DE2717762A1 - Fackelgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents

Description

TlEDTKE - BüHLING " KlNNE " GrUPF Patentanwälte:

Dipl.-Ing. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Kinne Dipl.-Ing. Grupe

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cable. Germaniapatent München

21. April 1977

B 8110/ A2233-03 Soken

NIPPON SOKEN, INC. Nishio-shi, Japan

Fackelgezündete Brennkraftmaschine

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Dresdner Bank (München) Kto. 3931844 Postscheck (München) Kto. 870-43-KM

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine fackelgezündete Brennkraftmaschine mit einer Vorkammer, die zur Zündung eines in einen Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine eingeleiteten mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs mittels einer Flammenfackel dient.

Solche fackelgezündeten Brennkraftmaschinen sind bereits bekannt. Eine fackelgezündete Brennkraftmaschine umfaßt beispielsweise einen Zylinderblock, in dem eine Zylinderbohrung ausgebildet ist, einen in der Zylinderbohrung sitzenden Hubkolben sowie einen Zylinderkopf, der oben auf dem Zylinderblock angebracht ist und zusammen mit der Zylinderbohrung und dem Kolben einen Hauptbrennraum begrenzt. Im Zylinderkopf ist ein Einlaßkanal ausgebildet, der zum Hauptbrennraum führt. Die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Hauptbrennraum wird von einem Einlaßventil gesteuert. Eine Ladung aus magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch den Einlaßkanal in den Hauptbrennraum eingeleitet, wenn das Einlaßventil während des Ansaugtaktes der Brennkraftmaschine geöffnet ist. Im Zylinderkopf ist ferner eine Vorkammer ausgebildet, die mit dem Hauptbrennraum durch einen Flammen- bzw. Fackelkanal in Verbindung steht. Während des Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine wird ein Teil der in den Hauptbrennraum eingeführten Gemischladung durch den Flammenkanal in die Vorkammer eingedrückt und in dieser zurückgehalten. In der Vorkammer befindet sich an einer vom Flammenkanal entfernten Stelle ein Elektrodenpaar einer Zündkerze, das zur Zündung des Gemischs in der Vorkammer dient, um dadurch eine Flammenfackel zu erzeugen, die durch den Flammenkanal in den Hauptbrennraum schlägt und das darin befindliche Gemisch zündet.

Ein wesentlicher Vorteil der fackelgezündeten Brennkraftmaschinen besteht darin, daß bei der Verbrennung des

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Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkraftmaschine wenig giftige Abgasbestandteile anfallen. Typisch für solche Brennkraftmaschinen mit Fackelzündung ist jedoch, daß deren Leistung und Betriebsverhalten stark von der Form der Vorkammer, der Größe und der Richtung des Flammenkanals und dem Ort der Elektroden der Zündkerze abhängen. Kritische Faktoren beim Betrieb solcher Brennkraftmaschinen sind die Zündwilligkeit und die Fackelwirkung.

Es ist nun festgestellt worden, daß aufgrund der Ausbildung von Vorkammer und Flammenkanal und aufgrund der Anordnung der Elektroden der Zündkerze bei herkömmlichen fackelgezündeten Brennkraftmaschinen die während eines vorangehenden Verbrennungstaktes erzeugten Restgase, die in der Vorkammer zurückgeblieben sind, vom Luft-Kraftstoff-Gemisch in den inneren Bereich der Vorkammer gedrückt werden, während das Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens während des Verdichtungstaktes durch den Flammenkanal in die Vorkammer eingeleitet wird.

Zum Zeitpunkt der Funkenentladung befinden sich daher die Restgase im inneren Bereich der Vorkammer, wo sie in der Nähe der Elektroden der Zündkerze eine Schicht bilden, was zu einer Verringerung der Zündwilligkeit des Gemische in der Vorkammer führt. Insbesondere bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine sinkt die Zündwilligkeit, was zu einem entsprechend ungünstigen Laufverhalten der Brennkraftmaschine führt. In einer herkömmlichen Vorkammer läuft während des Verbrennungstaktes die Front der durch die Funkenentladung erzeugten Flamme vom inneren Bereich der Vorkammer zum Flammenkanal. Daher wird das zwischen dem inneren Bereich der Vorkammer und dem Flammenkanal vorhandene Luft-Kraftstoff-Gemisch von der fortschreitenden Flamme durch den Flammenkanal aus der Vorkammer herausgedrückt, obwohl es teilweise noch unverbrannt ist, was eine entsprechend schwache Flammenfackel mit schwacher Fackelwirkung zur Folge hat.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Schwierigkeiten zu beheben. Insbesondere wird mit der Erfindung eine Verbesserung der Zündwilligkeit und der Fackelwirkung bei einer fackelgezündeten Brennkraftmaschine angestrebt, damit ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch im Hauptbrennraum zuverlässig mittels einer Flammenfackel gezündet werden kann.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer fackelgezündeten Brennkraftmaschine eine Einrichtung vor, die einen im wesentlichen rohrförmigen Kanal bildet, der in der Vorkammer verläuft und zwangsläufig während des Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine einen Teil der Gemischladung aus dem Hauptbrennraum vom Flammenkanal zu den Elektroden der Zündkerze leitet, so daß dadurch die Restgase von den Zündkerzenelektroden weggespült werden.

Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausbildung befindet sich ein Teil des in die Vorkammer eingeleiteten frischen Gemischs am Ende des Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine in der Nähe der Elektroden der Zündkerze, so daß dort ein Gemisch vorliegt, das durch eine von den Elektroden der Zündkerze hervorgerufene Funkenentladung zuverlässig gezündet werden kann, und dadurch zuverlässig eine Primärflamme in der Vorkammer erzeugt wird. Ein anderer Teil des in die Vorkammer eingeleiteten frischen Gemischs wird in der Vorkammer mit den Restgasen gemischt,und dieses Gemisch bildet eine oder mehrere Schichten an einer oder mehreren von den Elektroden der Zündkerze entfernten Stellen. Die Primärflamme breitet sich zum frischen Gemisch im Kanal aus und erzeugt eine Flammenfackel, die aus dem Flammenkanal in den Hauptbrennraum schlägt. Ferner breitet sich die Primärflamme auch zu den Gemischschichten aus, die aus den Restgasen und dem übrigen frischen Gemisch bestehen, so daß auch diese Gemischschichten

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abbrennen. Demzufolge nimmt die Energie der Flammenfackel allmählich zu, und die Dauer, während der sie erzeugt wird und besteht, ist deutlich länger, was den Vorteil zur Folge hat, daß das magere Gemisch im Hauptbrennraum von der Flammenfackel zuverlässig gezündet wird.

Die Vorkammer kann so geformt sein, daß sie Stirnwände und eine Umfangswand hat. Der Flammenkanal kann in einer der Stirnwände der Vorkammer ausgebildet sein, während die Elektroden der Zündkerze durch die andere Stirnwand in die Vorkammer ragen. Vorzugsweise verläuft der Kanal im wesentlichen geradlinig und axial fluchtend mit dem Flammenkanal.

Die Umfangswand der Vorkammer kann im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung, die den Kanal bildet, eine im wesentlichen zylindrische Wand, die in der Vorkammer im wesentlichen konzentrisch oder exzentrisch zur zylindrischen Umfangswand der Vorkammer angeordnet ist. Die entgegengesetzten Enden des Kanals können von den gegenüberliegenden Stirnwänden der Vorkammer einen gewissen Abstand haben, wobei dann jeweils zwischen einem Ende des Kanals und der Stirnwand ein Stirnraum freibleibt. Die Zündkerzenelektroden können in einem der Stirnräume angeordnet sein. Alternativ kann ein Ende des Kanals mit derjenigen Stirnwand der Vorkammer verbunden sein, in der der Flammenkanal ausgebildet ist, wogegen das andere Ende des Kanals einen gewissen Abstand von der anderen Stirnwand der Vorkammer hat, so daß dort ein Stirnraum freibleibt, in dem die Zündkerzenelektroden angeordnet sind, eine weitere Alternative besteht darin, daß die Achse des Kanals schräg zur Achse der Vorkammer verläuft, wobei ein Ende des Kanals mit derjenigen Stirnwand der Vorkammer verbunden ist, in der der Flammenkanal ausgebildet ist.

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Wenn die entgegengesetzten Enden der den Kanal bildenden zylindrischen Wand Abstand von den gegenüberliegenden Stirnwänden der Vorkammer haben, wird die zylindrische Wand vorzugsweise von der Umfangswand der Vorkammer über zumindest eine radiale Wand getragen, die zwischen der Umfangswand und der zylindrischen Wand verläuft. Die Umfangswand der Vorkammer und die zylindrische, den Kanal bildende VJand begrenzen vorzugsweise zwischen sich einen im Umfangsrichtung ununterbrochenen oder unterbrochenen Seitenraum, der mit dem Endraum, in dem die Zündkerzenelektroden angeordnet sind, in Verbindung steht und in diesen übergeht.

Die Umfangswand der Vorkammer kann alternativ einen viereckigen Querschnitt haben. In diesem Fall umfaßt die den Kanal bildende Einrichtung vorzugsweise ein Paar im wesentlichen paralleler Wände, die zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden eines ersten Paares von Seitenwänden der Vorkammer verlaufen und zusammen mit diesen den 0 Kanal begrenzen. Die parallelen Wände begrenzen ferner zwischen sich und den anderen Seitenwänden der Vorkammer zwei Seitenräume, die in Querrichtung Abstand voneinander haben und von denen joder mit demjenigen Stirnraum der Vorkammer, in dem die Zündkerzenelektroden angeordnet sind, in diesen übergehend in Verbindung steht.

Der Seitenraum bzw. die Seitenräume, die in Verbindung mit dem Stirnraum stehen, in dem die Zündkerzenelektroden angeordnet sind, sorgt dafür, daß dann, wenn das frische Gemisch durch den Flammenkanal in die Vorkammer gedrückt wird und durch den Kanal zu den Zündkerzenelektroden strömt, die in der Vorkammer zurückgebliebenen Verbrennungsgase von den Zündkerzenelektroden in den Seitenraum bzw. in die Seitenräume gedrückt werden, wo sie mit einem Teil des frischen Gemischs zu einer brennbaren Schicht

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bzw. brennbaren Schichten gemischt werden.

V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer

ersten Ausführungsform einer fackelgezündeten Brennkraftmaschine, wobei die Vorkammer im Axial

schnitt gemäß I-I in Fig. 2 dargestellt ist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorkammer gemäß II-II

in Fig. 1;
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Fig. 3 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des

Zylinderkopfes einer zweiten Ausführungsform mit einer abgewandelten Vorkammer, die im Längsschnitt gemäß III-III in Fig. 4 dargestellt ist; 20

Fig. 4 einen Querschnitt durch die abgewandelte Vorkammer gemäß IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung, die eine dritte Ausführungsform mit einer weiteren Ab

wandlung der Vorkammer zeigt, die im Axialschnitt gemäß V-V in Fig. 6 dargestellt ist;

Fig. 6 einen Querschnitt durch die abgewandelte Vorkammer gemäß VI-VI in Fig. 5; und

Fig. 7 bis 11 weitere abgewandelte Vorkammern.

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Im folgenden wird zunächst auf die Figuren 1 und 2 eingegangen, in denen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen fackelgezündeten Brennkraftmaschine dargestellt ist. Diese erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und umfaßt einen Zylinderblock 12, in dem sich mehrer Zylinderbohrungen befinden, von denen lediglich eine Zylinderbohrung 14 dargestellt ist. In der Zylinderbohrung 14 sitzt ein Hubkolben 16. Oben auf dem Zylinderblock 12 ist ein Zylinderkopf 18 befestigt, in dessen Unterseite eine Mulde 22 ausgebildet ist, die zusammen mit der Oberseite des Kolbens 16 einen Hauptbrennraum 24 begrenzt. Der Kolben 16 ist in seinem oberen Totpunkt dargestellt. Im Zylinderkopf 13 ist ein Einlaßkanal 26 ausgebildet, dessen stromab gelegenes Ende in den Hauptbrennraum 24 mündet. Im Zylinderkopf 18 sitzt hin- und herverschiebbar ein Einlaßventil 28 mit einem Ventilkopf 32, das in seiner Schließstellung dargestellt ist. Das Einlaßventil 28 arbeitet mit einem Ventilsitz 34 zusammen und steuert die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 26 und dem Hauptbrennraum 24 auf bekannte Weise.

Im Zylinderkopf 18 befindet sich ferner eine im wesentlichen zylindrische Vorkammer 36, die mit dem Hauptbrennraum 24 über einen einzigen Flammen- bzw. Fackelkanal verbunden ist, der im wesentlichen koaxial zur Vorkammer 36 verläuft. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorkammer 36 von einem im wesentlichen napfförmigen, zylindrischen Einsatz 40 begrenzt, der aus Metall besteht und beispielsweise im Wachsausschmelzverfahren gegossen ist. Der Einsatz 40 umfaßt eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 42, eine innere Stirnwand 44 mit verringertem Durchmesser sowie eine äußere Stirnwand 46 mit einem radial nach außen ragenden Flansch 48. In der äußeren Stirnwand 46

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ist eine öffnung 50 ausgebildet. Der Flammenkanal 38 befindet sich in der inneren Stirnwand 44 des Einsatzes Der Einsatz 40 ist in eine Durchgangsbohrung 52 im Zylinderkopf 18 eingesetzt und wird von einem Kerzenhalter 54, der in den Zylinderkopf 18 geschraubt ist, so in Stellung gehalten, daß die innere Stirnwand 44 des Einsatzes 4 0 im wesentlichen bündig mit der angrenzenden Fläche der Mulde 22 im Zylinderkopf 18 liegt. In den Kerzenhalter 54 ist eine Zündkerze 56 so eingeschraubt, daß die Elektroden 57 der Zündkerze 56 durch die öffnung 50 in der Stirnwand 48 des Einsatzes 40 ragen und sich in der Vorkammer 36 befinden.

Wie Fig. 2 am deutlichsten zeigt, befindet sich in der Vorkammer 36 eine im wesentlichen zylindrische Wand 58, die ihrerseits einen im wesentlichen zylindrischen Innenkanal 60 begrenzt. Die zylindrische Wand 58 und der Innenkanal 60 liegen im wesentlichen konzentrisch zur zylindrischen Umfangswand 42 des Einsatzes 40. Die zylindrische Wand 58 ist mit der zylindrischen Umfangswand 42 des Einsatzes 40 über drei radial verlaufende Wände 62, 64 und 66 verbunden, die sich zwischen der Wand 58 und der Umfangswand 42 erstrecken und voneinander geeignete Abstände haben. Die radialen Wände 62, 64 und bilden zusammen mit der Umfangswand 42 der Vorkammer und der zylindrischen Wand 58 Seitenräume 68, 70 und 72, die sich im Umfangsbereich der Vorkammer befinden und von den radialen Wänden getrennt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die zylindrischen und radialen Wände 58, 62, 64 und 66 einstückig mit der Umfangswand 42 des Einsatzes 40 ausgebildet.

Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die zylindrische Wand 58 sich axial über die gleiche Länge erstreckt wie die radialen Wände 62, 64 und 66. Diese Wände 58, 62, 64 und 66 sind in der Vorkammer 36 so angeordnet, daß die axial entgegen-

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gesetzten Enden der Wände Abstand von den entgegengesetzten Stirnwänden 44 und 46 des Einsatzes 40 haben, so daß zwischen den Stirnwänden und den Enden der übrigen genannten Wände Stirnräume 74 und 76 freibleiben· Der zylindrische Innenkanal 60 und die Seitenräume 68, 70 und 72 stehen daher über die entgegengesetzt liegenden Stirnräume 74 und 76 in Verbindung miteinander. Der zylindrische Innenkanal 60 liegt im wesentlichen koaxial zum Flaramenkanal 38 und zur Zündkerze 56. Der Innendurchmesser des Innenkanals 60 ist etwas größer als der des Flammenkanals 38. Alternativ kann jedoch der Durchmesser des Innenkanals 60 im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Flammenkanals sein.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird das Einlaßventil 28 beim Ansaugtakt geöffnet, während der Kolben 16 nach unten läuft, so daß aus dem Einlaßkanal in den Hauptbrennraum 24 eine frische Ladung mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs eingesaugt wird. Diese frische Gemischladung wird mit einer geringen Menge Restgas gemischt, das während des vorangehenden Verbrennungstaktes erzeugt worden ist und bis zum Beginn des Ansaugtaktes im Hauptbrennraum zurückgeblieben ist, so daß der Hauptbrennraum am Ende des Ansaugtaktes mit einer Ladung gefüllt ist, die im wesentlichen aus frischem Luft-Kraftstoff-Gemisch besteht. Wegen der Konstruktion der Vorkammer 36 wird die Vorkammer während des Ansaugtaktes nicht gut gespült. Sie ist daher um Ende des Ansaugtaktes im wesentlichen mit Restgas gefüllt.

Während des Verdichtungstaktes bewegt sich der Kolben 16 nach oben, so daß sowohl die Gase im Hauptbrennraum 24 als auch in der Vorkammer 36 komprimiert werden. Da dabei das Volumen des Hauptbrennraumes 24 abnimmt, wogegen das Volumen der Vorkammer 36 unverändert bleibt, wird ein Teil des frischen Gemischs aus dem Hauptbrennraum 24 durch

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den Flammenkanal 38 in die Vorkammer 36 gedrückt. Ein wesentlicher Teil dieses Gemischs strömt durch den Stirnraum 74 der Vorkammer 36 in den Innenkanal 60 und wird von der zylindrischen Wand 58 zum anderen Stirnraum 76 geleitet, so daß diese Gemischströmung die Restgase von den Elektroden 57 der Zündkerze weg in die Seitenräume 68, 70 und 72 bläst bzw. spült, was zur Folge hat, daß die Elektroden der Zündkerze danach von frischem Luft-Kraftstoff-Gemisch umgeben sind. Ein Teil des frischen Gemischs strömt in die Seitenräume 68, 70 und 72 und wird dort mit den Restgasen gemischt, so daß auch in den Seitenräumen eine Schicht bzw. mehrere Schichten aus brennbarem Gas vorliegen.

Die Zündkerze wird dann elektrisch erregt, so daß sie eine Funkenentladung erzeugt. Da sich in der Umgebung der Elektroden 57 frisches Luft-Kraftstoff-Gemisch befindet, wie vorstehend erläutert wurde, kann die Funkenentladung zuverlässig das Gemisch zünden, so daß im Stirnraum 76 der Vorkammer 36 eine Primärflamme erzeugt wird. Diese Primärflamme breitet sich einerseits im frischen Gemisch im Innenkanal 60 mit sehr hoher Geschwindigkeit und andererseits auch zu den brennbaren Gasschichten in den Seitenräumen 68, 70 und 72 aus. Die Flammenausbreitung in den Seitenräumen erfolgt zuverlässig, jedoch mit einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit, da sich in den Seitenräumen 68, 70 und 72 auch Restgase befinden.

Durch die Verbrennung in der Vorkammer 36 wird eine Flamme bzw. Flammenfackel erzeugt, die durch den Flammenkanal 38 in den Hauptbrennraum 34 schlägt. Die Erzeugung der Flamme bzw. Flammenfackel beginnt unmittelbar, nachdem sich die Primärflamme bis zum frischen Gemisch im Innenkanal 60 ausgebreitet hat, und dauert an während der Zeit, die die Verbrennungsflamme zur Ausbreitung durch die

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Seitenräume 68, 70 und 72 benötigt, um die darin befindlichen Gase zu verbrennen. Die Zeitdauer von der auslösenden Funkenzündung des Gemischs bis zur Erzeugung der Flammenfackel im Hauptbrennraum ist sehr gering, während andererseits die Lebensdauer der Flammenfackel, d.h. der Zeitraum, während dessen die Erzeugung der Flammenfackel anhält, stark verlängert ist, was zu einer Erhöhung der Fackelenergie und somit der Fackelwirkung führt, so daß das magere Gemisch im Hauptbrennraum von der Fackel ^uverlässig gezündet und mit hoher Brenngeschwindigkeit im Hauptbrennraum gleichmäßig und vollständig abgebrannt wird.

Es ist erkennbar, daß die Anordnung der Zündkerzenelektroden im inneren Bereich der Vorkammer in gewisser Entfernung vom Flammenkanal, wie dies beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist, günstiger ist als eine Anordnung an anderer Stelle. Diese Anordnung der Zündkerzenelektroden wird durch die zylindrische Wand 58 in der Vorkammer 36 möglich. Die zylindrische Wand 58 in der Vorkammer 36 verbessert die Zündbarkeit sowie die Fackelwirkung, wie dies vorstehend erläutert wurde.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Diese Brennkraftmaschine ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10a bezeichnet. Teile der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform, die Teilen der ersten Brennkraftmaschine 10 entsprechen, sind mit gleichen, jedoch um "a" ergänzten Bezugszeichen versehen. Die Brennkraftmaschine 10a stimmt im Aufbau im wesentlichen mit der Brennkraftmaschine 10 überein, wobei die Unterschiede im wesentlichen in der Ausbildung des Einsatzes 4 0a bestehen, in dem sich die Vorkammer 36a befindet. Der Einsatz 40a hat einen rechtwinkligen Querschnitt und umfaßt zwei Paare gegenüber-

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liegender Seitenwände 42a-1, 42a-2, 42a-3 und 42a-4, wie dies am deutlichsten in Fig. 4 erkennbar ist. In der Vorkammer 36a ist ein Paar im wesentlichen paraleller Wände 58a-1 und 58a-2 vorgesehen. Diese Wände verlaufen zwischen den Seitenwänden 42a-3 und 42a-4 und verbinden diese miteinander. Ferner begrenzen die Wände 58a-1 und 58a-2 zusammen mit den Seitenwänden 42a-3 und 42a-4 einen Innenkanal 60a. Die Wände 58a-1 und 58a-2 verlaufen im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden 42a-1 und 42a-2 und begrenzen zusammen mit diesen zwei Seitenräume 68a und 70a. Die Enden der Wände 58a-1 und 58a-2 haben von den gegenüberliegenden Stirnwänden 44a und 46a der Vorkammer 36a einen gewissen Abstand, so daß zwischen den Enden der Wände 58a-1 und 58a-2 einerseits und den Stirnwänden 44a und 46a andererseits Stirnräume 74a und 76a freibleiben, so daß der Innenkanal 60a und die Seitenräume 68a und 70a über die entgegengesetzt liegenden Stirnräume 74a und 76a in Verbindung miteinander stehen. Der Innenkanal 60a fluchtet in Axialrichtung im wesentlichen mit dem Flammenkanal 38a in der Stirnwand 44a sowie mit den Elektroden 57a einer Zündkerze 56a. Die Elektroden 57a der Zündkerze sind im Stirnraum 76a der Vorkammer 36a angeordnet.

Die Vorkammer 36a mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie die Vorkammer 36 der Brennkraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 5 und 6 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10b bezeichnet. Diese Ausführungsform stimmt im wesentlichen mit der Brennkraftmaschine 10 überein, wobei sich lediglich die Ausbildung der Vorkammer unterscheidet. Diejenigen Teile der Brennkraftmaschine 10b, die mit Teilen

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der Brennkraftmaschine 10 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens "b"
bezeichnet. Der Vorkammereinsatz 4 0b der Brennkraftmaschine 10b umfaßt eine im wesentlichen zylindrische Umfangswand 42b sowie Stirnwände 44b und 46b, wie sie auch bei der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sind. In der Stirnwand 44b ist ein Flammenkanal 38b ausgebildet. Durch die andere
Stirnwand 46b der Vorkammer 36b ragen Elektroden 57b einer Zündkerze 56b, die in der Vorkammer 36b angeordnet sind.

In der Vorkammer 36b befindet sich eine im wesentlichen zylindrische Wand 58b, die im wesentlichen konzentrisch
zur zylindrischen Umfangswand 42b des Einsatzes 40b angeordnet ist und an ihrem einen Ende mit der Stirnwand 44b verbunden ist. Von dieser Stirnwand 44b aus erstreckt sich die zylindrische Wand 48b in Richtung zur anderen Stirnwand 4 6b. Das andere Ende der zylindrischen Wand 58b hat einen gewissen Abstand von der Stirnwand 46b, so daß
zwischen diesem Ende und der Stirnwand 46b ein Stirnraum 76b freibleibt, in dem sich die Zündkerzenelektroden 57b befinden. Die zylindrische Wand 58b hat eine im wesentlichen zylindrische Außenseite, die zusammen mit der
Innenseite der Umfangswand 42b des Einsatzes einen ringförmigen Seitenraum 68b begrenzt, der mit dem Stirnraum 76b verbunden ist und in diesen übergeht. Innen begrenzt die zylindrische Wand 58b einen im wesentlichen zylindrischen Innenkanal 60b, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem des Flammenkanals 33b ist. Der zylindrische Innenkanal 60b geht vorzugsweise übergangslos in den Flammenkanal 38b über. In der zylindrischen Wand 58b sind neben

der Stirnwand 44b mehrere seitliche öffnungen 74b ausgebildet, die den Innenkanal 60b mit dem Seitenraum 68b
verbinden.

Die vorstehend beschriebene Vorkammer 36b arbeitet im
wesentlichen wie die Vorkammer der Brennkraftmaschine 10 gemäß der ersten Ausführungsform.

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Die Figuren 7 bis 11 zeigen weitere Abwandlungen des Vorkammereinsatzes in Verbindung mit der zugehörigen Zündkerze. In den Figuren 7 bis 11 dargestellte Teile, die mit Teilen der ersten Ausführungsform übereinstimmen oder diesen ähneln, sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens "c" bzw. "d" bzw. "e" bzw. "f" bzw. "g" bezeichnet.

Im in Fig. 7 dargestellten Vorkammereinsatz 40c befindet sich eine Vorkammer 36c, und dieser Einsatz 40c ähnelt weitgehend dem Vorkammereinsatz 4 0b der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Brennkraftmaschine 10b gemäß der dritten Ausführungsform, wobei die Unterschiede bestehen, daß der in der einen Stirnwand 44c des Einsatzes 40c ausgebildete Flammenkanal 38c nach außen in Richtung zum Hauptbrennraum (in Fig. 7 nicht dargestellt) divergiert und daß in der zylindrischen Wand 58c, die von der Stirnwand 44c ausgeht, keine seitlichen Öffnungen ausgebildet sind. Die zylindrischen Wand 58c begrenzt seitlich einen Innenkanal 60c, der in Axialrichtung mit dem Flammenkanal 38c und einer Zündkerze 56c fluchtet, deren Elektroden 57c durch die andere Stirnwand 46c des Einsatzes 40c ragen und sich in einem Stirnraum 76c befinden, der zwischen der zylindrischen Wand 58c und der Stirnwand 46 freigelassen ist.

Die zylindrische Wand 58c und die zylindrische Umfangswand 42c der Vorkammer 36c begrenzen zwischen sich einen ringförmigen Seitenraum 68c, der mit dem Stirnraum 76c in Verbindung steht und in diesen übergeht, wie dies auch bei der Brennkraftmaschine 10b gemäß den Fig. 5 und 6 der Fall ist.

Der in Fig. 8 dargestellte Vorkammereinsatz 4Od ähnelt im Aufbau dem in Fig. 7 dargestellten Vorkammereinsatz 40c mit der Ausnahme, daß der Einsatz 4Od und seine Teile in Axialrichtung stark verringerte Abmessungen im Vergleich

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zum Einsatz gemäß Fig. 7 haben. In Fig. 8 dargestellte Teile, die in Fig. 7 dargestellten Teilen entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "d" bezeichnet.
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Der in Fig. 9 dargestellte Vorkammereinsatz 4Oe stimmt ebenfalls in seiner Ausbildung weitgehend mit dem in Fig. 7 dargestellten Einsatz 40c überein, wobei die Unterschiede bestehen, daß die äußere Stirnwand 46e des Einsatzes 4Oe, die der zylindrischen Wand 58e gegenüberliegt, im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist und daß die Achse einer Zündkerze 56e, deren Elektroden 57e durch die halbkugelförmige Stirnwand 46e in die Vorkammer 36e ragen, schräg zur Achse des Innenkanals 6Oe innerhalb der zylindrisehen Wand 58e verläuft.

Der in Fig. 10 dargestellte Vorkammereinsatz 4Of stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 7 dargestellten Einsatz überein, wobei der Unterschied besteht, daß die zylindrisehe Wand 58f, die von der Stirnwand 44f des Einsatzes 4Of ausgeht und in der der Innenkanal 40f ausgebildet ist, auf einem Teil ihres Umfangs mit der Umfangswand 42f des Einsatzes 4Of verbunden ist. Der Innenkanal 6Of fluchtet axial mit dem Flammenkanal 38f in der Stirnwand 44f. Der Innenkanal 6Of ist jedoch in Radialrichtung bezüglich der Achse der Zündkerze 56f mit den Elektroden 57f versetzt. Die Elektroden 57f ragen durch die Stirnwand 46f in den Stirnraum 76f, der zwischen der Stirnwand 46f und dem Innenende der zylindrischen Wand 58f freigeblieben ist.

Die zylindrische Wand 58f begrenzt gemeinsam mit der Umfangswand 42f der Vorkammer 36f einen im wesentlichen sichelförmigen Seitenraum 68f, der in Verbindung mit dem Stirnraum 76f steht und in diesen übergeht.

Der in Fig. 11 dargestellte Vorkammereinsatz 40g stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 9 dargestellten Einsatz 4Oe

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überein, wobei der Unterschied besteht, daß die zylindrische Wand 58g, die von der Stirnwand 4 4g des Einsatzes 40g ausgeht, an einer Stelle ihres Umfangs mit der Umfangswand 42g des Einsatzes 40g verbunden ist und einen Innenkanal 60g begrenzt, der nach außen zum Flammenkanal 38g divergiert, der in der Stirnwand 44g ausgebildet ist und seinerseits nach außen divergiert. Die Achse des Innenkanals 60g verläuft schräg zur Achse der Vorkammer 46g und im wesentlichen parallel zur Achse der Zündkerze 56g, deren Elektroden 57g durch die in wesentlichen halbkugelförmige Stirnwand 46g in den Stirnraum 76g in der Vorkammer 36g ragen. Die zylindrischen Wand 58g begrenzt zusammen mit der Umfangswand 42g der Vorkammer 36g einen im wesentlichen sichelförmigen Seitenraum 68g, der mit dem Stirnraum 76g in Verbindung steht und in diesen übergeht.

Die in den Figuren 7 bis 11 dargestellten Vorkammern 36c bis 36g arbeiten im wesentlichen wie die Vorkammern der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen.

Die erfindungsgemäße fackelgezündete Brennkraftmaschine umfaßt einen Hauptbrennraum sowie eine Vorkammer, die miteinander über einen Flammenkanal in Verbindung steht. Die Elektroden einer Zündkerze sind in der Vorkammer an einer Stelle angeordnet, die vom Flammenkanal entfernt liegt. Durch einen Einlaßkanal wird während des Ansaugtaktes eine frische Ladung aus magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Hautpbrennraum eingesaugt. Während des Verdichtungstaktes wird diese Ladung verdichtet, so daß ein Teil des frischen Gemischs durch den Flammenkanal in die Vorkammer eingedrückt wird. In der Vorkammer befindet sich ein rohrförmiger Innenkanal, der zu den Elektroden der Zündkerze führt und während des Verdichtungstaktes den Gemischteil vom Flammenkanal zu den Elektroden der Zündkerze leitet, so daß dadurch an den

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Zündkerzenelektroden vorhandenes Restgas verdrängt wird und die Zündkerzenelektroden gespült werden. Dadurch wird die Zündwilligkeit des Gemischs im Bereich der Elektroden verbessert und für zuverlässige Erzeugung einer Primärflamme an den Elektroden gesorgt. Diese Primärflamme breitet sich in den Innenkanal aus und erzeugt eine Flammenfackel, die durch den Flammenkanal in den Hauptbrennraum stößt und die darin befindliche Gemischladung zündet. Die in der Vorkammer zurückgebliebenen Restgase aus der vorangehenden Verbrennung werden mit einem Teil des frischen, in die Vorkammer eingeleiteten Gemischteils zu einer oder mehreren Schichten aus brennbarem Gas gemischt, das in der Vorkammer in einem oder mehreren !'..union gehalten wird, die sich entfernt von den Elektroden befinden, und das ebenfalls von der Primärflamme verbrannt wird, jedoch mit einer Brenngeschwindigkeit, die niedriger als die des frischen Gemischs im Innenkanal ist. Die Flammenfackel wird solange erzeugt, wie die Verbrennung der Schicht oder Schichten des brennbaren Gases andauert, so daß die Flammenfackel während eines wesentlich längeren Zeitraumes als bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen erzeugt wird, was wiederum zur Folge hat, daß das Gemisch im Hauptbrennraum durch die Flammenfackel besser gezündet wird.

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Claims (14)

Patentansprüche

1. Fackelgezündete Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock, in dem zumindest eine Zylinderbohrung ausgebildet ist, einem in die Zylinderbohrung eingesetzten Hubkolben, einem Zylinderkopf, der auf dem Zylinderblock angebracht ist und zusammen mit der Zylinderbohrung und dem Kolben einen Hauptbrennraum begrenzt, wobei im Zylinderkopf ein mit dem Hauptbrennraum verbundener Einlaßkanal ausgebildet ist, einem Einlaßventil zur Steuerung der Verbindung zwischen dem Hauptbrennraum und dem Einlaßkanal, wobei der Hauptbrennraum durch den Einlaßkanal mit einer frischen Ladung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs gespeist wird, während das Einlaßventil geöffnet ist und ein Ansaugtakt der Brennkraftmaschine abläuft, einer im Zylinderkopf ausgebildeten Vorkammer, die über einen Flammenkanal mit dem Hauptbrennraum in Verbindung steht, wobei ein Teil des dem Hauptbrennraum zugeführten Gemischs während eines Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine durch den Flammenkanal in die Vorkammer eingeleitet wird und dort gehalten wird, und einer Zündkerze mit einem Paar Elektroden, die in der Vorkammer an einer vom Flammenkanal entfernten Stelle angeordnet sind und zur Zündung des Gemischs in der Vorkammer dienen, wobei eine durch den Flammenkanal in den Hauptbrennraum stoßende Flammenfackel erzeugt wird, die das Gemisch im Hauptbrennraum zündet, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58, 58a bis 58g), die einen im wesentlichen rohrförmigen Kanal (60, 60a bis 60g) bildet, der sich in der Vorkammer (36, 36a bis 36g) erstreckt und zwangsläufig während des Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine den in die Vorkammer eintretenden Teil des Gemischs vom Flammenkanal (38, 38a bis 38g) zu den Elektroden (57, 57a bis 57g)

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ORIGINAL INSPECTED

leitet, so daß im Bereich der Elektroden der Zündkerze zurückgebliebenes verbranntes Restgas dort weggespült wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (36, 36a bis 36g) so geformt ist, daß sie von Stirnwänden (44, 44a bis 44g; 46, 4 6a bis 46g) und einer Umfangswand (42, 42a bis 42g) begrenzt wird, daß der Flammenkanal (38, 38a bis 38g) in einer der Stirnwände ausgebildet ist, daß die Elektroden (57, 57a bis 57g) der Zündkerze durch die andere Stirnwand in die Vorkammer ragen und daß der Kanal (60, 60a bis 60g) im wesentlichen geradlinig und im wesentlichen axial mit dem Fackelkanal fluchtend verläuft.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Enden des Kanals (60, 60a) Abstand von den gegenüberliegenden Stirnwänden (44, 44a; 46, 46a) der Vorkammer (36, 36a) haben, so daß zwischen den genannten Enden und den Stirnwänden Stirnräume (74, 74a; 76, 76a) freibleiben, und daß die Elektroden (57, 57a) der Zündkerze in einem der Stirnräume angeordnet sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (36) einen im wesentlichen zylindrischen Querschnitt hat und daß die den Kanal (60) bildende Einrichtung eine im wesentliehen zylindrischen Wand (58) umfaßt, die in der Vorkammer im wesentlichen konzentrisch zu deren Umfangswand (42) angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (58) von der

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Umfangswand (42) der Vorkammer (36) mit Hilfe von zumindest einer zwischen der zylindrischen Wand und der Umfangswand verlaufenden radialen Wand (62, 64, 66) getragen wird und daß die radiale Wand zusammen mit der zylindrischen Wand und der Umfangswand der Vorkammer einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Seitenraum (68, 70, 72) begrenzt, dessen in Axialrichtung liegende Enden mit den Stirnräumen (74, 76) verbunden sind und in diese übergehen.
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6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (36a) einen im wesentlichen vierseitigen Querschnitt hat, daß die den Kanal (60a) bildende Einrichtung ein Paar im wesentliehen paralleler Wände (58a-1, 58a-2) umfaßt, die zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden (42a-3, 42a-4) eines ersten Paares gegenüberliegender Seitenwände der Vorkammer verlaufen und mit diesen den Kanal (60a) bilden, und daß die parallelen Wände (58a-1, 58a-2) ferner zusammen mit den beiden anderen Seitenwänden (42a-1, 42a-2) der Vorkammer zwei Seitenräume (68a, 70a) begrenzen, die beide mit den Endräumen (74a, 76a) verbunden sind und in diese übergehen.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kanal (60b bis 6Oe) bildende Einrichtung eine im wesentlichen zylindrische Wand (58b bis 58e) umfaßt, deren eines Ende mit der Stirnwand (44b bis 44e) der Vorkammer (36b bis 36e) verbunden ist, in der der Flammenkanal (38b bis 38e) ausgebildet ist, daß die zylindrische Wand eine Außenseite hat, die Abstand zur Innenseite der Umfangswand (42b bis 4 2e) der Vorkammer hat, daß das andere Ende der zylindrischen Wand einen gewissen Abstand

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von der anderen Stirnwand (46b bis 46e) der Vorkammer hat, so daß ein Stirnraum (76b bis 76e) zwischen dem Ende und der anderen Stirnwand freibleibt, und daß die Zündelektroden (57b bis 57e) der Zündkerze in diesem Endraum angeordnet sind.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (42b bis 42e) der Vorkammer (36b bis 36e) im wesentlichen zylindrisch ist und zusammen mit der zylindrischen Wand (58b bis 58e) einen zwischen diesen Wänden befindlichen, in Umfangsrichtung ununterbrochenen Seitenraum (68b bis 68e) begrenzt, der mit dem Endraum (76b bis 76e) in Verbindung steht und in diesen übergeht.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zylindrische Wand (58b) mehrere seitwärts verlaufende öffnungen (74b) hindurchgehen, die sich nahe dem Flammenkanal (38b) befinden und den Kanal (60b) mit dem in Umfangsrichtung ununterbrochenen Seitenraum (68b) verbinden.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (42f) der Vorkammer (36f) im wesentlichen zylindrisch ist, daß die Achse des Kanals (6Of) im wesentlichen parallelversetzt zur Achse der Vorkammer verläuft und daß ein Ende des Kanals mit dem Flammenkanal (38f) verbunden ist und in diesen übergeht, während das andere Ende des Kanals einen gewissen Abstand von der Stirnwand (46f) der Vorkammer hat, durch die die Elektroden (57f) der Zündkerze in die Vorkammer ragen.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Umfangswand (42g) der Vorkammer (36g)

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im wesentlichen zylindrische ist, daß die Achse des Kanals (60g) schräg zur Achse der Vorkammer verläuft und daß ein Ende des Kanals mit dem Fackelkanal (38g) verbunden ist und in diesen übergeht, wogegen das andere Ende des Kanals einen gewissen Abstand von der Stirnwand (46g) der Vorkammer hat, durch die die Elektroden (57g) der Zündkerze in die Vorkammer ragen.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (60, 60a bis 6Od) im wesentlichen koaxial zur Zündkerze (56, 56a bis 56d) verläuft.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kanals (6Oe) schräg zur Achse der Zündkerze (56e) verläuft.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 10, dadurch

gekennzeichnet, daß die Achse des Kanals (6Of) parallelversetzt zur Achse der Zündkerze (56f) verläuft.

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