuernadelbetätigung wird mittels beweglicher Leitungen und dem auf dem Ventilschaftende montierten und durch eine Kette angetriebenen Raumnocken dem Düsenträger 6 zugeführt.

Das äußere Ventil ~ß, im Zylinderkopf 12 in zwei Bohrungen beweglich gelagert, schließc den im Zylinderkopf spiralförmig verlaufenden, das Auslaßventil 3 ringförmig umschließenden Auslaßkanal Ij5 taktabhängig, wobei es auf dem im Zylinderkopf 12 vorgesehenen Ventilsitzrirg j.4 aufliegt. Der Auslaßkanal I^ verläuft im unteren Zylinderkopfbereich. Zwischen dem im mittleren Zylinderkopfbereich verlaufenden Einlaßkanal 15 und dem Auslaßkanal I^ ist der Zylinderkopf 12 zur beweglichen Lagerung des äußeren Ventils 5 aufgebohrt. Das äußere Ventil J> dient im Verdichtungsraumbereich auch der Bildung des Aus- und Einlaßkanals, und ist durch eine auf dem Ventilsitzring 14 des Auslaßventils aufgeschweißte, rohrförmige Schürze 18 gegen die heißen Abgase geschützt. In dem das die beiden Gaskanäle voneinander trennende und das äußere Venti^lagernde Zylinderkopfteil ist ein Dichtring und ein Schmierring vorgesehen.

Der Einlaßkanal 15 umschließt das äußere Ventil 5 ringförmig, öffnungen im Schaft dts äußeren Ventils und im Bereich des Einlaßkanals lassen das für die Verbrennung erforderliche Gas in das hülsenförmig ausgebildete äußere Ventil J einströmen. Von dem inneren Ventil 2 wird du-3 äuiere Ventil 3, das au^h den Sndbereich des Gaszuführungskanaiö bildet, taictabhängig geschlossen» Das äußere Ventil J> ist im Endteil, der in den Verdichtungsraum müniet, als Ventilsitzring fur sich und das innere Ventil 2 ausgebildet .

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Oberhalb des Einlaßkanals 1st das äußere Ventil 3 im Zylinderkopf 12 nochmals beweglich gelagert. Im oberen Bereich des Ventilinnern ist ein Einsatz 20 vorgesehen, der in das äußere Ventil 3 so eingepaßt ist, daß dies an seinen Axialbewegungen nicht gehindert wird, und das Ventil gegen den als Einlaßkanal wirkenden Teil schließt. Fixiert wird der Einsatz durch am Zylinderkopf befestigte Halterungen, die sich über den Schaft des äußeren Ventils zu dem Einsatz 20 erstrecken. Um den Ventilverschleiß an beiden Ventilen zu reduzieren, ist es ausreichend, das äußere Ventil 3 intermittierend um die Längsachse zu drehen. Auf dem Einsatz 20 liegen die dem inneren Ventil 2 zugeordneten Ventilfedern 21 auf urü wirken über einen Ventilfedertelller auf den Ventilschaft. Die dem äußeren Ventil 3 zugeordneten Ventilfedern 22 liegen direkt auf dem Zylinderkopf 12 auf und wirken über Verbindungselemente, die am rohrförmigen Schaftende des äußeren Ventils 3 vorgesehen sind, auf dieses ein.

In dem Einsatz 20 sind zwei Hülsen 25* 26 vorgesehen, deren äußere 25 Bestandteil des Einsatzes 20 ist und sich vom Einsatz 20 in den Bereich des Ventiltellers 5 erstreckt. Diese Hülse trägt bewegliche Leitschaufeln 27. Die innere Hülse 26 ist drehbar in der äußeren gelagert und erstreckt sich von den Leitschaufeln 27 bis über den Einsatz 20. In der inneren Hülse 26 ist das innere Ventil ^beweglich gelagert, wobei die Lagerung von innerer Hülse 26 urdpinnerem Ventil 2 im wesentlichen spielfrei erfolgt. Auf die ventile 2, 3 bzw. die an den rohrförmigen Schaftenden vorgesehenen Verbindungselemente kann die Nockenwelle direkt oder über Kipphebel wirken, wobei es zweckmäßig ist, das äußere Ventil 3 mit einer Ventildrehvorrichtung auszustatten.

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Der Kolbenboden 30 ist parabolisch geformt und hat eine im Längsachsbereich eingearbeitete Kolbenmulde pl. Bewegt sich der Kolben 32 im Bereich oberer Totpunktlage und sind das Einlaßventil 2 und eventuell das Auslaßventil 3 etwas geöffent, so stülpt sich der Kolben 32 über den Düsenträger 6. Auf dem Kolbenboden am Kolbenmuldenrand ist ein in Richtung Ventile weisender Löffel 35 vorgesehen. Vom oberen Ende des Löffels kann ein Kanal zur Kolbenmulde 31 verlaufen. Das Einlaßventil 2 darf keine Drehbewegungen ausführen, damit sich Löffel 35 und Düse 10 gegenüberliegen.

im Der Düsenträger β ist im Verdichtungsraumbereich/wesentlichen rotationssymmetrisch geformt und in das Einlaßventil 2 eingeschraubt. Im Endbereich und am Umfang des Düsenträgers 6 sind die einzelnen Düsen installiert. Es ist zweckmäßig, sovjohl am Umfang als auch im Ventiltellerbereich des Düsenträgers 6 und im Düsenbereich die Elektroden 11 zur Zündfunkenbildung vorzusehen.

Die Zylinderkopfkontur zwischen Ventilsitzring 14 und Zylinderkopf 12 ist im wesentlichen parabolisch, wobei die Leitlinie parallel zur Zylinderlängsachse verläuft.

Der Radius des Ventilsitzringes 14 ist relativ groß. Geringe mitt lere Ventilbeschleunigung ist ausreichend, um das Auslaßventil 3 und das an die Öffnungsbewegung des Auslaßventils 3 gebundene Einlaßventil 2 für ausreichenden Auslaßzeitquerschnitt anzuheben. Bei sich schließendem Auslaßventil 3* das Einlaßventil 2 durch entsprechende Nockenform weiter anzuheben, ergibt durch die sich entgegengesetzt bewegenden Ventile einen günstigen Einlaßzeitquerschnitt. Die Ventilüberschneidung bei derartiger Ventilsteuerung wird bei der Brennstoffeinbringung durch die zweite gemischbildenden Einrichtung berücksichtigt. Durch entsprechende Wahl des Einspritzbeginns wird Gemischausströmung verhindert.

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ORlQiNAL

Im Auslaßkanal IJ> und im Bereich des Ventilsitzringes 14 sind Mischbleche 40 vorgesehen, die im einzelnen wenige Millimeter in den Auslaßkanal hineinreichende, hitzeunempfindliche und auf der Kanalaußenseite bzw. -Unterseite kreisförmig verlaufende dünne Bleche sein können.

Die innere der beiden in dem Einsatz 20 vorgesehenen Hülsen, also Hülse 26, ragt über den Einsatz 20 hinaus und wird von dem elektrisch/mechanischen Steuergerät gedreht. Am unteren Ende dieser Hülse wird die Drehbewegung mittels einer Verzahnung auf die Leitschaufeln 27, deren Wellen im inneren Bereich stirnverzahnt sind, übertragen. Wie erwähnt, erfolgt die Grobeinstellung über die Einspritzpumpe und Peineinstellung über den erwähnten zweiten Sensor bzw. über ein Steuergerät.

Es sind zahlreiche Ausgestaltungen der Erfindung denkbar. Hierbei wird auf die Unteransprüche verwiesen. Eine wichtige dieser zusätzlichen Maßnahmen besteht darin, daß man nicht nur eine, sondern mehrere Brennstoffdüsen vorsieht. Dabei können diese Düsen - in einem Querschnitt durch die Zylinderachse gesehen durchaus derart angeordnet sein, daß sie in verschiedenen radiale Richtungen weisen. Auch kann die einzelne Düse derart gerichtet sein, daß der aus ihr austretende Brennstoffstrahl zunächst der Drehrichtung des Wirbels entgegengerichtet ist. Zwei entgegengesetzt angeordnete Düsen für den Bereich um den Düsenträger und zwei um 90° versetzt angeordnete zur Bildung des Kernzonenaußenbereichs können die Kraftstoffverteilung verbessern.

Bei gasförmiger Brennstoffeinbringung kann die Mulde des auf dem Kolbenboden vorgesehenen Löffels J>5 durch einen wendelförmig von dem Löffel 35 in die Kolbenmulde J>1 verlaufenden Kanal ersetzt werden, wobei das sich in der Kolbenmulde J>1 bildende zündfähige Gemisch durch die an der Stirnseite des Düsenträgers 6 vorgesehenen Elektroden im Düsenbereich gezündet wird.

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Eine weitere Möglichkeit der Zündgemisehbiidung besteht darin, Kraftstoff mittels einer an der Stirnseite des Düsenträgers β vorgesehenen Düse in die Kolbenmulde JA zu spritzen und durch die in Düsenbereich vorgesehenen Elektroden 11 zu zünden. Es kann die Wirksamkeit des Zündfunkens gesteigert werden, wenn man den Löffel j5p als zweite Elektrode ausbildet und außerdem Kolben, Pleuelstange und Motorgehäuse elektrisch leitend miteinander verbindet.

Bei flüssiger Kraftstoffeinbringung ist es zweckmäßig, den Düsenträger 6 außen zu isolieren. Äußere Isolation und Flüssigkeitskühlung des Düsenträgers 6 sind ausreichende Maßnahmen, Dampfblasenbildung in der Kraftstoffleitung vor den Düsen 10 zu verhindern ,

14 Es ist außerdem zweckmäßig, den Ventilsitzring,'für das Auslaßventil 3 und den Ventilteller 5 so auszubilden, daß die Ventiltellerunterseite ohne wesentliche Stufenbildung in die Kontur des Zylinderkopfes 12 übergeht.

Anstelle der flüssigen Kraftstoffeinbringung kann es zweckmäßig sein, den Kraftstoff in Dampfform einzublasen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist in dem Düsenträger 6 eine kleinvolumige und großflächige Kammer vorgesehen, in die der Brennstoff wie bei der Einspritzung eingebracht wird. D.h., die pro Kurbelwinkelgrad in die Kammer einzuspritzende Kraftstoffmenge muß dem Kraftstoffbedarf pro Kurbelwinkelgrad entsprechen, Der sich in der Kammer bildende Dampf, die beim Start elektrisch beheizt wird und bei betriebswarmem Motor durch die Brenngase beheizt wird, strömt durch die sich mittel- oder unmittelbar an die Kammer anschließenden Düsen aus. Bezüglich der Gemischbildung entfällt zwangsläufig die Verdampfungspha?e und die bei flüssiger Kraftstoffeinbringung sieh in der Endphase der Gemischbildung einstellende Wandauftragung des Kraftstoffs auf Kolbenboden, Löffel 35, und Kolbenmulde 31. Das Zündgemisch kann je nach Gestaltung des Furr.penraumnockens und Steuerung des die Düsenquerschnitte verstellenden Raumnockens auf oder in der Kernzone oder auoh in oder im Bereich der Kolbenmulde gebildet wer

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Wird die zündfähige Gemischzone bei Beginn des Gemischbildungs-Vorgangs gebildet, so daß sie zum Zeitpunkt der Zündung auf der Kernzone aufliegt, so kann die zündfähige Gemischzone mittels einer im Zylinderkopf 12 befestigten und in den Verdichtungsraum zur zündfähigen Gemischzone hineinreichenden Zündkerze gezündet werden. Pur den oberen Teillastbereich, wo die zündfähige Gemischzone wendelförmig um den Düsenträger β verläuft, ist die erwähnte Zündkerze bezüglich ihrer Winkellage zur Düse 10 und unter Berücksichtigung des Dralls im Zylinderkopf so angeordnet, daß die Elektroden 11 zum Anfang der zündfähigen Gemischzone in den Verdichtungsraum hineinragen, wobei die Elektroden die Grundgemischschicht durchdringen. Die zündfähige Gemischzone im unteren und oberen Teillastbereich mittels einer dritten gemischbildenden Düse zu bilden, die im Bereich der erwähnten Zündkerze im Zylinderkopf installiert wird, ist ebenfalls möglich. Von der dritten Düse wird eine kleine Gemischwolke gebildet, die von der Gasrotation in den Bereich der Kerze getragen wird und die Kernzone im unteren Teillastbereich und das Grundgemisch im oberen Teillastbereich zündet.

Den GemischblldungsVorgang auf den Ansaugtakt auszudehnen, ist möglich.

Eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung liegt bei direkt in den Zylinderkopf eingeschraubtem Düsenträger vor, wobei die Ventile konventionell in V-Form angeordnet sind. Die Ventilteller , in die Zylinderkopfkontur einzulassen, istj bei dieser Ausführungsform zweckmäßig. Im Ansaugkanal sind im Bereich des Ventiltellers bewegliche Luftleiteinrichtungen vorgesehen. Die Bildung des Zündgemischs kann mittels der die Kernzone bildenden Düsen oder der dritten, im Zylinderkopf installierten erfolgen und durch die Zündkerze im Zylinderkopf oder der im Düsenträger vorgesehenen gezündet werden. Auch bei dieser Ausführungsform verläuft der Düsenträger im Bereich der Zylinderlängsachse .

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3ei allen Ausführungsformen, bei denen die dritte Düse und die Zündkerze im Zylinderkopf vorgesehen ist, liegt sowohl die Düse als auch die Zündkerze auf einer Kreislinie, die kleiner als die kleinste Kernzonenkreislinie ist.

Im folgenden sollen die Punktion des Motors und die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beschrieben werden.

Im unteren Teillastbereich strömt Luft om Einlaßkanal in das hohl ausgebildete Auslaßventil, in dem sie durch die im Auslaßventil und im Bereich des Ventiltellers vorgesehenen beweglichen Leitschaufeln gedrosselt und in Rotation versetzt wird, wobei die Wirbelintensität zur Motordrehzahl im wesentlichen proportional ist. In dem über alle vier Takte rotationssymmetrischen Hub- und Verdichtungsraum entsteht eine im wesentlichen von Besonderheiten freie Strömung mit zueinander stabilen Gasteilchenbahnen.

Der von Besonderheiten freie Wirbel und die beschriebene Art der Gemischbildung läßt eine scharfbegrenzte Kernzeone entstehen, die von einem Ring bzw. Zylinder reiner Luft eingeschlossen ist, und führt die zündfähige Gemischzone, gleichgültig, ob sie durch Luftverteilung oder Wandauftragung gebildet wurde, bis zum Zeitpunkt des Funkenüberschlags in den Bereich der Elektroden.

Die Drosselwirkung der beweglichen Leitschaufeln ist im oberen Teillastbereich fast aufgehoben und der Gaseintrittsdrall relativ schwach, jedoch ausreichend, um auch in diesem Lastbereich die zündfähige Gemischzone bis zum Zündzeitpunkt in den Bereich der Elektroden zu führen.

In beiden Lastbereichen wird die Verbrennung über die zündfähige Gemischzone bei jedem Lastpunkt, allen Betriebszuständen und den instationären Phasen eingeleitet, so daß die Vorteile, die sich aus der Verbrennung armer Gemische ergeben, voll nutzbar sind. Als wichtigster Vorteil ergibt sich aus der Verbrennung armer Gemisch die Senkung der maximalen Plammentemperaturen, die drei wesentliche Verbesserungen zur Folge hat: Die Wärme- und Rei-

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bungsverluste nehmen ab, die Dissoziation wird vermindert,und bei wenig gedrosselt einströmendem Gas verringern sich die Pumpverluste. Der thermische Wirkungsgrad des Motors steigt durch die genannten Verbesserungen im Teillastbereich erheblich.

Die Senkung der maximalen Flammentemperaturen reduziert den Stickoxidanteil im Abgas erheblich. Durch die Verbrennung im nicht unterteilten Verdichtungsraum, der kleinvolumigen Zündgemischzone und der Kühlwirkung des Düsenträgers entstehen keine Zonen hoher Flammentemperaturen. Die Entstehung von Stickoxid wird vielter vermindert.

Der hohe Luftüberschuß in der Kernzone im unteren Teillastbereich und dem Grundgemisch im oberen Teillastbereich und das geringe Volumen - im Verhältnis zum übrigen Gemisch - der Zündgemischzone verhindert ferner die Entstehung von Kohlenmonoxid.

Die V/irkungsweise der Kernzone im unteren Teillastbereich bezüglich des Kohlenwasserstoffanteils im Abgas läßt sich wie folgt beschreiben: Durch den von Besonderheiten freien V/irbel und die Ablenkung der Kraftstoffstrahlen, die an ihren Enden auf kreisbahnähnlichen Kurven liegen, wird die Kernzone gebildet und dabei von einer kleinvolumigen Übergangsschicht, die sie von der Luft trennt, eingeschlossen. Während der Verbrennung und Expansion bleibt die Form der Kernzone rotationssymmetrisch, denn der von Besonderheiten freie V/irbel und vor allem die zur Wirkung kommenden Auftriebskräfte infolge des hohen Temperaturunterschiedes zwischen der Kernzone und der an der Verbrennung nicht beteiligten Luft und der Gasrotation halten die Kernzone im inneren Bereich des Hub- und Verdichtungsraums (im folgenden Zylinder genannt). Die Übergangsschicht zwischen Kernzone und kalter Luft wird während der Verbrennung und Expansion aufgeheizt. Auch die in der Übergangszone vorhandenen Kohlenwasserstoffe verbrennen.

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Nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe werden irr; Zylinderkopf verlaufenden Auslaßkanal nachverbrannt, denn infolge der Gassehichtung und der koaxialen, im Bereich der Zyllnderlängsaclise verlaufenden Ventillängsachsen ergibt sich ein besonderer Ablauf der Gas aus strömung aus den) Zylinder. Bei sich öffnendem Auslaßventil strömt das heiße Gas der Kernsone zuerst aus, denn die Auftriebskräfte bleiben weiterhin v/irksam. Die Übergangszone bleibt so lange im Zylinder, bis der Gasdruck in diesem stark gefallen ist und der Kolben die Gase aus dem Zylinder drängt. Bei einer bestimmten Kolbenlage, die sich nach dem Verhältnis Zylinderradius zu Kernzonenradius richtet, kommt die Übergangszone in den Bereich des durch das Auslaßventil gebildeten Ringspalts und strömt durch diesen ohne vorher Wandberührung mit dem Zylinder oder Zylinderkopf zu haben, mit dem heißen Gas teilweise aus. Im Auslaßkanai vorgesehene Mischbleche, die sich kreisförmig um das Auslaßventil erstrecken, sind durch das zuerst ausströmende heiße Gas aufgeheist und geben die Wärme an das die Mischbleche passierende Gas aus der Übergangszone ab.

Infolge der Aufheizung und Mischung der Gase aus der Übergangszone mit den heißen Gasen der Kernzone verbrennen die letzten Kohlenwasserstoffe. Die kurze Gasausströmphase, in der die Übergangszone auf ihrem weg vom Ventilsitzring bis zu den Mischbleahen Wandberührung hatte, x\^rird durch die letzte Phase abgelöst, bei der heißes Gas, Gas aus der Übergangszone und kaltes Gas gemeinsam ausströmt. Auch bei dieser Phase verbrennen die Kohlenwasserstoffe aus der Übergangszone im wesentlichen durch Mischung der beiden Gaszonen.

Hat der Kolben die obere Totlage erreicht, so strömt im Verdichtungsraum unter den Ventilen Restgas aus dem Kolbenbodenbereich. Dieses nicht ausströmende ResfSgas enthält Kohlenwasserstoffe infolge von Wandeinflüssen, und kann Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Kohlenmonoxid durch das eventuell im Kolbenbodenbereich gebildete Zündgemisch enthalten. Das Schadstoff enthaltende Restgas aus dem Kolbenbodenbereich und ein Teil der im Zy-

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linder verbliebenen Gase aus der Übergangszone und dem Zylinderbereich werden von dem in den Zylinder einströmenden Gas in den inneren Bereich des Zylinders gedrängt und beim darauffolgenden Arbeitstakt nachverbrannt.

Der Kohlenwasserstoffanteil im Abgas ist durch die nahezu vollständige Verbrennung im Zylinder, der Nachverbrennung im Zylinderkopf und der Nachverbrennung der schadstoffenthaltenden Restgase beim darauffolgenden Arbeitstakt äußerst gering. Auch diese Verbesserungen werden durch die beschriebene Ventilanordnung erzielt.

Im oberen Teillastbereich, in dem der gesamte Verdichtungs- und Hubraum mit Gemisch gefüllt ist, entsteht infolge voijfaandeinflüssen eine Quench-Zone. Der relativ große Massenstrom der Abgase und deren Temperatur ist ausreichend, mittels eines kleinen thermischen Reaktors die Kohlenwasserstoffe zu verbrennen.

Die auf dem Kolbenboden aufliegende Kernzone berührt auch den Zylinderkopf und die Ventile nicht. Zwischen der Kernzone und dem Zylinderkopf und den Ventilen bildet die die Kraftstoffstrahlen nicht tangierende Luft bis zum Zündzeitpunkt eine scheibenförmige Luftschicht. Infolge der Verdichtung ist die Übergangszone zwischen Luft und Kernzone äußerst dünn und brennt demzufolge durch. Mischbleche im Abgaskanal und im Bereich des Auslaßventils können eine Nachverbrennung einleiten.

Im unteren Bereich des oberen Teillastbereichs wird der Leitschaufelanstellwinkel und damit der Gaseintrittsdrall stark reduziert. Diese Maßnahme macht zwar eine zweite gemischbildende Einrichtung erforderlich, verbessertaber die Zylinderfüllung im oberen Teillastbereich, so daß der Mitteldruckwert im wesentlichen dem eines Ottomotors entspricht.

Die relativ langen Gemischaufbereitungszeiten und die beschriebenen Arten der Gemischbildung laßen sowohl in der Kernzone wie auch im Grundgemisch homogenes Gemisch entstehen, was auch dazu beiträgt, den Schadstoffanteil im Abgas zu reduzieren.

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In dem Spaltraum zwischen Kolben und Zylinder kommt im unteren Teillastbereich, der mit der Kernzone betrieben wird, kein Gemisch. Der Kohlenwasserstoffanteil im Abgas wird auch dadurch weiter gesenkt.

Bei kaltem Motor kondensiert kein Kraftstoff an der Zylinder- und Zylinderkopfwand. Es wird eine Verbesserung der Abgasqualität und eine Verminderung des MotorverschMsses erzielt, denn von der Zylinderwand wird kein Kraftstoff abgewaschen. Der Ölverbrauch wird gesenkt und die Schmierfähigkeit des Öls nicht durch Kraftstoffbeimengungen gemindert. Auch die Motorausfallwahrscheinlichkeit wird durch den Schutz des Zylinderschmierfilms verringert (keine Kolbenfresser). Dies trifft insbesondere für Plugmotoren zu, die bei entsprechender Aufladung die für den Reiseflug erforderliche Leistung mit der Kernzone erreichen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen eignen sich hervorragend für Aufladung. Hinzu kommt, daß der thermische Wirkungsgrad des Motors im unteren Teillastbereich, infolge verminderten Wärmeübergangs auf den Zylinder während der Verbrennung und Expansion, weiter angehoben wird, denn der die Kernzone umschliessende Luftring bzw. Luftzylinder wird aufgeheizt und expandiert mit der Kernzone.

Druckschwankungen im Zylinder infolge mangelhafter Verbrennung kommen durch die beschriebene Art der Zündgemischbildung und dessen Führung nicht vor.

Heidenheim, den 26.6.S^S 8 8 5 / 0 4 3 1

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Claims (1)

1. Josef Schaich 79 Ulm

   α Häberlinweg 11_

   Patentansprüche

   \ 1) .Verfahren zum Betreiben eines Hubkolbenmotors mit Zylinder "-" und Kolben und mit im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslaßventilen, wobei Luft und/oder ein Gas-Luft-Gemisoh (Gas) derart in den Verbrennungsraum eingeführt wird, daß es eine um die Zylinderachse kreisende Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdichtungsraum ein Brennstoff eingespritzt bzw. eingeblasen wird, dessen Einspritzrichtung eine radial nach außen gerichtete und/oder eine Umfangskomponente aufweist.

   2. Hubkolbenmotor mit Zylinder und Kolben und mit im Zylinderkopf angeordneten Ventilen sowie mit wenigstens einer im Verbrennungsraum vorgesehenen Zündvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßkanal Leit- bzw. Drosselelemente zum Erzeugen einer um die Zylinderlängsachse kreisendeaBewegung des einströmenden Mediums (Luft, Gas-Luft-Gemisch) vorgesehen sind und daß eine der Zufuhr von Brennstoff dienende Einspritzvorrichtung vorgesehen ist, die im wesentlichen aus einer in der Zylinderlängsachse angeordneten, sich in den unteren Verdichtungsraum hinein erstreckenden Brennstoffleitung und wenigstens einer an deren Ende befindlichen Düse (Brennstoffdüse) besteht, und daß diese Düse - senkrecht zur Zylinderachse gesehen - mit ihrer Austrittsöffnung gegen die innere Wandfläche der Zylinderbohrung gerichtet ist.

   5. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgröße der Brennstoffdüse veränderbar ist.

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   4. Hubkolbenmotor nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdüse eine Strömungsvorriehtung zugeordnet ist, die deren Öffnungsgröße in Abhängigkeit anderer Größen, beispielsweise des Arbeitstaktes steuert.

   5. Hubkolbenmotor nach Anspruch j5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor zum Ermitteln des Durchmessors der zentralen Gemischzone vorgesehen ist (beispielsweise mittels Temperaturmessungen), und daß ferner eine mit dem Sensor zusammengeschaltete Regeleinrichtung vorgesehen ist, die das Ausgangssignal des Sensors zur Veränderung der Öffnungsgröße der Brennstoffdüse und/oder der Stellung der Leit- bzw. Drosselelemente im Einlaßkanal auswertet.

   6. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsenaustrittsöffnung exzentrisch zur Zylinderachse befindet und derart gerichtet ist, daß der austretende Strahl zumindest auch eine Umfangskomponente in Bezug auf die Zylinderachse aufweist.

   7. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Stirnfläche als vorzugsweise parabolisch gestaltete Mulde ausgebildet ist und daß die Brennstoffleitung in die Mulde hineinragt.

   o. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolben-Stirnfläche im Bereich der Kolbenachse eine Aussparung vorgesehen ist,, daß die Aussparung keinen wesentlich größeren Durchmesser als die Brennstoffleitung selost aufweist, und daß die Brennstoffleitung in diese Aussparung ninein-

   Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis S, dadurch gekennen zeichnet, daß zwei oder mehrere Zündvorrichtung/vorgesehen sind.

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   10. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf ein zur Zylinderachse koaxiales, inneres Ventil und ein dieses umgebendes und ebenfalls koaxiales äußeres, hülsenförmiges Ventil vorgesehen sind, und daß das innere Ventil die Brennstoffleitung trägt bzw. diese bildet.

   11. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßkanal Mischbleche, Stolperschwellen od. dgl. zum Vermischen von verbrannten und unverbrannten Bestandteilen vorgesehen sind.

   12o Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenboden, und zwar im Bereich desjenigen Radius, auf dem sich die Düsenaustritts-Öffnung befindet, wenigstens ein löffeBrtiger Vorsprung vorgesehen ist.

   13. Hubkolbenmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung eine gegen die Düesenaustrittsöffnung hin gerichtete Aussparung oder Mulde aufweist«

   23.5.1975
   DrW/HKn

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