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Viertakt-Brennkraftmaschine mit etwa halbkugelförmigem Brennraum Die
Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer etwa halbkugelförmigen,
den Brennraum bildenden Zylinderkopfausnehmung, deren sphärische Krümmung auf einer
Seite durch eine nach dem Kolben hin abfallende, im wesentlichen ebene Wandfläche
unterbrochen ist, an deren kolbenseitigem Ende nach außen noch ein ebener, senkrecht
zur Zylinderachse bei der oberen Totpunktlage des Kolbens dicht über dem Kolbenboden
verlaufender kreisabschnittförmiger Wandteil anschließt, während der Kolben an seinem
Boden einen bei dieser Totpunktlage in die Ausnehmung hineinragenden Ansatz aufweist,
der an seiner der abfallenden Wandfläche abgelegenen Seite der dortigen Wölbung
der Ausnehmung - in der genannten Totpunktlage lediglich einen kleinen Spalt frei
lassend -angepaßt ist und an seiner Oberseite eine nach dem ebenen, kreisabschnittförmigen
Bodenteil hin geneigte Fläche aufweist, wobei eine mit ihrer Achse parallel zur
Zylinderachse liegende Zündkerze in die Ausnehmung im Bereich der Ausgangsstelle
der abfallenden Wandfläche hineinragt.
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Man kennt bereits zahlreiche Vorschläge für die Brennraumanordnung
und Brennraumausbildung von Brennkraftmaschinen, durch welche der Ablauf der Verbrennung
und damit auch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden soll. In
der Praxis konnten sich jedoch nur sehr wenige dieser Vorschläge durchsetzen, weil
der angestrebte Erfolg ausblieb oder ungünstige Fertigungsbedingungen einer serienmäßigen
Herstellung entgegenstanden.
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Bei einer eingangs genannten bekannten Brennkraftmaschine wird die
sphärische Ausnehmung des Zylinderkopfes durch eine gegenüber der Zylinderachse
um etwa 45° schräg nach außen abfallende Wandfläche unterbrochen, in deren Ebene
die Ein-und Auslaßventile mit ihren Ventiltellern nebeneinanderliegen. Die schräg
abfallende Wandfläche geht etwa von der tiefsten Stelle der Ausnehmung des Zylinderkopfes
aus, wobei die Zündkerze koaxial zum Zylinder angeordnet ist. Beim Betrieb dieser
Brennkraftmaschine wird das verdichtete Gemisch in gegensätzlicher Richtung - einerseits
vom Kolbenansatz her und andererseits aus dem über dem flachen kreisabschnittförmigen
Kolbenbodenteil und unter dem entsprechenden Wandteil des Zylinderkopfes gebildeten
Schlitz - etwa nach der Mitte des eigentlichen Brennraurd;es hin verdrängt. Nachteilig
ist dabei, daß durch die gegensätzliche Verdrängung des Gemisches keine eigentliche
Wirbelbildung möglich ist und am heißen Auslaßventil leicht schädliche örtliche
Gemischaufheizungen vorkommen. Da sich die Zündkerze gerade an derjenigen zentralen
Wandstelle der Zylinderkopfausnehmung befindet, wo sich die Geschwindigkeiten der
beiden entgegenströmenden Gemischvolumen annähernd aufheben, ist auch eine günstige
Durchzündung des Gemisches in Frage gestellt. Schließlich entfällt dadurch auch
eine günstige Kühlung der Zündkerze durch das in den Brennraum einströmende Gemisch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Brennkraftmaschinen
unter Vermeidung der vorgenannten Mängel so zu vervollkommnen, daß trotz einer verhältnismäßig
einfachen Fertigung eine sehr günstige Verbrennung und entsprechende Leistungsverbesserung
erzielt wird.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die abfallende Wandfläche der Zylinderkopfausnehmung parallel zur Zylinderachse
verläuft und von dieser einen etwas größeren Abstand als die Zündkerze aufweist,
deren Abstand von der Zylinderachse etwa dem halben Zylinderradius entspricht, während
an die geneigte Fläche des Ansatzes des Kolbens sich zwei zum Außenrand der Bodenfläche
hin abfallende Schrägflächen anschließen, deren Neigung der der Teller der schräggestellten
Ventile angepaßt ist, welche mit ihren Achsen in einer parallel zur abfallenden
Wandfläche liegenden Ebene angeordnet sind.
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Infolge des achsparallelen Verlaufs der die halbkugelförmige Ausnehmung
des Zylinderkopfes unterbrechenden Wandfläche ergibt sich an der dortigen
Stelle
eine Umlenkung des vom Kolbenansatz her verdrängten Gemischteiles nach dem Kolbenboden
zurück, während zugleich das vom flachen Kolbenbodenteil her verdrängte Gemischvolumen
die rotierende Wirbelbewegung des anderen Teils unterstützt und so eine ausgeprägte
Gemischrotation um eine zur Zylinderachse quer verlaufende Achse bewirkt. Das Gemisch
strömt dabei mit der vollen Wirbelgeschwindigkeit an der Zündkerze vorbei, wodurch
einerseits eine gute Kühlung der Kerze und andererseits auch eine gute Durchzündung
des Gemisches gewährleistet wird, wobei sich die Flamme durch den Brennraum mit
einer der Summe von Zündgeschwindigkeit und Wirbelgeschwindigkeit entsprechenden
Geschwindigkeit ausbreitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die geneigte
Fläche des Ansatzes des Kolbens als eine flach kugelschalenförmig verlaufende Mulde
ausgebildet. Durch eine solche Mulde wird die angestrebte rotierende Wirbelbewegung
des Gemisches günstig unterstützt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem axialen Teilschnitt
durch einen ihrer Zylinder, Fig.2 denselben Zylinder in einem Axialschnitt nach
der Linie II-II der Fig.1. Fig. 3 den Zylinderkopf desselben Zylinders in einer
die Ausnehmung zeigenden Ansicht, Fig. 4 den Kolben gemäß den Fig.1 und 2 in einer
Ansicht von oben.
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Von einer im übrigen nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine
zeigen die Fig. 1 und 2 einen Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 in üblicherweise hin-und
herverschiebbar ist. Der Zylinder 1 ist oberhalb des Kolbens 2 durch einen Zylinderkopf
3 abgeschlossen, der nach dem Zylinder 1 hin eine im wesentlichen halbkugelförmige
Ausnehmung aufweist und in dem eine Zündkerze 4 seitlich zur Zylinderachse versetzt
angeordnet ist.
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Wie aus Fig.1 hervorgeht, ist die Ausnehmung des Zylinderkopfes 3
an der Seite der Zündkerze 4 durch eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Wandfläche
6' begrenzt, deren Abstand von der Zylinderachse etwas größer als der halbe Zylinderradius
ist. Die ebenfalls parallel zur Zylinderachse verlaufende Zündkerze 4 weist
von dieser Achse einen etwas kleineren Abstand auf, der etwa dem halben Zylinderradius
gleicht. Die Wandfläche 6' befindet sich an einem entsprechenden Vorsprung 6 des
Zylinderkopfes 3 und ist nach dem Kolben 2 hin durch einen bei der oberen Kolbentotpunktlage
dicht über dem Kolbenboden verlaufenden kreisabschnittförmigen Wandteil begrenzt.
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Der Kolben 2 weist an dem der Ausnehmung des Zylinderkopfes 3 zugekehrten
Teil seiner Bodenfläche 5 einen Ansatz 7 auf, der an seiner der Zündkerze 4 abgelegenen
Seitenwand der dortigen Wölbung der Ausnehmung - im oberen Totpunkt des Kolbens
2 lediglich einen kleinen Spalt 8 frei lassend - angepaßt ist. Der Ansatz 7 ist
an seiner Oberseite mit einer nach dem ebenen Teil der Bodenfläche 5 hin flach abfallenden
Mulde 9 versehen, an die beiderseits der die Zündkerze 4 aufnehmenden Axialebene
des Zylinders 1 je eine zum dortigen Außenrand der Bodenfläche 5 hin abfallende
Schrägfläche 10 bzw. 10' anschließt. Die Mulde 9 verläuft etwa kugelschalenförmig,
was nicht nur aus Fig. 2, sondern auch aus der in Fig.1 an der Stelle des nicht
geschnitten dargestellten Kolbens 2 gestrichelt eingezeichneten gekrümmten Linie
9' erkennbar ist. Statt einer Mulde 9 könnte an der flach abfallenden Oberseite
des Ansatzes 7 jedoch auch eine im wesentlichen ebene Fläche vorgesehen sein, wie
sie in Fig.1 durch die strichpunktiert dargestellte Linie 11 angedeutet ist.
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Durch die beschriebene Ausbildung des Zylinderkopfes 3 und des Kolbens
2 ergibt sich bei der oberen Totpunktstellung des Kolbens 2 ein annähernd halbkugelförmiger
Brennraum 12, der dem angesaugten Gemisch im Bereich der oberen Totpunktstellung
des Kolbens 2 eine weitgehend kreisende Rotationsbewegung erteilt, die in Richtung
der in Fig.1 eingezeichneten Pfeile verläuft. Eine besonders gute, vollkommene Verbrennung
ergibt sich dabei auch deshalb, weil sich die Zündkerze 4 in unmittelbarer Nähe
des durch die Rotationsbewegung innig vermischten Gemisches befindet.
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Mit Brennkraftmaschinen, die vorstehend beschriebene Brennräume aufweisen,
lassen sich höhere Verdichtungsverhältnisse als üblich, höhere Leistungen und auch
ein niedrigerer spezifischer Kraftstoffverbrauch als bei bisher üblichen Brennräumen
erzielen.
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Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispiels
gebunden. Insbesondere könnten die beiderseits der mittleren Mulde 9 anschließenden
Schrägflächen 10, 10' auch andere Neigungen als dargestellt aufweisen, wenn
dies in Anpassung an die Anordnung der Ventile zweckmäßig sein sollte.