DE102020124204A1

DE102020124204A1 - Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020124204A1
Application number: DE102020124204.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brunhuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit einem Zylinder (3), in welchem ein Kolben (8) translatorisch bewegbar aufnehmbar ist, und mit einem Brennraum (9), welcher in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) nach außen durch eine den Zylinder (3) bildende Zylinderwand (4) und in axialer Richtung (6) des Zylinders (3) durch ein Brennraumdach (10) der Verbrennungskraftmaschine (1) begrenzt ist. Das Brennraumdach (10) weist in einem in radialer Richtung (7) äußeren Randbereich (R) des Zylinders (3) einen Vorsprung (13) aufweist, welcher einen sich in radialer Richtung (7) nach innen an den Vorsprung (13) angrenzenden Wandungsbereich (W) des Brennraumdaches (10) in axialer Richtung (6) zu dem Zylinder (3) hin überragt und eine Quetschfläche (Q) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
Die US 2011/0132310 A1 offenbart ein System zum Verbessern einer Gasverteilung in einem Einlasskrümmer eines Motors. Der DE 602 17 041 T2 ist eine Verbrennungskraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die JP 2003 269 247 A eine Brennkammer für einen funkgezündeten Motor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, so dass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Verbrennungsmotor, Motor oder Brennkraftmaschine bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise genutzt werden kann, um ein beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Zylinder auf, welcher beispielsweise durch ein insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse oder Kurbelgehäuse gebildet sein kann. In dem Zylinder ist ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufnehmbar oder aufgenommen. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine beziehungsweise als ein Hubkolbenmotor ausgebildet. Beispielsweise ist in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine zumindest mittelbar drehbar an dem Zylindergehäuse gelagert. Der translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnete Kolben ist beispielsweise über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden, so dass translatorische Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens einen Brennraum auf, welcher in radialer Richtung des Zylinders nach außen hin durch eine den Zylinder bildende beziehungsweise begrenzende Zylinderwand, insbesondere des Zylindergehäuses, begrenzt ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Brennraum in radialer Richtung des Zylinders nach außen hin zumindest durch einen in axialer Richtung des Zylinders verlaufenden Längenbereich der beispielsweise durch das Zylindergehäuse gebildeten Zylinderwand begrenzt ist, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass die Zylinderwand beziehungsweise zumindest der Längenbereich der Zylinderwand in Umfangsrichtung des Zylinders vollständig um den Zylinder und somit um den Brennraum herum verläuft, wobei die Umfangsrichtung um die axiale Richtung des Zylinders verläuft. Die axiale Richtung verläuft beispielsweise parallel zu einer auch als Zylinderachse bezeichneten Zylindermittelachse des Zylinders, welcher beispielsweise bezüglich der Zylinderachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein kann. In axialer Richtung des Zylinders ist der Brennraum durch ein Brennraumdach der Verbrennungskraftmaschine begrenzt.
Insbesondere ist in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine der Brennraum in axialer Richtung des Zylinders einerseits, das heißt in einer parallel zur axialen Richtung des Zylinders verlaufenden, ersten Richtung durch das Brennraumdach begrenzt. In axialer Richtung des Zylinders andererseits, das heißt in einer parallel zur axialen Richtung des Zylinders verlaufenden und der ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung, ist der Brennraum in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine durch den Kolben begrenzt. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, welche das Kraftfahrzeug in dem befeuerten Betrieb antreiben kann, laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab, in deren Rahmen ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst Luft, die dem Brennraum zugeführt, mithin in den Brennraum eingeleitet wird. Außerdem umfasst das Kraftstoff-Luft-Gemisch einen beispielsweise gasförmigen oder aber flüssigen Kraftstoff, welcher ebenfalls dem Brennraum zugeführt wird. Beispielsweise wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird beispielsweise durch Fremdzündung und somit beispielsweise mittels einer dem Brennraum zugeordneten Zündkerze, insbesondere mittels wenigstens eines Zündfunkens, gezündet und in der Folge verbrannt. Der Zündfunke wird von der Zündkerze bereitgestellt und insbesondere in dem Brennraum erzeugt. Das Brennraumdach ist beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Der Zylinderkopf ist beispielsweise separat von dem Zylindergehäuse ausgebildet und mit dem Zylindergehäuse verbunden.
Um nun einen besonders effizienten und somit besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Brennraumdach in einem in radialer Richtung des Zylinders äußeren, seitlichen Randbereich des Zylinders wenigstens einen Vorsprung aufweist, welcher einen sich in radialer Richtung des Zylinders nach innen hin, insbesondere direkt, an den Vorsprung angrenzenden Wandungsbereich des Brennraumdaches in axialer Richtung des Zylinders zu dem Zylinder hin überragt. Unter dem Merkmal, dass der Vorsprung in dem äußeren, seitlichen Randbereich des Zylinders und somit des Brennraumdaches angeordnet ist, kann insbesondere verstanden werden, dass der Vorsprung, insbesondere dessen in axialer Richtung des Zylinders am weitesten zu dem Zylinder hin beabstandeten Stelle, in radialer Richtung des Zylinders nach außen hin von der Mitte des Zylinders beabstandet ist, insbesondere derart, dass der Vorsprung beziehungsweise die zuvor genannte Stelle in radialer Richtung des Zylinders näher an einem in radialer Richtung des Zylinders äußeren Ende des Zylinders als an der Mitte beziehungsweise an der Zylinderachse des Zylinders angeordnet ist. Der Vorsprung bildet eine als Quetschfläche bezeichnete und insbesondere dem Zylinder beziehungsweise dem Kolben zugewandte Fläche, die, da der Vorsprung und somit die Quetschfläche Bestandteile des Brennraumdaches sind, den Brennraum teilweise direkt begrenzt, insbesondere in die zuvor genannte erste Richtung. Die Quetschfläche erstreckt sich in wenigstens einer durch die axiale Richtung des Zylinders und durch die radiale Richtung des Zylinders aufgespannten, gedachten Ebene, insbesondere Schnittebene, in radialer Richtung des Zylinders von innen nach außen betrachtet, insbesondere unterbrechungsfrei, von einem ersten Punkt, an welchem der Vorsprung und dadurch die Quetschfläche in den Wandungsbereich übergehen beziehungsweise dem Wandungsbereich entspringen, zumindest bis zu einem in axialer Richtung des Zylinders von dem ersten Punkt zu dem Zylinder und somit zu dem Kolben beabstandeten zweiten Punkt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung und somit die Quetschfläche an dem genannten ersten Punkt in radialer Richtung des Zylinders nach außen hin beginnen und in radialer Richtung des Zylinders nach innen hin betrachtet enden, so dass beispielsweise der Wandungsbereich in radialer Richtung des Zylinders nach innen hin betrachtet an dem ersten Punkt beginnt beziehungsweise in radialer Richtung des Zylinders nach außen hin betrachtet endet. Die Quetschfläche erstreckt sich in radialer Richtung des Zylinders von innen nach außen hin betrachtet derart beziehungsweise die Punkte sind derart angeordnet, dass die Punkte nicht auf einer durch die Punkte verlaufenden, parallel zur axialen Richtung des Zylinders verlaufenden Parallelgeraden liegen, sondern eine durch die Punkte verlaufende und sich in der genannten Ebene erstreckende Gerade verläuft schräg zur axialen Richtung des Zylinders und schräg zur radialen Richtung des Zylinders. Die Fläche wird insbesondere daher als Quetschfläche bezeichnet, da sie beispielsweise mit dem Kolben insbesondere dann, wenn sich der Kolben an seinem oberen Totpunkt befindet, einen Quetschspalt bildet, welcher einerseits und insbesondere in die erste Richtung, insbesondere direkt, durch die Quetschfläche und andererseits, in die zweite Richtung, durch den Kolben, insbesondere direkt, begrenzt ist. Aufgrund der Erstreckung der Quetschfläche ist der Quetschspalt beziehungsweise dessen Breite nicht konstant, sondern der Quetschspalt erweitert sich, insbesondere in der genannten Ebene und in radialer Richtung des Zylinders von außen nach innen betrachtet, so dass ein besonders vorteilhafter und effizienter, insbesondere befeuerter, Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann. Die Erfindung basiert insbesondere auf folgenden Erkenntnissen und Überlegungen:
Bei dem jeweiligen, auch als Verbrennungsprozess bezeichneten Verbrennungsvorgang in dem Brennraum und somit in dem Zylinder wird die in den Brennraum eingeleitete und beispielsweise angesaugte Luft mit dem beispielsweise zerstäubten Kraftstoff vermischt. Je stärker die in den Brennraum einströmende Luft verwirbelt wird, desto besser und effizienter läuft der einfach auch als Verbrennung bezeichnete Verbrennungsvorgang, in dessen Rahmen das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, ab. Bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen wird durch eine entsprechende Geometrie des Zylinderkopfs beziehungsweise des Brennraumdaches bereits eine gewisse Verwirbelung der Luft erzeugt. Es wurde jedoch gefunden, dass die Verwirbelung der Luft in dem Brennraum verbesserungswürdig ist. Bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen findet keine gezielte Verwirbelung statt, und es kann zu einer unerwünschten Überlagerung von Luftströmen kommen. Außerdem kann es herkömmlicherweise zu unterschiedlichen beziehungsweise verschiedenen, das heißt beispielsweise voneinander beabstandeten Zentren mit der bei der Verbrennung auftretenden höchsten Temperatur kommen, was einen effizienten und somit emissionsarmen, insbesondere CO₂emissionsarmen, Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beeinträchtigen kann.
Demgegenüber ist es bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine möglich, dass durch die Quetschfläche, die dadurch, dass sie in dem äußeren, seitlichen Randbereich ist, an einer Seite des Zylinders beziehungsweise Brennraumdaches und somit beispielsweise des Zylinderkopfes angeordnet ist, die in den Brennraum einströmende Luft gezielt in radialer Richtung des Zylinders nach innen gedrückt wird. Die Luft wird somit in dem Brennraum gezielt in radialer Richtung des Zylinders von außen nach innen in einen Bereich befördert, in welchem Luftströme aufeinandertreffen und in der Folge eine besonders vorteilhafte Verwirbelung der Luft erzeugen. Dies ist insbesondere dann möglich und vorteilhaft, wenn das Brennraumdach einen zweiten Vorsprung aufweist, welcher dem ersten Vorsprung diametral entgegengesetzt ist beziehungsweise gegenüberliegt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Vorsprung in radialer Richtung des Zylinders dem ersten Vorsprung gegenüberliegt, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zum ersten Vorsprung ohne Weiteres auch auf den zweiten Vorsprung übertragen werden können und umgekehrt. Ist im Folgenden die Rede von dem Vorsprung, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - der erste Vorsprung zu verstehen. Durch die Verwendung der Vorsprünge sind wenigstens zwei Quetschflächen geschaffen, die in der Ebene wie beschrieben verlaufen. Dadurch werden Luft- oder Teilströme der in den Brennraum eingeleiteten Luft mittels der Quetschflächen in dem zuvor genannten Bereich befördert, in welchem die Teilströme aufeinandertreffen und zu einer besonders vorteilhaften Verwirbelung der Luft führen. Ferner wurde gefunden, dass die Quetschfläche beziehungsweise deren Geometrie oder Verlauf vorteilhafterweise keinen oder vernachlässigbaren Einfluss auf die Verdichtung in dem Zylinder hat, so dass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden kann. Die Quetschfläche beziehungsweise die Quetschflächen ermöglicht beziehungsweise ermöglichen eine besonders vorteilhafte Verwirbelung der Luft in dem Brennraum, insbesondere in einem Zündraum, insbesondere derart, dass die Verwirbelung der Luft in dem Brenn- beziehungsweise Zündraum bei der Verbrennung zumindest im Wesentlichen homogen ist. Hierdurch kann eine besonders effiziente Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet werden.
Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Quetschfläche in einer senkrecht zur axialen Richtung des Zylinders verlaufenden, zweiten Ebene, insbesondere Schnittebene, betrachtet einen bogenförmigen oder wellenförmigen Verlauf aufweist. Ist die zweite Ebene beispielsweise eine Schnittebene, welche durch die Quetschfläche hindurchverläuft, so ist hierunter insbesondere zu verstehen, dass eine in der zweiten Ebene angeordnete Kante, insbesondere End- oder Körperkante, der Quetschfläche den bogenförmigen oder wellenförmigen Verlauf aufweist. Hierdurch kann die Klopfneigung der Verbrennungskraftmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen verringert werden. Unter dem bogenförmigen oder wellenförmigen Verlauf ist insbesondere zu verstehen, dass die Quetschfläche beziehungsweise die Kante in der zweiten Ebene nicht etwa entlang einer Geraden beziehungsweise nicht etwa linienförmig und gerade verläuft, sondern wellenförmig oder bogenförmig verläuft. Somit ist die Kante keine geradlinige Kante, sondern eine geschwungene, zumindest im Wesentlichen harmonische Kante, wodurch die Klopfneigung besonders gering gehalten werden kann.
Dabei hat es sich zur Realisierung einer besonders geringen Klopfneigung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der wellenförmige Verlauf wenigstens oder genau einen Wellenberg oder wenigstens oder genau zwei sich beidseitig an den Wellenberg anschließende Wellentäler aufweist, wobei in der zweiten Ebene der Wellenberg zwischen den Wellentälern angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Wellenberg, insbesondere in der zweiten Ebene, zumindest teilweise zwischen zwei Durchtrittsöffnungen des Brennraumdaches angeordnet ist, über dessen Durchtrittsöffnungen jeweilige Gaskanäle der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Zylinderkopfes, fluidisch mit dem Brennraum verbindbar oder verbunden sind. Hierdurch kann ein besonders effizienter Betrieb realisiert werden.
Dem jeweiligen Gaskanal ist beispielsweise ein jeweiliges Gaswechselventil zugeordnet, welches zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere relativ zu dem Zylinderkopf und/oder translatorisch, bewegbar ist. In der Schließstellung versperrt das jeweilige Gaswechselventil den jeweiligen Gaskanal, so dass der jeweilige Gaskanal von dem Brennraum fluidisch getrennt ist. In der jeweiligen Offenstellung jedoch gibt das jeweilige Gaswechselventil den jeweiligen Gaskanal frei, so dass in der Offenstellung der Brennraum mit dem jeweiligen Gaskanal fluidisch verbunden ist. Der jeweilige Gaskanal ist beispielsweise durch den Zylinderkopf gebildet und/oder verläuft innerhalb des Zylinderkopfes. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der jeweilige Gaskanal ein Auslasskanal ist, über welchen ein aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierendes Abgas der Verbrennungskraftmaschine aus dem Brennraum abführbar ist.
Zur Realisierung eines besonders effizienten Betriebs hat es sich jedoch als vorteilhaft gezeigt, wenn der jeweilige Gaskanal ein Einlasskanal ist, über welchen die Luft in den Brennraum einleitbar ist. Somit ist das Gaswechselventil vorzugsweise ein Einlassventil der Verbrennungskraftmaschine.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Quetschfläche zumindest zwischen den Punkten, insbesondere unterbrechungsfrei, konisch ausgebildet. Durch die optimierte, konische Quetschfläche kann ein sogenannter Ausfallwinkel der Luft besonders groß ausgestaltet werden, so dass die Luft - wie zuvor beschrieben - in dem Brennraum besonders vorteilhaft verwirbelt werden kann. Die Quetschfläche beziehungsweise die Quetschflächen erzeugt beziehungsweise erzeugen einen besonders vorteilhaften Drall der Luft, insbesondere um die zuvor genannte, zumindest teilweise in dem Brennraum angeordnete Zündkerze, wobei der Drall zu einer besonders vorteilhaften Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum führt. Durch den im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen größeren, auch als Ausstoßwinkel bezeichneten Ausfallwinkel der Luft kann auch im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine übermäßige Überlagerung von Luftwellen vermieden werden. Dies bedeutet, dass eine vollständige Auslösung einer Bewegung der Luft nicht nur vermieden werden kann, sondern es kann sogar eine besonders vorteilhafte Verteilung der Luft beziehungsweise des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem auch als Brennkammer bezeichneten Brennraum bewirkt werden.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Quetschfläche zumindest zwischen den Punkten, insbesondere unterbrechungsfrei, gewölbt. Dabei ist es denkbar, dass die Quetschfläche zwischen den Punkten teilweise konkav und/oder teilweise konvex gewölbt ist, wodurch eine besonders vorteilhafte Luftverwirbelung realisiert werden kann.
Um die Luft in dem Brennraum besonders vorteilhaft verwirbeln und somit einen besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Punkt der in axialer Richtung des Zylinders am weitesten von dem Wandungsbereich zu dem Zünder hin beabstandete Punkt des Vorsprungs ist. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Punkt die oben genannte Stelle ist. Hierdurch kann ein besonders großer Ausfallwinkel der Luft realisiert werden, so dass die Luft vorteilhaft verwirbelt werden kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Vorsprung eine weitere Fläche bildet. Beispielsweise weist die Quetschfläche in radialer Richtung des Zylinders nach innen hin, wobei beispielsweise die weitere Fläche von der Quetschfläche abgewandt ist und beispielsweise in radialer Richtung des Zylinders nach außen weist. Die weitere Fläche beginnt beispielsweise an dem zweiten Punkt und erstreckt sich, insbesondere unterbrechungsfrei, von dem zweiten Punkt in radialer Richtung des Zylinders nach außen betrachtet bis zu einem dritten Punkt, an welchem die zweite Fläche endet. Eine durch den zweiten Punkt und den dritten Punkt verlaufende und sich in der Ebene erstreckende, zweite Gerade verläuft schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Zylinders, wobei die zweite Gerade schräg oder senkrecht zur ersten Geraden verläuft. Beispielsweise ist der dritte Punkt in einer Ebene angeordnet, in welcher auch der Wandungsbereich und/oder der erste Punkt angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Geometrie des Brennraumdaches realisiert werden, so dass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
Der Wandungsbereich ist vorzugsweise kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Dabei ist es denkbar, dass beispielsweise der dritte Punkt auf einer Mantelfläche eines gedachten Kegels liegt, auf dessen Mantelfläche beispielsweise der Wandungsbereich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, liegt. Insbesondere können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:

- gezielte Erzeugung von Verwirbelungen der Luft in dem Brennraum
- besonders effiziente Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum und somit in dem Zylinder
- ein Drall der Luft um die Zündkerze
- geringere Wellenüberlagerung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen

Ein zweiter Effekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Somit kann das Kraftfahrzeug besonders effizient angetrieben werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug;
2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Verbrennungskraftmaschine;
3 ausschnittsweise eine schematische Unteransicht eines Brennraumdaches der Verbrennungskraftmaschine;
4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Brennraumdaches;
5 eine schematische Schnittansicht des Brennraumdaches entlang einer in 4 gezeigten Schnittlinie C-C; und
6 eine schematische Unteranspruch des Brennraumdaches.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 1 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein in 1 besonders schematisch dargestelltes und beispielsweise als Zylindergehäuse, Kurbelgehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Gehäuseelement 2 auf, durch welches wenigstens ein Zylinder 3 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Insbesondere weist das Gehäuseelement 2 eine Zylinderwand 4 auf, welche den Zylinder 3, dessen auch als Mittelachse oder Zylindermittelachse bezeichnete Zylinderachse mit 5 bezeichnet ist, insbesondere direkt, begrenzt. Beispielsweise ist die Zylinderwand 4 beziehungsweise die Zylinderwand 4 bezüglich der Zylinderachse 5 rotationssymmetrisch ausgebildet. Außerdem verläuft die Zylinderachse 5 parallel zur axialen Richtung des Zylinders 3, dessen axiale Richtung in 1 durch einen Doppelpfeil 6 veranschaulicht ist. Die radiale Richtung des Zylinders 3 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 7 veranschaulicht.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist außerdem einen Kolben 8 auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 3 aufgenommen ist. Der Kolben 8 ist entlang einer parallel zur axialen Richtung des Zylinders 3 verlaufenden, in 1 durch den Doppelpfeil 6 veranschaulichten Bewegungsrichtung in dem Zylinder 3 relativ zu dem Gehäuseelement 2 translatorisch bewegbar und somit zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt hin und her bewegbar. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 1 wenigstens einen Brennraum 9 auf, welcher in radialer Richtung des Zylinders 3 nach außen hin durch die Zylinderwand 4, insbesondere direkt, begrenzt ist. In axialer Richtung des Zylinders 3 ist der Brennraum 9 einerseits durch den Kolben 8 und andererseits durch ein Brennraumdach 10 begrenzt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Brennraum 9 in eine parallel zur axialen Richtung des Zylinders 3 verlaufende, erste Richtung durch das Brennraumdach 10 und in eine parallel zur axialen Richtung des Zylinders 3 verlaufende, der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung durch den Kolben 8, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 laufen in dem Brennraum 9 Verbrennungsvorgänge ab, welche auch als Verbrennungen oder Verbrennungsprozesse bezeichnet werden. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 9 verbrannt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff, welcher beispielsweise dem Brennraum 9 zugeführt, insbesondere direkt in den Brennraum 9 eingespritzt, wird. Außerdem wird die Luft dem Brennraum 9 zugeführt, das heißt in den Brennraum eingeleitet.
Das Brennraumdach 10 ist beispielsweise durch ein weiteres Gehäuseelement 11 gebildet. Das weitere Gehäuseelement 11 ist vorzugsweise separat von dem Gehäuseelement 2 ausgebildet und mit dem Gehäuseelement 2 verbunden. Insbesondere ist das Gehäuseelement 11 ein Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 1. An dem Gehäuseelement 11 ist eine Zündkerze 12 gehalten, welche zumindest teilweise in den Brennraum 9 hineinragt beziehungsweise in den Brennraum 9 aufgenommen ist. Mittels der Zündkerze 12 ist insbesondere innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 1 wenigstens ein Zündfunke in dem Brennraum 9 erzeugbar. Mittels des Zündfunkens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und in der Folge verbrannt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist somit als fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als Ottomotor, ausgebildet. Um nun die Luft in dem Brennraum 9 besonders vorteilhaft verwirbeln und somit einen besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren zu können, weist das Brennraumdach 10 - wie aus 1 und 2 erkennbar ist - Vorsprünge 13 auf, welche voneinander beabstandet sein können. Insbesondere ist es denkbar, dass die Vorsprünge 13 diametral einander gegenüberliegen, das heißt in radialer Richtung des Zylinders 3 einander gegenüberliegen. Ein erster der Vorsprünge 13 ist beispielsweise auf einer Einlassseite des Zylinders 3 angeordnet, auf dessen Einlassseite die Luft, insbesondere über jeweilige, als Einlasskanäle ausgebildete, erste Gaskanäle, in den Brennraum 9 einströmt. Der zweite Vorsprung 13 ist beispielsweise auf einer der Einlassseite in radialer Richtung des Zylinders 3 gegenüberliegenden Auslassseite des Zylinders 3 angeordnet. Auf der Auslassseite strömt ein aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierendes Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere über jeweilige, als Auslasskanäle ausgebildete, zweite Gaskanäle der Verbrennungskraftmaschine 1, aus dem Brennraum 9 aus. Der jeweilige Vorsprung 13 ist in einem in radialer Richtung des Zylinders 3 äußeren, seitlichen Randbereich R des Zylinders 3 beziehungsweise des Brennraumdaches 10 angeordnet. In radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen hin schließt sich an die in radialer Richtung des Zylinders 3 einander gegenüberliegenden Vorsprünge 13, insbesondere direkt, ein Wandungsbereich W des Brennraumdaches 10 an, welcher somit in radialer Richtung des Zylinders 3 zwischen den einander gegenüberliegenden Vorsprüngen 13 angeordnet ist. Beispielsweise ist der Wandungsbereich W zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet, so dass beispielsweise der Wandungsbereich W zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auf einer Mantelfläche eines gedachten Kegels oder Kegelstumpfes liegt beziehungsweise verläuft.
Der jeweilige Vorsprung 13 überragt den sich in radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen, insbesondere direkt, an den jeweiligen Vorsprung 13 angrenzenden Wandungsbereich W des Brennraumdaches C in axialer Richtung des Zylinders 3 zu dem Zylinder 3, das heißt zu dem Kolben 8 hin, so dass der Vorsprung 13 in axialer Richtung des Zylinders 3 zu dem Kolben 8 hin und somit von dem Wandungsbereich W wegweisend von dem Wandungsbereich W absteht. Außerdem bildet der jeweilige Vorsprung 13 eine als Quetschfläche Q bezeichnete Fläche, die sich in wenigstens einer durch die axiale Richtung des Zylinders 3 und durch die radiale Richtung des Zylinders 3 aufgespannten Ebene, insbesondere in der genannten Ebene, sowie in einer senkrecht zu der Ebene verlaufenden, weiteren Ebene, in radialer Richtung des Zylinders 3 von innen nach außen betrachtet unterbrechungsfrei von einem ersten Punkt P1 zumindest bis zu einem zweiten Punkt P2 erstreckt. Die zuvor genannte Ebene ist eine Schnittebene und entspricht der Bildebene von 1. An dem ersten Punkt P1 gehen der jeweilige Vorsprung 13 und dadurch die jeweilige, durch den jeweiligen Vorsprung 13 gebildete Quetschfläche Q in den Wandungsbereich W über. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der jeweilige Vorsprung 13 und somit die durch den jeweiligen Vorsprung 13 gebildete Quetschfläche Q in radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen hin betrachtet an dem Punkt P1 enden, und in radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen hin betrachtet beginnt der Wandungsbereich W an dem Punkt P1. Der zweite Punkt P2 ist in axialer Richtung des Zylinders 3 von dem ersten Punkt P1 zu dem Zylinder 3 und somit zu dem Kolben 8 hin beabstandet, so dass der Punkt P2 in axialer Richtung des Zylinders 3 näher an dem Kolben 8 angeordnet ist als der Punkt P1. Eine jeweilige, gedachte und durch die jeweilige Punkte P1 und P2 verlaufende sowie sich in der Ebene erstreckende Gerade G verläuft schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung des Zylinders 3 und somit schräg zur Zylinderachse 5. Somit begrenzen beispielsweise zumindest in dem oberen Totpunkt des Kolbens 8 die jeweilige Quetschfläche Q1 einerseits und der Kolben 8 andererseits einen auch als Quetschspalt bezeichneten Spalt, welcher sich in radialer Richtung des Zylinders 3 von außen nach innen hin erweitert. Hierdurch werden mittels der Quetschflächen Q jeweilige Teilströmungen der Luft in den Brennraum 9 in radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen hin gefördert, gequetscht oder befördert, insbesondere derart, dass die Teilströmungen in einem Bereich aufeinandertreffen und somit zu einer besonders vorteilhaften Verwirbelung der Luft in dem Brennraum 9 führen. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Quetschfläche Q konisch, das heißt kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Somit verläuft beispielsweise die jeweilige Quetschfläche Q entlang einer Mantelfläche eines gedachten, weiteren Kegels beziehungsweise Kegelstumpfs. Insbesondere ist die Quetschfläche Q ist zumindest zwischen den Punkten P1 und P2, insbesondere unterbrechungsfrei, konisch ausgebildet.
Die zuvor genannten Einlasskanäle sind aus 3 erkennbar und dort mit E bezeichnet. Außerdem sind in 3 die zuvor genannten Auslasskanäle erkennbar und mit A bezeichnet. Aus 3 ist ferner erkennbar, dass den Einlasskanälen E ein jeweiliges, als Einlassventil 14 ausgebildetes Gaswechselventil zugeordnet ist, und den Auslasskanälen A ist ein jeweiliges, als Auslassventil 15 ausgebildetes Gaswechselventil zugeordnet. Des Weiteren ist besonders gut aus 3 erkennbar, dass zumindest eine der Quetschflächen Q, vorliegend die bezogen auf die Bildebene von 3 rechte Quetschfläche Q, in einer senkrecht zur axialen Richtung des Zylinders 3 verlaufenden, zweiten Ebene, insbesondere Schnittebene, betrachtet, einen welligen Verlauf aufweist. Der wellige Verlauf weist vorliegend genau einen Wellenberg 16 und genau zwei Wellentäler 17 auf, die sich beidseitig direkt an den Wellenberg 16 anschließen, derart, dass der Wellenberg 16 zwischen den Wellentälern 17 angeordnet ist. Die bezogen auf die Bildebene von 3 linke Quetschfläche Q verläuft in der zweiten Ebene zumindest im Wesentlichen geradlinig beziehungsweise gerade. Das Brennraumdach 10 weist, insbesondere je Einlasskanal E, eine Durchtrittsöffnung 18 des jeweiligen Einlasskanals E auf, welcher über seine jeweilige Durchtrittsöffnung 18 mit dem Brennraum 9 fluidisch verbindbar oder verbunden ist, insbesondere dann, wenn die Einlassventile E geöffnet sind. Dabei ist der Wellenberg 16 in der zweiten Ebene zumindest teilweise zwischen den Durchtrittsöffnungen 18 angeordnet.
Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass der zweite Punkt P2 der in axialer Richtung des Zylinders 3 am weitesten von dem Wandungsbereich W zu dem Zylinder 3 und somit zu dem Kolben 8 hin beabstandete Punkt des Vorsprungs 13 ist. Dies bedeutet, dass der Punkt P2 der in axialer Richtung des Zylinders 3 am nächsten an dem Kolben 8 angeordnete Punkt ist. Der jeweilige Vorsprung 13 bildet dabei eine jeweilige, weitere Fläche F, welche an dem zweiten Punkt P2 beginnt und sich, insbesondere unterbrechungsfrei, von dem zweiten Punkt P2 in radialer Richtung des Zylinders 3 nach außen betrachtet, bis zu einem dritten Punkt P3 erstreckt und an dem dritten Punkt P3 endet. Eine durch den zweiten Punkt P2 und den dritten Punkt P3 verlaufende und sich in der Ebene erstreckende, zweite Gerade verläuft schräg zur axialen Richtung des Zylinders 3 und schräg zur radialen Richtung des Zylinders 3, wobei die zweite Gerade beispielsweise schräg oder senkrecht zur ersten Geraden G verläuft. Beispielsweise ist der Punkt P3 derart angeordnet, dass der Punkt P3 auf der Mantelfläche des ersten Kegels oder Kegelstumpfs liegt, auf beziehungsweise entlang dessen Mantelfläche der Wandungsbereich W verläuft.
4 zeigt die Verbrennungskraftmaschine 1 in der auch als y-z-Ebene bezeichneten, oben genannten Schnittebene, welche beispielsweise der Bildebene von 1 entspricht. Mit a und b sind beispielsweise jeweilige, in axialer Richtung des Zylinders 3 verlaufende Abstände der Punkte P2 beziehungsweise P1 von dem Kolben 8 veranschaulicht, insbesondere im oberen Totpunkt des Kolbens 8. Dabei ist der Abstand a kleiner als der Abstand b, so dass sich der in 4 mit S bezeichnete Quetschspalt in radialer Richtung des Zylinders 3 von außen nach innen hin betrachtet erweitert.
5 zeigt die Verbrennungskraftmaschine 1 in einer in 4 mit C-C bezeichneten Schnittebene. Dabei ist beispielsweise erkennbar, dass die Quetschfläche Q beziehungsweise der Vorsprung 13 derart in um die Zylinderachse 5 verlaufender Umfangsrichtung des Zylinders 3 verläuft, dass der Vorsprung 13 eine variierende Höhe aufweist, insbesondere derart, dass die Höhe des Vorsprungs 13 in Umfangsrichtung des Zylinders 3 von der Einlass- beziehungsweise Auslassseite weg und hin zur Einlassbeziehungsweise Auslassseite abnimmt oder zunimmt, so dass beispielsweise ein leicht abgeflachter Verlauf beziehungsweise Schliff vorgesehen ist. Insbesondere sind in 5 mit e und f, in axialer Richtung des Zylinders 3 verlaufende Abstände zwischen der Quetschfläche Q beziehungsweise dem Vorsprung 13 und dem Kolben 8, insbesondere dessen oberen Totpunkt, bezeichnet, wobei der Abstand e kleiner als der Abstand f ist. Die jeweilige Quetschfläche Q beziehungsweise deren Geometrie wird beispielsweise direkt bei einem auch mit Guss bezeichneten Gießen, durch das das Gehäuseelement 11 hergestellt wird, hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Quetschfläche Q beziehungsweise deren Geometrie nachträglich, das heißt nach dem Guss, insbesondere durch Schleifen, erzielt beziehungsweise hergestellt werden.
Schließlich veranschaulicht 6 eine Funktion beziehungsweise Wirkung der Quetschflächen Q. Durch Pfeile 19 ist ein Impuls der beispielsweise mittels des Kolbens 8 verdichteten Luft veranschaulicht. Ferner veranschaulichen Pfeile 20 einen Drall der Luft in dem Brennraum 9, wobei der Drall dadurch bewirkt wird, dass die Luft beziehungsweise ihre Teilströmungen mittels der Quetschflächen Q - wie oben beschrieben - in radialer Richtung des Zylinders 3 nach innen hin gequetscht werden und schließlich aufeinanderprallen. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Verbrennung realisiert werden, so dass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 darstellbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Gehäuseelement
3: Zylinder
4: Zylinderwand
5: Zylinderachse
6: Doppelpfeil
7: Doppelpfeil
8: Kolben
9: Brennraum
10: Brennraumdach
11: Gehäuseelement
12: Zündkerze
13: Vorsprung
14: Einlassventil
15: Auslassventil
16: Wellenberg
17: Wellental
18: Durchtrittsöffnung
19: Pfeile
20: Pfeil
A: Auslasskanal
E: Einlasskanal
F: Fläche
G: Gerade
P1: Punkt
P2: Punkt
P3: Punkt
Q: Quetschfläche
R: Randbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0132310 A1 [0002]
DE 60217041 T2 [0002]
JP 2003269247 A [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1), mit wenigstens einem Zylinder (3), in welchem ein Kolben (8) translatorisch bewegbar aufnehmbar ist, und mit wenigstens einem Brennraum (9), welcher in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) nach außen durch eine den Zylinder (3) bildende Zylinderwand (4) und in axialer Richtung (6) des Zylinders (3) durch ein Brennraumdach (10) der Verbrennungskraftmaschine (1) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumdach (10) in einem in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) äußeren, seitlichen Randbereich (R) des Zylinders (3) wenigstens einen Vorsprung (13) aufweist, welcher einen sich in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) nach innen an den Vorsprung (13) angrenzenden Wandungsbereich (W) des Brennraumdaches (10) in axialer Richtung (6) des Zylinders (3) zu dem Zylinder (3) hin überragt und eine Quetschfläche (Q) bildet, die sich in wenigstens einer durch die axiale Richtung (6) und die radiale Richtung (7) des Zylinders (3) aufgespannten Ebene in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) von innen nach außen von einem ersten Punkt (P1), an welchem der Vorsprung (13) und dadurch die Quetschfläche (Q) in den Wandungsbereich (W) übergehen, zumindest bis zu einem in axialer Richtung (6) des Zylinders (3) von dem ersten Punkt (P1) zu dem Zylinder (3) hin beabstandeten, zweiten Punkt (P2) erstreckt, wobei eine durch die Punkte (P1, P2) verlaufende und sich in der Ebene erstreckende Gerade (G) schräg zur axialen Richtung (6) und schräg zur radialen Richtung (7) des Zylinders (3) verläuft.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschfläche (Q) in einer senkrecht zur axialen Richtung (6) des Zylinders (3) verlaufenden, zweiten Ebene einen bogenförmigen oder wellenförmigen Verlauf aufweist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenförmige Verlauf wenigstens oder genau einen Wellenberg (16) und wenigstens oder genau zwei sich beidseitig direkt an den Wellenberg (16) anschließende Wellentäler (17) aufweist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenberg (16) zumindest teilweise zwischen zwei Durchtrittsöffnungen (18) des Brennraumdaches (10) angeordnet ist, über dessen Durchtrittsöffnungen (18) jeweilige Gaskanäle (E) der Verbrennungskraftmaschine (1) fluidisch mit dem Brennraum (9) verbindbar oder verbunden sind.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (E) Einlasskanäle (E) sind, über welche Luft in den Brennraum (9) einleitbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschfläche (Q) zumindest zwischen den Punkten (P1, P2) konisch ausgebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschfläche (Q) zumindest zwischen den Punkten (P1, P2) gewölbt, insbesondere konkav und/oder konvex gewölbt, ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Punkt (P2) der in der Ebene in axialer Richtung (6) des Zylinders (3) am weitesten von dem Wandungsbereich (10) zu dem Zylinder (3) hin beabstandete Punkt des Vorsprungs (13) ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (13) in der Ebene betrachtet eine weitere Fläche (F) bildet, welche in der Ebene betrachtet an dem zweiten Punkt (P2) beginnt und sich, insbesondere unterbrechungsfrei, von dem zweiten Punkt (P2) in radialer Richtung (7) des Zylinders (3) nach außen betrachtet bis zu einem dritten Punkt (P3) erstreckt und an dem dritten Punkt (P3) endet, wobei eine durch den zweiten Punkt (P2) und den dritten Punkt (P3) verlaufende und sich in der Ebene erstreckende, zweite Gerade schräg zur axialen Richtung (6) und schräg zur radialen Richtung (7) des Zylinders (3) verläuft.
Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.