DE1451637B - Gemi-'chansaugende, mit Zeitpunkt-Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine mit Brennraum im Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischansaugende, mit Zeitpunkt-Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine mit in Zylinderlängsrichtung angeordnetem, nahezu das gesamte Kompressionsvolumen aufnehmendem zylindrischem Kolbenbrenn- raum.

Eine solche Maschine ist durch die britische Patentschrift 971519 bekannt. Bei diesem Patent handelt es sich um eine leicht konvexe Ausbildung des Kolbenbrennraumbodens zwecks Erzielung ge- ίο wisser mechanischer Vorteile. Demgegenüber liegt bei der vorliegenden Erfindung die Aufgabe vor, eine Brennkraftmaschine der anfangs genannten Art so auszubilden, daß die Klopfgrenze um etwa zwei Verdichtungseinheiten hinausgeschoben wird. Eine Vergaser-Brennkraftmaschine üblicher Bauart, die unter Verwendung eines marktgängigen Kraftstoffs mit einer Oktanzahl von etwa 90 mit einem Verdichtungsverhältnis von 9 zu betreiben ist, soll bei Anwendung des durch die Erfindung charakterisierten Verbrennungsverfahrens mit dem gleichen Kraftstoff noch bei Verdichtungsverhältnissen von 11 bis 12 klopffrei betreibbar sein. Die Erfindung soll es also erlauben, die allgemein bekannten Vorteile eines höheren Verdichtungsverhältnisses auszunutzen (in erster Linie niedrigerer Verbrauch). Umgekehrt soll sie ermöglichen, bei einem üblichen Verdichtungsverhältnis mit einem billigeren Kraftstoff von niedrigerer Oktanzahl auszukommen.

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird vorgeschlagen, daß zur Erzielung eines besseren Klopfverhaltens dem einströmenden Gemisch eine Wirbelbewegung um eine in Zylinderlängsrichtung verlaufende Achse von einer solchen Größe erteilt ist, die im stationären Einströmversuch in den leeren Zylinder bei einem Druckunterschied von 70 mm Hg zwischen Ansaugkanal und Zylinderinnenraum und bei voll geöffnetem Einlaßventil auf einem Durchmesser von drei Viertel des Zylinderdurchmessers eine Umfangsgeschwindigkeit von 30 bis 45 m/Sek. ergibt, daß das Verhältnis dieser Umfangsgeschwindigkeit zur axialen Durchströmgeschwindigkeit im Zylinder zwischen 3 und 4 liegt und daß der Durchmesser des Kolbenbrennraums 60 bis 70% des Kolbendurchmessers beträgt.

Zwar ist es durch die deutsche Patentschrift 840 780 bekannt, zur Verringerung von Detonationserscheinungen dem einströmenden Gemisch eine Wirbelbewegung um eine in Zylinderlängsrichtung verlaufende Achse zu erteilen, doch legt diese allgemein gehaltende Anweisung die speziellen Maßnahmen der vorliegenden Erfindung, die zu dem überraschenden Fortschritt einer Verschiebung der Klopfgrenze um zwei Kompressionseinheiten führt, nicht nahe. Das gleiche gilt für die britische Patentschrift 604 997, die lehrt, wie man durch eine komplizierte Ausbildung des zum Teil im Zylinderkopf und zum Teil im Kolben liegenden Brennraumes eine bestimmte Art von Wirbel erzielen kann.

Die klopfhindernde Wirkung des Wirbels bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Maschine kann man sich so erklären, daß die nach der Zündung noch nicht von der Flammenfront erreichten »Klopfnester«, in denen das Gemisch bis nahe an die Selbstzündungsgrenze verdichtet und damit erhitzt wird, durch die Wirbelung fortgerissen werden, ehe es zum Selbstzünden kommt. Um diesen Effekt in einem beachtlichen Umfang zu erhalten, ist zweierlei notwendig: Der durch eine geeignete Ansaugkanalformgebung, ein Schirmventil od. dgl. erzeugte Wirbel muß kräftig genug sein, und er muß auch im entscheidenden Augenblick, nämlich am Ende des Kompressionshubes, noch in ausreichendem Maße vorhanden sein. Demgemäß wird ein kräftiger Wirbel (mindestens 30 Meter pro Sekunde im stationären Einströmversuch) vorgeschlagen, und es wird weiterhin mit Hilfe der kompakten Kolbenbrennkammer dafür gesorgt, daß der Wirbel am Ende des Kompressionshubes durch das Zusammendrängen in die Kolbenbrennkammer wieder beschleunigt wird. (Die kompakte Kolbenbrennkammer ist im übrigen auch infolge ihrer Kompaktheit an sich klopfhemmend.) Andererseits darf die Wirbelung auch nicht übermäßig groß sein (größer als 45 Meter pro Sekunde), weil dann die Reibungsverluste und die Verluste durch Wärmeabgabe an die Zylinderwand bei der Kompression und bei der Verbrennung zu groß werden.

Ein weiterer Punkt, der Beachtung verdient, ist das Verhältnis des Wirbels zur Zylinderfüllung. Man kann wohl durch entsprechende Einlaßkanalausbildung od. dgl. das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit zur axialen Durchströmgeschwindigkeit über 4,5 wachsen lassen, erhält aber dann ein ungünstiges Verhältnis der Reibungsverluste zur schlechteren Zylinderfüllung. Andererseits ist der Wirbel bei einem Verhältnis unter 3 so schwach, daß er seine klopfhindernde Funktion nur noch in geringem Maße ausüben kann.

Für die Größe des Durchmessers der zylindrisch ausgeführten Kolbenbrennkammer werden 60 bis 70% des Kolbendurchmessers vorgeschrieben. Bei einem Durchmesser von mehr als 70 % wird der Wirbel am Ende des Kompressionshubes nicht wesentlich verstärkt, und bei einem Durchmesser von weniger als 60% wird derjenige Anteil des Kompressionsvolumens, der auf den Spalt zwischen Kolben und Zylinderkopf entfällt, so groß, daß die Gefahr entsteht, daß sich dort Klopfnester bilden, die von dem in den engen Spalt eingequetschten Wirbel nicht mehr fortgerissen werden können.

Die Elektroden der Zündkerze können in an sich bekannter Weise knapp vor der Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinder im Zylinderkopf und gegenüber dem Randbezirk der Kolbenbrennkammer liegen. Dann streicht das vom hochgehenden Kolben nach innen zur Kolbenbrennkammer hin verdrängte, infolge der Zentrifugalkraft an Kraftstoff reiche Gemisch an der Zündkerze vorbei, so daß dort mit Sicherheit die Zündung eingeleitet wird.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Maßstab 1:1 dargestellt.

Auf dem Zylinderblock 1 sitzt unter Zwischenschaltung einer Dichtung 2 der Zylinderkopf block 3. Der Einlaßkanal ist — aus dem gezeichneten Schnitt nicht ersichtlich — derart gekrümmt, daß dem am Einlaßventil 5 einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisch eine Wirbelbewegung um eine Zylinderachse erteilt wird. In der Zeichnung ist die Stellung im Kompressionstotpunkt dargestellt, in dem sich praktisch das gesamte Gemisch in der zylindrischen Kolbenbrennkammer 6 befindet. Mit 7 ist die Zündkerze bezeichnet.

Zur Messung des Wirbels wird der Kolben 8 entfernt und das Ventil 5 auf voller Öffnung (Ventilhub etwa 10 mm) festgestellt. Der Ansaugkanal 4 wird an

eine Druckluftquelle angeschlossen und der Druck so eingestellt, daß zwischen dem Ansaugkanal und dem Zylinderinnern eine Druckdifferenz von 70 mm Quecksilbersäule ergibt. Gemessen wird das durchgesetzte Luftvolumen (woraus sich die axiale Durch-Strömgeschwindigkeit durch den Zylinderquerschnitt errechnen läßt) und — mit Hilfe eines strichpunktiert gezeichneten Anemometers 9 — die Umfangsgeschwindigkeit am Durchmesser 10, der drei Viertel des Zylinderdurchmessers 11 beträgt. (Derartige Meßmethoden sind grundsätzlich bekannt; vgl. zum Beispiel die Zeitschrift »Kraftfahrzeugtechnik«, 6/1961, S. 228 ff.).

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gemischansaugende, mit Zeitpunkt-Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine mit in Zylinderlängsrichtung angeordnetem, nahezu das gesamte Kompressionsvolumen aufnehmendem zylindrischem Kolbenbrennraum, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines besseren Klopfverhaltens dem einströmenden Gemisch eine Wirbelbewegung um eine in Zylinderlängsrichtung verlaufende Achse von einer solchen Größe erteilt ist, die im stationären Einströmversuch in den leeren Zylinder bei einem Druckunterschied von 70 mm Hg zwischen Ansaugkanal und Zylinderinnenraum und bei voll geöffnetem Einlaßventil auf einem Durchmesser von drei Viertel des Zylinderdurchmessers eine Umfangsgeschwindigkeit von 30 bis 45 m/Sck. ergibt, daß das Verhältnis dieser Umfangsgeschwindigkeit zur axialen Durchströmgeschwindigkeit im Zylinder zwischen 3 und' 4 liegt uiul daß der Durchmesser des Kolbenbrennraums 60 bis 70% des Kolbendurchmessers beträgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen