Sektion F: Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen

Schichtlademotor

F02B 19/10

Abgasgrenzwerte führen nicht erst in jüngster Zeit zu Innovationen in der Automobiltechnik. 1974 waren z.B. einige Staaten der USA Vorreiter bei der Einführung des Katalysators, woraus sich später weltweit anerkannte technische Standards entwickelten. Erst 1989 zog die Bundesrepublik nach und verordnete, dass Neuwagen nur noch mit "Kat" zugelassen wurden. Wird mit dem Kat durch die Nachbehandlung der Autoabgase der Ausstoß bestimmter Schadstoffe gesenkt, geht eine andere Überlegung dahin, den Wirkungsgrad eines Motors zu erhöhen und durch effektivere Treibstoffnutzung die Abgasvorschriften einzuhalten.

Figur 1: Benzinmotor mit Vorkammer aus US 1 568 638 A.

Eine Möglichkeit dies zu erreichen, ist spätestens seit Anfang der 1920er Jahre bekannt und sieht für Benzinmotoren eine Vorkammer vor einer so genannten Hauptbrennkammer vor, wie sie in US 1 568 638 A (Figur 1) dargestellt ist. In Fall dieses Patents wird die Hauptbrennkammer 23 von einem Zylinderkopf mit einer Vorkammer 30, die mit der Hauptbrennkammer durch die Öffnung 31 in Verbindung steht, nach oben hin abgeschlossen. Die Vorkammer besitzt eine Zündkerze 32 und ein Einlassventil 33, durch das der Kraftstoff einströmen kann. Dieses Einlassventil 33 ist über einen Hebelarm 38 mit dem Einlassventil 40 für die Hauptbrennkammer 23 verbunden. Beide Ventile werden gleichzeitig betrieben.

Der Vorteil jeder derartigen Anordnung, die zum Zündzeitpunkt über einen speziellen Vergaser simultan fettes Gemisch in die Vorkammer und mageres Gemisch in die Hauptkammer abgibt, liegt in der Ausbildung von insgesamt drei Bereichen mit unterschiedlichen Gemischzusammensetzungen. Neben den beiden bereits genannten Zusammensetzungen bildet sich baulich bedingt auch noch ein "mittleres" Gemisch im Bereich der Verbindungsöffnung. Diese Abstufung führt zu einer Verbrennung des Treibstoffes mit hohem Wirkungsgrad und ermöglicht gleichzeitig die Reduktion des Schadstoffausstoßes. Motoren mit derart geschichteten Gemischen werden auch Schichtladungsmotoren oder FSI-Motoren (von engl. "fuel stratified injection") genannt.

Wird in der Konstruktion der US 1 568 638 A noch eine zusätzliche Zündkerze für die Hauptbrennkammer benötigt, kommt z.B. die DE-OS 22 59 764 (Figur 2) aus dem Jahre 1972 mit nur einer Zündkerze 6 in der Vorkammer (oder wie es hier heißt: "Nebenbrennraum" 3) aus. Das gesamte Treibstoffgemisch wird in diesem Fall ausgehend von der Vorkammer über Fackelzündung entzündet.

Figur 2: So genannter CVCC-Motor aus DE-OS 22 59 764.

Motoren dieses Typs und verwandte Ausführungsformen sind meist in der Lage, die Verbrennung des Treibstoffes unter der für die Stickoxidbildung kritischen Temperatur von ca. 1100 °C zu halten. Jedoch konnte dieses Zündkammerdesign allein den immer weiter verschärften Abgasvorschriften nicht genügen. Folglich setzte sich diese Konstruktion nicht durch. Erst in neuerer Zeit gab es im Zusammenhang mit moderner Einspritztechnik ein Wiederaufleben von Schichtladungsmotoren, die jedoch auf eine Gemischschichtung in einem einzigen Brennraum setzen und keinen Brennraum aufweisen, der in eine Vor- und eine Hauptkammer unterteilt ist.

Für eine Recherche relevante IPC-Gruppen:
IPC	Technischer Aspekt
F02B 19/10	Brennkraftmaschinen mit Vorkammern und anteiliger Brennstoffzufuhr
F02B 23/04	Ausgestaltung des Brennraumes mit mehreren Kammern
F02B 17/00	Motoren mit Gemischschichtung im Zylinder

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE-OS 22 59 764	1972	Viertaktkolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung
US 1 568 638 A	1921	Internal-combustion engine