DE1401964A1

DE1401964A1 - Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

Info

Publication number: DE1401964A1
Application number: DE19621401964
Authority: DE
Inventors: Edmond Henry Biabaud
Original assignee: Andre Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1961-07-17
Filing date: 1962-07-16
Publication date: 1968-12-12
Also published as: FR1302524A; GB1007765A; US3154061A; ES279153A1; LU42036A1

Description

Offenlegungsschrift 1401

Aktenzeichen: P 14 01 964.8 (S 80422) Anmeldetag: 16. Juli 1962

Offenlegungstag: 12. Dezember 1968

Ausstellungspriorität: —

Unionspriorität Datum:
Land:
Aktenzeichen:

17. Juli 1961

Frankreich

868074

Bezeichnung:

Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

Zusatz zu: —

Ausscheidung aus: . — Anmelder: Societe Anonyme Andre Citroen, 'Paris

Vertreter:

Mentzel, Dr. phil. Alfred, 5060 Refrath bei Köln

Als Erfinder benannt: Biabaud, Edmond Henry, Paris

Benachrichtigung gemäß Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. 1 d. Ges. v. 4.9.1967 (BGBl. I S. 960): 29. 2. 1968 Prüfungsantrag gemäß § 28 b PatG ist gestellt

β Τ2.68 809 812/185 7/90

ORIGINAL INSPECTED

DH. A. MENTZEL DIPL.-ING. W. DAHLKE

PATENTANWÄLTE HEFRATH b. KöiU, DEN

FHANKENFOEST 187 TELEFON: BSiNSBERQ 4200

12„ Juli 1962 Dr„Mo-Hg/B.-

Societe Anonyme Andre Citroen in ±"aris (Frankreich;

Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, d.iie Brennkraftmaschinen, bei denen ein vorher erzeugtes, brennbares Gemisch in einem Zylinder vor seiner, durch einen elektrischen Funken erfolgenden, Zündung komprimiert wird ο

Die "Erfindung betrifft insbesondere Brennkraftmaschinen dieser Art, die ventilgesteuert sind und die einen halbkugelförmigen Zylinderkopf besitzen, d.h_o Haschinen, bei denen der Zylinderkopf die Form einer-halbkugelförmigen Kappe hat.

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Es ist bekannt, daß der mechanische und der thermische Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine mit den Grad der Kompression bis zu einer gewissen Grenze ansteigt, die durch eine besondere Art der Verbrennung, die Explosionsverbrennung, gekennzeichnet ist. Diese v/ird durch eine Druckwelle in Verbindung mit einer Verbrennungswelle hervorgerufen und bewirkt infolge des,dabei entstehenden Druckanstieges und der damit verbundenen Temperaturänderung das Entflammen des vergasten Gemisches <, Diese stören-) de Erscheinung bewirkt bei Brennkraftmaschinen einen Leistungsabfall und erhebliche mechanische Störungen.

Um den Widerstand von Brennkraftmaschinen gegen diese Erscheinung zu. erhöhen, wurden bereits zahlreiche Mittel vorgeschlagen. Die einen bestanden darin, der Brennkammer der Maschine eine solche geometrische Form zu geben, die gleichzeitig eine progressive Verbrennung und eine starke Abkühlung des in dieser befindlichen Teiles der brennenden gasförmigen ladung bewirkt« "Die Ergebnisse dieser Versuche haben einerseits den Vorteil einer kompakten Kammer gezeigt, d.tu einer solchen Kammer, bei der das Verhältnis zwischen dem Maß der Oberfläche der Wand demjenigen des Volumens so klein wie möglich ist, und haben andererseits den Vorteil der Anordnung der Zündkerze an dem heißesten Punkt derart, daß die heißeste Zone nicht die der gasförmigen, brennenden Ladung ist„

Andere Mittel bewirken eine starke Verwirbelung des Gases, was die Möglichkeit einer Abkühlung des zu einer Detonation

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neigenden Gases ausnutzt.

Eine Anzahl von Versuchen mit Ausbildungen von Brennkammern, · die am günstigsten dazu geeignet sind, eine schnelle und gleichmäßige Verbrennung, selbst bei Gemischen mit geringem Kraftstoff gehalt, zu ergeben, haben es der Anmelderin ermöglich^ eine Kombination von räumlichen Merkmalen zu schaffen, die den Gegenstand der Anmeldung darstellen.

Nach einem ersten· Merkmal der Erfindung ist der Zylinder nach oben hin durch einen im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildeten Zylinderkopf abgeschlossen, in dem die Brennkammer liegt, die seitlich durch eine regelmäßige, konische oder annähernd konische Oberfläche, in ihrem oberen Teil durch zwei ihren Boden bildende Flächen und in ihrem unteren -Seil durch den

ist halbkugelförmigen Kopf des Kolbens tegrenzt, wobei das Auslaßventil und die Zündkerze jeweils in eine der Flächen des Bodens der Kammer einmünden. Die Fläche, in die die Auslawöffnung einmündet, liegt etwa rechtwinklig zur Mittelachse des Kegelstumpfes, während diejenige,in der die Öffnung für die Zündkerze angeordnet ist, zu dieser Achse geneigt ist„ Ferner liegt die Ebene, in der der Ventilsitz des Einlaßventiles liegt, tangential zur seitlichen Oberfläche der Kammer, deren gleichmäßige Ausbildung die Vereinigung der Oberflächen in einer Geraden ermöglicht, die gleichzeitig die Gerade der [Tangentialebene und der Erzeugenden der Kammerwand ist.

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Man erreicht auf diese Weise ein einfaches Einströmen der durch die Bewegung des Kolbens erzeugten G-asströme an dem Zylinderkopf entlang.

Nach einem zweiten Merkmal der Erfindung weist der der halbkugeligen. Form des Zylinderkopfes angepaßte Kolbenkopf zwei schräge, geometrisch unterschiedlich angeordnete Abflachungen auf, die durch eine rechtwinklig zur Kolbenachse stehende w Kante verbunden sind.

Eine dieser Abflachungen liegt dem Einlaßventil gegenüber» Sie ist durch eine ebene, parallel zur Fläche des besagten Ven^- tiles liegende Fläche gebildet und kommt im oberen Totpunkt fast mit dieser in Berührung,, Die zweite Abflachung, die der Brennkammer zugewandt liegt,'ist durch eine ebene, parallel zur Fläche des Auslaiventiles verlaufende Fläche gebildet· Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Abflachung gegenüber der Zündkerze ausgespart, um der Flammfront das größtmögliche Volumen an Kraftstoff bei der Zündung gegenüberzustellen_o

Nach einem dritten Merkmal der Erfindung liegen das Auslaßventil und die Zündkerze in der Brennkammer in einer Ebene, die senkrecht zu der durch die Achsen der beiden Ventile verlaufenden Ebene steht.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigt:

Figo 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder, Zylinderkopf und Kolben einer Brennkraftmaschine nach der Linie I-I in Hg, 4 j

Figo 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. Ij

Figo 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig„ 1, den Boden des Zylinderkopfes veranschaulichend, wobei der Kolben zurückgezogen ist, und

Figo 4 einen Schnitt nach der Linie I7-IY in Fig. 1, , gleichfalls den Boden des Zylinderkopfes darstellend.

Der Kolben 3 bewegt sich im Innern eines Zylinders 4» der durch einen halbkugelförmigen Zylinderkopf 5 abgedeckt ist· Dieser Zylinderkopf 5 ruht unter Zwischenschaltung einer Dichtung 7 auf dem Zylinder 4» Im Bereich der Brennkammer sind die Ränder 8 des Zylinderkopfes und 9 des Zylinders nicht fluchtend ausgerichtet, so da« der Rand 8 versetzt liegt·

Der Kopf des Kolbens 3 der die Form einer halbkugelförmigen Kappe besitzt, pa«t sich der Form der inneren Oberfläche des Zylinderkopfes an und weist zwei schräge Abflachungen 12 und

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auf. Die erste Abflachung 12 ist eben. Sie liegt der kreisförmigen Ansaugöffnung 6 gegenüber, die durch das Ventil 14 verschlossen .wird und kommt im oberen Totpunkt fast mit dieser in Berührung, wobei sie dieses Ventil abdeckt und nur eine dünne G-asschicht zwischen diesem und der Abflachung beläßt»

Das Gas wird auf diese Weise gewaltig zusammengedrückt und einer Verwirbelung unterworfen, die stärker is.t als diejenige, die sich an die v/ährend der Kompression im Zylinder erfolgende anschließtο

Ferner wird das Ende der Verbrennung in dieser Zone lokalisiert, die, infolge der Verengung ein außerordentlich erhöhtes und daher günstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweist«

Die zweite Abflachung 13 ist der Brennkammer 15 zugewandt» Sie besitzt eine im wesentliche! ebene Oberfläche 16, die im Bereich der Zündkerze eine in der Fig. 1 verdeckte und nur durch die gestrichelte Linie 17 dargestellte Aussparung aufweist. Eine solche Anordnung ermöglicht es beim Einleiten der Verbrennung das die Flammfront umgebende Volumen zu erhöhen. Im oberem Totpunkt liegt der äußere Rand 18 der Abflachung 13 in der Ebene desAbsatzes 8.

Beide Abflachungen 12 und 13 sind über einen konvex ausgebildeten Teil 10 der Oberfläche des Kolbenkopfes miteinander verbunden, dessen Form durch in Fachkreisen bekannte Verfahren

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bestimmt ist, und die es ermöglicht, ein Auftreten von thermischen Spannungen im Kolbenkopf zu vermeiden»

Die in einer Höhlung 19 des Zylinderkopfes 5 angeordnete Brennkammer 15 besitzt eine einem sich zum Kolben hin erweiternden Kegelstumpf sehr angenäherte Form, dessen beide Grundflächen durch Ellipsen 20 und 21 begrenzt sind₀ Als Symmetrie-

ebne der Brennkammer ist die Schnittebene des in Fig. 2 dargestellten Schnittes anzusehen, die durch die großen Achsen der Grundflächen 20 und 21 verläuft. Zwei senkrecht.zu dieser Ebene stehende Flächen 22 und 23 bilden den Boden der Brennkammer«,

Die praktisch rechtwinklig zur Mittelachse der Kammer stehende Fläche 22 ist durch eine kreisförmige, als Auslaß dienende und durch ein Tentil 27 verschließbare Öffnung 24 durchbrochen. Die gegenüber der Fläche 22 leicht genagte Fläche 23 ist mit einer zur Aufnahme der Zündkerze 26 dienenden Öffnung 25 versehen.

Die Schnittebene des in Fig_e 2 dargestellten Schnittes verläuft durch die Achsen des Auslaßventiles und der Zündkerze und steht senkrecht zu der durch die Achsen des Einlaß- und des Auslaßventiles verlaufenden Ebene.

Ferner liegt die Ebene der Tentilöffnung des Einlaßventiles tangential zu der seitlichen Oberfläche der Brennkammer 15 β

Bei der Herstellung dieser Kammer gibt man dem der berührenden Mantellinie benachbarten Teil der konischen Oberfläche einen ausreichend großen Kurvenradius, damit diese Oberfläche

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in diesem Bereich an ein ebenes Element angeglichen werden kann ο

Eine derartige Gestaltung der Brennkammer ermöglicht es, Wände 28, 29, 3υ angemessenen Volumens zur Zirkulation von

Kühlflüssigkeit sowohl um die Zündkerze 26 als auch um das Auslaßventil 27 herum vorzusehen; sie ermöglicht insbesondere Umhüllungswände konstanter Stärke zu verwenden, also thermische Spannungen erzeugende Überdicken zu vermeiden. Aus diesem

Grunde sieht die Ausbildung des Zylinderkopfes die Verschiebung 8 in der Höhe der Dichtung 7 vor«,

Diese räumliche Gestaltung der Brennkammer erbringt folgende Vorteile:

1,Einen außergewöhnlich niedrigen Wert des Quotienten

Oberfläche der Kammer Volumen der Kammer

im Verhältnis zur Verdichtung in der Kammer,«as eine Verkürzung des von der Flamme zurückzulegenden Weges und eine kurze Dauer der Verbrennung ergibt.

2_eEinensehr erhöhten Wert des Quotienten

Oberfläche der Verbrennungsschlußzone Volumen der Verbrennungsschlußzone

durch die relative Stellung des Kolbens und des "Einladventiles im oberen Totpunkt, was einerseits ein gewaltiges Zusammendrücken und eine starke Verwirbelung des

Gases während der Verdichtung und andererseits einen 809812/0185 _·

Verbrennungsschluß ohne Schwierigkeiten in der besagten Zone durch energische Abkühlung des Verbrennungsendes ergibt.

3ο Eine erhöhte Temperatur im Niveau der Zündkerze, da diese nahe bei dem Auslaßventil liegt„

4ο Keine stillstehenden G-asteile durch die Yerbindunggflache zwischen der Ebene der Ansaugöffnung und der Wand der Brennkammer,, Bei der Kompression erfolgt die Verdrängung der aus dem zwischen dem Kolben und dem Ansaugventil liegenden Bereich kommenden G-ase ohne Hindernis in Richtung der Brennkammer«

Durch diese verschiedenen Vorteile ist die Wirkungsweine dieser Brennkraftmaschine unabhängig von der angewendeten Kraftstoff zufuhr (Einspritzung oder Vergasung) zufriedenstellend.

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Claims

Patentansprüche

Brennkraftmaschine mit Iremdzündung, deren Zylinder nach oben hin durch einen im wesentlichen haibkugeiförmig ausgebildeten Zylinderkopf abgeschlossen ist, in dem die Brennkammer liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer seitlich durch eine regelmäßige konische oder annähernd konische Oberfläche (20, 21), in ihrem oberen Teil durch zwei, ihren Boden bildende Flächen (22 und 23), in die .die Öffnungen für das Auslauventil (24) und für die Zündkerze (26) einmünden, und in ihrem unteren 3?eil durch einen halbkugelförmigen Kolbenkopf (11) begrenzt ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des Einlaßventiles (14) tangential zur seitlichen Oberfläche der Brennkammer liegt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halbkugelförmige Kolbenkopf (11) zwei ebene, . schräg zueinanderliegende Abflachungen aufweist, von denen eine (12) dem Einlaßventil (14) und die andere (13) der Brennkammer (15) zugewandt ist, wobei .die zweite Abflachung (13) gegenüber der Zündkerze (26) leicht ausgespart ist.

4· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn- . zeichnet, daß die Achse der Auslaßöffnung (24) und diejenige der Zündkerze (26) in einer Ebene liegen, in der j&X Brennkammer (15), die rechtwinklig zu der Ebene steht, die durch die Achsen des Ein- (24) und Aualaßventiles (27) verläuft.

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