DE1804826C3 - Gemischverdichtende ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit Dralleinströmung und Fremdzündung - Google Patents

Description

in einer Draufsicht.

Die dargestellte Brennkraftmaschine ist als Reihenmotor ausgebildet, dessen Längsachse 1 aus F i g. 2 ersichtlich ist. In jedem Arbeitszylinder 2 der Maschine ist ein in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise hin- und hergehend angetriebener Arbeitskolben 3 angeordnet und der Zylinder ist durch einen üblichen Zylinderkopf 4 abgedeckt, in dem sich ein ventilgesteuerter Einlaßkanal 5 und ein ventilgesteuerter Auslaßkanal 6 befinden. Wie ersichtlich, ragen die Ventilteller 7 und 8 des Ein- und Auslaßventils etwas über den Kolbenquerschnitt hinaus.

Die Brennkraftmaschine ist als gemischansaugende Maschine ausgelegt, wobei das Gemisch in bekannter, nicht besonders dargestellter Weise entweder über einen oder mehrere Vergaser oder über eine Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr oder allenfalls auch noch in den Arbeitszylinder während des Ansaughubes des Arbeitskolbens erzeugt wird. Der Einlußkanal 5 ist in bekannter Weise als Drallkanal ausgebildet, durch den dem in den Arbeitszylinder 2 einströmenden Gemisch eine Drallbewegung in Richtung des Pfeiles 9 der F i g. 1 und der Pfeile 10a, 106 und lOeder Fig. 2 erteilt wird.

Der Arbeitskolben 3 ist entlang dem Außenumfang seines Bodens 11 und zugleich im Bereich seines Feuersteges 12 im Sinne der Bildung eines Ringbrennraumes 13 abgesetzt. Außerdem weist der Arbeitskolben 3 noch eine axiale Kolbenmulde 14 auf, die vom Ringbrennraum 13 durch eine ringförmige Kolbenkrone 15 getrennt ist.

An den Stellen der über den Kolbenquerschnitt hinausragenden Ventilteller 7 und 8 ist der Ringbrennraum 13 radial außen durch zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 16a und 166 des Arbeitszylinders 2 erweitert, und die beiden Ausnehmungen 16a und 166 sind über radial schmalere Ausnehmungsteile 17a und 17b des Arbeitszylinders 2 zu einem gegenüber der Zylinderbohrung nach außen abgesetzten und in der OT-Stellung des Arbeitskolbens 3 an dessen Ringbrennraum 13 außen anschließenden elliptischen Ringraum vereinigt.

Die in Richtung der beiden Ausnehmungen 16a und 166 verlaufende Axialebene 18 des Arbeitszylinders 2 ist zugleich eine Querebene des Reihenmotors, dessen Zylinderreihe in der Regel aus einem entsprechenden üblichen Zylinderblock besteht. Im übrigen weist die Brennkraftmaschine je Arbeitszylinder 2 zwei Zündkerzen 19a und 196 auf, die diametral zur Zylinderachse 20 (Fig. 1) gegenüberliegend und in einer Axialebene 21 angeordnet sind, die aus der die beiden Ausnehmungen 16a, 166 aufnehmenden Axialebene 18 um einen Winkel α von etwa 38° entgegen der Drallrichtung des einströmenden Gemisches versetzt ist. Dabei sind die beiden Zündkerzen 19a und 196 im Zylinderkopf 4 an radial äußeren Ste'len der genannten Ausnehmungen angeordnet.

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine strömt das Gemisch durch den Einlaßkanal 5 in Richtung des Pfeiles 9 und in den Arbeitszylinder 2 als in Richtung der Pfeile 10a, 106 und 10c rotierende Drallströmung ein. Durch die Rotation entsteht eine gewisse Entmischung des Gemisches, wonach sich ein reicher, zündwilliger Gemischanttii in Zylinderwandnähe und ein magerer Gemischanteil im axialen Bereich des Zylinders befindet. Während des anschließenden Verdichtungshubes bewirkt die ringförmige Kolbenkrone 15 ein zunehmendes Trennen der beiden Gemischanteile, von denen sich im Bereich der in Fig. 1 dargestellten OT-Lage des Arbeitskolbens 3 der magere Gemischanteil in der Kolbenmulde 14 und der reiche, zündwillige Gemischanteil im Ringbrennraum 13 befindet, der nunmehr durch die Ausnehmungen 16a, 166 und 17a, 176 des Arbeitszylinders 2 zu einem elliptischen Ringbrennraum vergrößert ist. Der kreisenden Drallbewegung des reichen Gemisches ist am Ende des Verdichtungshubes des Arbeitskolbens 3 noch eine radial auswärts gerichtete Quetschströmung überlagert, die in Fig. 1 durch Pfeile 22 angedeutet ist. Das im erweiterten Ringbrennraum kreisende reiche Gemisch erfährt durch die in den Bereichen der Zündkerzen 19a und 196 erfolgende Querschnittserweiterung jeweils eine Verzögerung, die zu einer dortigen Kraftstoffausfällung und entsprechenden Gemischanreicherung führt. Es ist deshalb möglich, den durchschnittlichen Kraftstoffanteil des im erweiterten Ringbrennraum strömenden Gemisches magerer einzustellen, als es für die zuverlässige Zündung an den Zündkerzen 19a und 196 erforderlich ist.

Nach der Zündung bildet sich im erweiterten Ringbrennraum eine intensive Ringflamme aus, die nicht nur der Selbstzündung entgegenwirkt, sondern auch für ein wirksames Abbrennen des an die Zylinderwandung gelangten Kraftstoffilms sorgt. Es wird dementsprechend eine sehr vollkommene Verbrennung des Kraftstoffs, ein geringer Kraftstoffverbrauch und eine günstige Entgiftung der Abgase erzielt.

Bei einer Kolbenlage von etwa 10 bis 20° nach OT wird der Ringflamme der magere Gemischanteil aus der Kolbenmulde 14 dargeboten, der nunmehr aufgrund der beträchtlich angestiegenen Temperatur ebenfalls vollständig verbrennt. Die Abgase verlassen den Arbeitszylinder 2 am Ende des Expansionshubes (bei geöffnetem Auslaßventil) in Richtung des Pfeiles 23 der F i g. 1.

Der Winkel zwischen der die beiden Zündkerzen 19a und 196 aufnehmenden Axialebene und der quer zum Reihenmotor verlaufenden Axialebene 18 könnte statt bei 38° auch in einem Winkelbereich zwischen etwa 35 bis 40° liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gemischverdichtende ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit Dralleinströmung und Fremdzündung des Gemisches, deren Arbeitskolben eine axiale Kolbenmulde und am Außenumfang seines Bodens etwa diametral gegenüberliegend jeweils unter einem im Zylinderkopf angeordneten Ventil zwei weitere, nach seinem Feuersteg hin abgesetzte Brennräume aufweist, die radial zum Kolben außen an den Stellen über den Kolbenquerschnitt hinausragender Ventiltellerteile der beiden Ventile durch zwei gegenüberliegende Ausnehmungen des Arbeitszylinders erweitert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Brennräume des Arbeitskolbens (3) in dessen Umfangsrkhtung zu einem Ringbrennraum (13) erweitert und die beiden gegenüberliegenden Ausnehmungen (16a und \6b) des Arbeitszylinders (2) in dessen Umfangsrichtung zo über radial schmalere Ausnehmungsteile (17a und 17 b) zu einem gegenüber der Zylinderbohrung nach außen abgesetzten und in der OT-Stellung des Arbeitskolbens (3) an dessen Ringbrennraum (13) außen anschließenden elliptischen Ringraum (16a, 17a, 166, i7b) vereinigt und je Arbeitszylinder (2) zwei Zündkerzen (19a und \9b) vorgesehen sind, die diametral zur Zylinderachse (20) gegenüberliegend und in einer Axialebene (21) angeordnet sind, die aus der die beiden Ausnehmungen (16a und 166,) aufnehmenden Axialebene (18) um etwa 35 bis 45° entgegen der Drallrichtung des einströmenden Gemisches versetzt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zündkerzen (19a und \9b) im Zylinderkopf (4) an radial äußeren Stellen der Ausnehmungen (16a und ifsb) angeordnet sind.

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Die bisher verbreitete Ansicht, daß das kraftstoff reiche Gemisch sich bei der Gattung des Patentanspruchs 1 entsprechenden, beispielsweise in der DT-AS 66 564 beschriebenen Brennkraftmaschinen nach der Dralleinströmung in der Mitte des Brennraumes befinden und dort verbrennen würde, hat sich bei näheren Untersuchungen nicht bestätigt. Hochfrequenzfilmaufnahmen von Verbrennungsvorgängen zeigten vielmehr deutlich, daß nach einer gewissen Aufbereitungszeit im äußeren Umfangsbereich des Brennraumes ein fettes und in dessen Mitte ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch vorhanden ist. Die durch die Brennraumform, Zündkerzenanlage, den Verdichtungsdruck, die Temperatur und die Quetschströmungen zwar beeinflußbare Verbrennung läuft infolge der Drallströmung doch sehr geordnet ab. Das Verweilen des fetten Gemisches im äußeren Umfangsbereich des Brennraumes dürfte wohl damit zu erklären sein, daß das Gemisch zunächst noch nicht verdampfte Kraft-Stoffanteile aufweist, die während der Dralleinströmung durch die an ihnen wirksame Zentrifugalkraft nach außen geschleudert werden.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die vorgenannte Erkenntnis zu einer solchen Brennraumgestaltung und Verbrennungsanordnung der vorgenannten bekannten Brennkraftmaschine auszunutzen, daß sich eine besonders günstige, insbesondere klopf- und klingelfreie Verbrennung und ein geringer Kraftstoffverbrauch mit entsprechend vollkommener Verbrennung und entsprechend entgifteten Abgasen ergibt.

Die gestellte Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 wiedergegebene Lehre gelöst. Durch eine solche Verbrennungsanordnung ergibt sich im Ringbrennraum nicht nur eine intensive Ringflamme, die einer Selbstzündung mit Klopf- oder Klingelerscheinungen entgegenwirkt, sondern durch die Schaffung eines veränderlichen Querschnittes des durch den elliptischen Ringraum des Arbeitszylinders erweiterten Ringbrennraumes wird ein Geschwindigkeitswechsel der Drallströmung erzielt, der in den Gebieten einer jeweiligen Querschniltserweiterung zu einer Strömungsverzögerung und damit zu einer dortigen Gemischanreicherung führt, wo außerdem zugleich die Zündkerzen angeordnet sind, die damit selbst bei einer mageren Einstellung des Gesamtgemisches eine zuverlässige Zündung gewährleisten. Diese Zündung führt dann im erweiterten Ringbrennraum zu einer intensiven Ringflamme, die nicht nur der Selbstzündung entgegenwirkt, sondern auch für ein wirksames Abbrennen des an die .Zylinderwandung gelangten Kraftstoffilms sorgt. Dementsprechend wird eine sehr vollkommene Verbrennung des Kraftstoffs, ein geringer Kraftstoffverbrauch und eine günstige Entgiftung der Abgase erzielt. Bei ein^r Kolbenlage von etwa 10 bis 20° nach OT wird der Ringflamme der magere Gemischanteil aus der Kolbenmulde dargeboten, der nunmehr aufgrund der beträchtlich angestiegenen Temperatur ebenfalls vollständig verbrennt, womit zugleich eine besonders wirksame Schichtladung erreicht worden ist, die bekanntlich der Erzielung besonders günstiger Krafistoffverbräuche dient.

Durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 wiedergegebene Lehre wird weiterhin der Erkenntnis Rechnung getragen, daß bei einer Dralleinströmung niehl verdampfte Kraftstoffanteile nach außen zentrifugieren, womit weiterhin sichergestellt wird, daß sich an den Zündkerzen auch bei einer sehr mageren Einstellung des Gesamtgemisches noch ein hinreichend zündfähiges Gemisch ergibt.

Durch die US-PS 16 91 182 ist zwar bereits eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit Fremdzündung des Kraftstoff-Luftgemisches bekannt, bei der der Arbeitszylinder an der Stelle des Verdichtungsraumes gegenüber der Zylinderbohrung ringförmig nach außen erweitert ist und dem Gemisch vor der Zündung eine entlang diesem erweiterten Ringraum rotierende Bewegung erteilt wird. Abgesehen davon, daß es sich um eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer gerichteten Kraftstoffeinspritzung handelt, durch welche erst ein Drall des Gemisches in dem trotz einer axialen Hochwölbung des Kolbenbodens im wesentlichen kreisscheibenförmigen Verdichtungsraum erzeugt wird, offenbart diese Vorveröffentlichung auch nichts über einen Gedanken, die Zündung des Gemisches in einem Verzögerungsbereich der Ringströmung des; Gemisches vorzunehmen, weshalb dieser Stand der Technik die nunmehrige Erfindung nicht nahelegen konnte.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem die Brennraumanordnung veranschaulichenden axialen Teiliängsschniü eines Arbeitszylinder«,

F i g. 2 den Arbeitskolben mit axialem Brennraum und Ringbrennraurn der Brennkraftmaschine gemäß F i g. 1