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Mit Gemischverdichtung und Fremdzündung arbeitende Viertakt-Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf die besonders vorteilhafte Ausbildung des Brennraumes
von Viertakt-Brennkraftmaschinen, die mit Gemischverdichtung und Fremdzündung arbeiten.
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Bekanntlich wird der volumetrische und der Wärmewirkungsgrad einer
Brennkraftmaschine der genannten Art in hohem Maße durch die Ausbildungdes Brennraumes,
die Abmessungen und die Anordnung der Ventile sowie durch die Lage der Zündkerze
bestimmt.
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Eines der wichtigsten, für den Wirkungsgrad eines Brennraumes maßgeblichen
Merkmale besteht in einem niedrigen Wert des Verhältnisses Oberfläche-Volumen. Unter
diesem Gesichtspunkt ergibt ein in bekannter Weise halbkugelförmig ausgebildeter
Brennraum die besten Resultate, bei welchem die Ventilachsen durch den Mittelpunkt
dieser Halbkugel verlaufen.
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Ein solcher Brennraum weist jedoch den Nachteil auf, daß die Ventilachsen
bei normalen Ventilabmessungen sich unter einem Winkel schneiden müssen, bei welchem
die Ventilsteuerung nur mittels zweier Nockenwellen möglich ist, die im Zylinderkopf
bzw. im Kurbelgehäuse angeordnet sind. Erfolgt die Ventilsteuerung jedoch mittels
einer einzigen Nockenwelle, dann ist die Anordnung der Zündkerze mitten im Brennraum
nur bei verwickelten Durchführungen durch den Zylinderkopf möglich.
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Die Erfindung schafft nun einen Brennraum, welcher einerseits den
höheren.Wirkungsgrad von halbkugelförmigen Brennräumen ergibt und andererseits bezüglich
der Wahl der Ventillagen weniger einschränkend ist, so daß für die Ventilsteuerung
solche einfache Einrichtungen herangezogen werden können, wie sie bei domförmigen
Brennräumen zur Anwendung kommen. Der Brennraum gemäß der Erfindung ermöglicht es,
die Divergenz der Ventilachsen bedeutend zu verringern und dieselben schräg zueinander
anzuordnen, so daß die Zündkerze näher zum Schwerpunkt des Brennraumes verlegt werden
kann.
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Ferner schafft die Erfindung einen Brennraum, dessen Oberfläche restlos
durch Maschinenbearbeitung bei einer Anzahl von Arbeitsschritten hergestellt werden
kann, welche die bei halbkugelförmigen Brennräumen erforderliche Anzahl nicht übersteigt.
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Zu diesem Zweck geht die Erfindung von einer mit Gemischverdichtung
und Fremdzündung arbeitenden Viertakt-Brennkraftmaschine aus, deren Brennraum von
zwei ungleichmittigen Kugelzonen begrenzt wird, in denen die Achsen der Ventile
schräg zueinander angeordnet sind.
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Bei den bekannten Brennraumausbildungen dieser Art muß entweder der
Nachteil in Kauf genommen werden, daß, wie bei einem halbkugeligen Brennraum, zwei
gesonderte Nockenwellen für die Steuerung der Ventile erforderlich sind, die rechtwinkelig
zueinander stehen, wobei trotzdem der volumetrische Wirkungsgrad niedrig bleibt,
oder es ist die Steuerungsanordnung für die Ventile, deren Achsen sich ebenfals
rechtwinkelig schneiden, bei Verwendung nur einer einzigen Nockenwelle sehr verwickelt.
Ferner liegt bei dieser letztgenannten Ausbildungsform der Nachteil vor, daß die
Eimaß- und Auslaßleitungen zahlreiche Krümmungen aufweisen, was die Herstellung
erschwert und verteuert und der Strömung des Brennstoffgemisches bzw. der Brenngase
erhöhte Widerstände entgegensetzt. Auch in diesem Fall ist der volumetrische Wirkungsgrad
nur gering. Weiterhin weist der letztgenannte Brennraum äußerst günstige Klopfwerte
auf und es bilden die beiden Teil desselben jeweils am Oberteil eine unerwünschte
Stautasche für die Brenngase.
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Gemäß dem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist demgegenüber zwischen
den beiden Kugelzonen des Brennraumes eine dritte Kugelzone vorgesehen, die einen
größeren Halbmesser aufweist als die beiden erstgenannten Kugelzonen. Ferner wird
die untere Fläche des Zylinderkopfes durch eine vierte Kugelzone von noch größerem
Halbmesser gebildet, deren Mittelpunkt auf der Zylinderachse liegt, wobei
eine
die Zündkerze aufnehmende Ausnehmung in die vorgenannte dritte Kugelzone mündet.
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Hierdurch werden vor allen Dingen folgende Vorteile erreicht. Einmal
ist der volumetrische Wirkungsgrad besonders hoch. Außerdem können die Einlaß-und
Auslaßleitungen sehr kurz und mit nur einer einzigen Biegung ausgeführt werden,
wobei lediglich eine einzige Nockenwelle zur Steuerung der Ventile erforderlich
ist. Der erfindungsgemäße Brennraum weist eine der idealen halbkugeligen sehr nahe
kommende Form auf, wobei Stautaschen völlig ausgeschlossen sind. Schließlich ist
es möglich, durch die erfindungsgemäße BrennraumausbildungKlopferscheinungen weitgehendst
auszuschalten, so daß ein Verdichtungsverhältnis erreicht werden kann, wie es bei
sonstigen Brennraumformen nicht erzielbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, daß
Ventile erheblichen Durchmessers verwendet werden können.
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Zur Verbesserung der Steuerungsmöglichkeit mittels einer einzigen
Nockenwelle wird nach einem besonderen Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß die Achse
des einen Ventils mit der Achse des Zylinders einen wesentlich kleineren Winkel
einschließt als die Achse des anderen Ventils.
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Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand schematischer Zeichnungen. In den
Zeichnungen ist Fig. 1 eine Ansicht des Brennraumes von der Kolbenseite her gesehen,
Fig. 2, 3 und 4 Schnitte nach den Linien II-II, 111-III und IV-IV der Fig.1.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, besteht die Oberfläche des
im Zylinderkopf vorgesehenen Brennraumes aus zwei zueinander ungleichmittigen Kugelzonen
1 und 2. Der mit 11 bezeichnete Mittelpunkt der Kugelzone 1 liegt auf der Achse
21 des Ventilsitzes 31, während sich der Mittelpunkt 12 der Kugelzone
2 auf der Achse 22 des Ventilsitzes 32 befindet. Hierdurch
ist es möglich, diese beiden Zonen 1, 2 jeweils gleichzeitig mit dem zugehörigen
Ventilsitz mittels eines Werkzeuges geeigneter Ausbildung zu bearbeiten.
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Die im wesentlichen scharfe, durch die Flächenüberschneidung der Kugelzone
1 und 2 gebildete Kante wird beim Bearbeiten der Fläche einer dritten Kugelzone
3 entfernt, deren Durchmesser und Lage des Mittelpunktes 13 derart gewählt sind,
daß die Kugelzone 3 trotz Entfernens der oben erwähnten Überschneidungskante die
Ventilsitze 31 und 32, die auf den Oberflächen der Zonen 1 und 2 liegen, nicht erfaßt.
Von unten gesehen (Fig. 1) weist die Fläche der Kugelzone 3 im wesentlichen die
Form zweier an einem Punkt miteinander verbundener Dreiecke mit gekrümmten Seiten
auf. In einem dieser Dreiecke ist die Bohrung 5 für die nicht dargestellte Zündkerze
vorgesehen.
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Der Mittelpunkt 13 der Kugelzone 3 liegt nicht auf der Achse 20 des
zugehörigen Zylinders. Zur Erzielung der zur Zeit gewünschten höheren Verdichtungszahlen
wird der Durchmesser der Kugelzone 3 derart gewählt, daß letztere die untere Ebene
des Zylinderkopfes in einem Kreis schneidet, dessen Durchmesser den Zylinderinnendurchmesser
beträchtlich unterschreitet. Zweckmäßig geht also die Fläche der Kugelzone 3 in
die Fläche einer vierten Kugelzone 4 über, deren Mittelpunkt 14 auf der Zylinderachse
20 liegt. Dabei schneidet die Fläche der Kugelzone 4 die untere Kopfebene in einem
dem Zylinderinnendurchmesser vollständig oder nahezu vollständig entsprechenden
Kreis. Bei geeigneter Wahl des Durchmessers kann die Fläche der Kugelzone 4 parallel
oder annähernd parallel zum meist nach außen gewölbten Kolbenböden verlaufen. Ein
besonderer Vorteil gibt sich dahingehend, daß die Flächen der Kugelzonen 3 und 4
und der dieselben verbindenden Übergangshalbmesser 6 in einem einzigen Arbeitsgang
bearbeitet werden können, welcher mittels eines Fräswerkzeuges geeigneten Profils
durchgeführt wird, welches um eine geneigte, durch die Mittelpunkte 13 und
14 der Kugelzonenflächen 3, 4 hindurchgehende Achse 23 umläuft.
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Die Fläche der Kugelzone 4 stellt einen Quetschraum zwischen dem Kolben
und dem Zylinderkopf dar, wenn sich der Kolben in der oberen Totpunktlage befindet.
Durch Änderung der Größe und Breitenausdehnung der Fläche der Kugelzone 4 läßt sich
der Verbrennungsvorgang so beeinflussen, daß die beste Leistung des Brennraums vom
Standpunkt sowohl des Wirkungsgrades als auch des Verbrennungsablaufes erhalten
wird.
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Aus der obigen Erläuterung geht hervor, daß der beschriebene und dargestellte
Brennraum für die Wahl der Ventillagen eine sehr viel freiere Hand läßt und die
Ventilachsen, wie sich dies deutlich aus Fig.1 ergibt, nicht in der gleichen Ebene
zu liegen brauchen.
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Bei gleichem zur Erzielung der gewünschten Verdichtungszahl erforderlichem
Volumen ist die der Flamme ausgesetzte Fläche im wesentlichen gleich derjenigen
eines halbkugelförmigen Brennraumes und geringer als diejenige eines dreieckigen
Brennraumes. Die durch die Flächenüberschneidungen der Kugelzonen 1, 3 bzw. 2, 3
gebildeten Kanten sind sehr stumpf, so daß heiße Stellen und die dadurch verursachten
Selbstzündungen nicht auftreten können. Die durch die Oberflächen der Zone
1, 4 bzw. 2, 4
gebildeten Kanten sind zwar bedeutend schärfer; das
ist jedoch deshalb nicht nachteilig, weil diese Kanten während der Verbrennung dem
Kolbenboden sehr nahe liegen.
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Die Ventile können groß bemessen werden und sind in ihrer Offenstellung
durch die Wände des Brennraumes nicht abgedeckt, so daß höhere volumetrische Wirkungsgrade
erreicht werden können.
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Der Winkel der Ventilachsen zueinander kann weit unter einem Betrag
von 90° liegen; dieser Betrag ist bei einem halbkugelförmigen Brennraum mit einzigem
Mittelpunkt normalerweise erforderlich. Die Ventile können daher durch eine einzige
im Kurbelgehäuse angeordnete Nockenwelle über gewöhnliche Schubstangen und Schwinghebel
gesteuert werden, wobei das Einbaumaß in Querrichtung des Zylinderkopfes innerhalb
zulässiger Grenzen gehalten wird.
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Die Zündkerze kann in der Nähe des Mittelpunktes des Brennraumes an
dessen heißester Stelle angeordnet werden, woraus sich verhältnismäßig kurze, regelmäßige
Flammenwege ergeben.