DE1967089C3 - Viertaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Bei einer der Gattung des Patentanspruches 1 entsprechenden, in der GB-PS 10 81 692 beschriebenen Brennkraftmaschine sind im Kolbenboden vier paarweise diametral gegenüberliegende Rinnen vorgesehen, die vom äußeren Umfang des Kolbenbodens mit einer verhältnismäßig großen Breite, aber zunächst vernachlässigbar kleinen Tiefe ausgehen, deren Tiefe aber nach dem axialen Kolbenbrennraum hin bei stetig abnehmender Rinnenbreite stetig zunimmt Wenn solche am Kolbenboden selbst vorgesehenen Maßnahmen zur Drallerzeugung auch den Vorteil mit sich bringen, daß die Einströmungskanäle für das Gemisch bzw. bei Direkteinspritzung des Kraftstoffes für die Verbrennungsluft ohne Spiralform im Sinne einer möglichst verlustfreien Zuführung des Gemisches bzw. der Verbrennungsluft und damit im Sinne einer auch bei schnellaufenden Ottomotoren optimalen Füllung des Arbeitszylinders gestaltet werden können, so bleibt doch noch ungünstig, daß die Rinnen einen nennenswerten Anteil des Verdichtungsvolumens bilden und damit eine entsprechende Verkleinerung des eigentlichen Kolbenbrennraumes bedingen, und daß solche Rinnen während des Verdichtungshubes erst verhältnismäßig kurz vor dem Erreichen des Verdichtungstotpunktes wirksam werden können, nachdem während des vorhergehenden Anteiles des Verdichtungshubes bereits ein wesentlicher Anteil des Gemisches bzw. der Verbrennungsluft ohne einen wirksamen Drallantrieb in den Kolbenbrennraum einströmte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der Gattung des Patentanspruches 1 entsprechende Brennkraftmaschine so zu vervollkommnen, daß trotz Verzicht auf drallerzeugende Maßnahmen in den Einströmungskanälen des Zylinderkopfes und trotz einer möglichst weitgehenden Aufnahme des gesamten Verdichtungsvolumens im Kolbenbrennraum eine wirksamere Dralleinströmung in den Kolbenbrennraum erreicht wird.

Die gestellte Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 wiedergegebene Maßnahme gelöst

ίο Die beiden vorgeschlagenen Quetschräume werden während des Verdichtungshubes schon verhältnismäßig weit vor dem Verdichtungstotpunkt des Kolbens von den Absetzungen des Zylinderkopfes übersteuert wonach für das in den beiden Quetschräumen eingeschlossene Gemisch nur noch ein Weg durch die beiden Rinnen in den Kolbenbrennraum verbleibt Dabei ist es durch diese Gestaltung zugleich möglich, die Rinnen zugunsten entsprechend großer Quetschräume verhältnismäßig kurz zu gestalten, was noch den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß die Rinnen einen nur recht kleinen Anteil des Verdichtungsvolumens einnehmen und der zylindrische Kolbenbrennraum selbst entsprechend groß gestaltet werden kann.

Durch die US-PS 21 72 170 ist es bei Dieselmotoren

mit direkter Einspritzung des Kraftstoffes zwar bereits bekannt, entlang dem Außenumfang des Kolbenbodens eine ringförmige Ausnehmung einer bis zum Boden des Kolbenbrennraumes reichenden Tiefe und am Zylinderkopf eine diese Ausnehmung bei der oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens ausfüllende Absetzung vorzusehen, während vom Grunde der ringförmigen Ausnehmung entlang dem Kolbenumfang verteilt drei Kanäle jeweils tangential an den Kolbenbrennraum heranführen. Indessen nimmt der vom Brennraumboden zylindrisch nach oben verlaufende eigentliche Kolbenbrennraum nur einen kleinen Bruchteil des Verdichtungsvolumens auf, weil er über mehr als seine halbe axiale Länge stufenweise bis nahe an den Außendurchmesser des innerhalb der ringförmigen Ausnehmung verbliebenen Teiles des Kolbenbodens erweitert ist. Da dem Gegenstand der US-PS 21 72 170 im übrigen die Aufgabe zugrunde liegt, den in den eigentlichen Kolbenbrennraum eingespritzten Kraftstoff nach Möglichkeit vor einer unmittelbaren Berührung der verhältnismäßig kühlen Wände des eigentlichen Kolbenbrennraumes zu bewahren, sind die vorgenannten Kanäle nach dem eigentlichen Kolbenbrennraum hin stark konisch verjüngt und bilden damit eine Art von Düsen, durch welche die von der äußeren Ausnehmung in den Kolbenbrennraum hinein verdrängte Verbrennungsluft mit großer Intensität in den Kolbenbrennraum drallförmig einströmt. Abgesehen davon, daß die intensive Drailwirkung nahezu nur dem im Verhältnis zum gesamten Verdichtungsvolumen kleinen zentralen zylindrischen Kolbenbrennraum zugute kommen kann, konnte auch die sonstige vorgenannte Gestaltung des Kolbenbodens und des Zylinderkopfes keine Anregung zu der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Ausbildung zweier Quetschräume nebst tangentialer Rinnen im Sinne der Erzeugung einer intensiven Drallströmung der gesamten Verbrennungsluft bzw. des gesamten Gemisches und damit zugleich einer weitestmöglichen Kleinhaltung des über den eigentlichen zylindrischen Kolbenbrennraum hinausgehenden Verdichtungsvolumens geben. Die vorgenannte, gegenüber der nunmehrigen Erfindung auch konstruktiv aufwendigere Konstruktion konnte damit die nunmehrige Erfindung nicht nahelegen.

Zwei Ausgestaltungen der Erfindung, die eine vorteilhafte Ausnutzung der erzeugten Drallströmung für eine vollständige Verbrennung direkt in den Kolbenbrennraum eingespritzten Kraftstoffes zum: Gegenstand haben, sind in den Unteransprüchen s gekennzeichnet

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäBe Brennkraftmaschine in einem schematisch gehaltenen axialen Teilschnitt nach ι ο der Linie 1-1 der F i g. 2,

Fig.2 den Arbeitskolben der Brennkraftmaschine gemäß F i g. 1 in einer Draufsicht

Die dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Arbeitszylinder 1 und einen darin in üblicher Weise hin- und hergehend beweglichen Arbeitskolben 2 sowie einen Zylinderkopf 3 auf, in dem eine Einspritzdüse 4 und eine Zündkerze 5 angeordnet sind.

Der Arbeitskolben 2 weist einen «ixialen, im wesentlichen zylindrischen Kolbenbrennraum 6 auf, während der Kolbenboden 7 mit Abstand beiderseits des Kolbenbrennraumes 6 bis auf etwa dessen halbe Tiefe abgesetzt ist, so daß in den beiden gegenüberliegenden Randbereichen des Kolbenbodens je ein Quetschraum 8 bzw. 8a gebildet wird. Der Zylinderkopf 3 ist in gleicher Weise nach dem Zylinderraum hin abgesetzt und bildet demgemäß zwei gegenüberliegende Stufen 9 und 9a, die die Quetschräume 8 und 8a bei der oberen Totpunktlage des Kolbens 2 praktisch ausfüllen. Die Höhe 10 der Stufen 9 und 9a — und damit zugleich der Absetzungen des Kolbenbodens 7 — entspricht etwa der Tiefe zweier im Querschnitt gleichmäßig rechteckiger Rinnen 11 und 11a, die von den Quetschräumen 8 bzw. 8a aus in gleichem Drehsinn tangential in den Kolbenbrennraum 6 hineinführen. Dabei ergeben sich zwischen den Quetschräumen 8 und 8a und dem Kolbenbrennraum 6 nur kurze Rinnen, was gegenüber den bekannten Rinnen zugleich zu einer vorteilhafteren Verkleinerung des über den eigentlichen Kolbenbrennraum hinausgehenden Verdichtungsvolumens führt.

Wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist im

Bereich der einen Rinnenausmündung 12 die Einspritzdüse 4 und vor der anderer. Rinnenausmündung 12a die Zündkerze 5, und zwar entgegen der Emströmungsrichtung aus der Rinne 11a vor der Rkinenausmündung 12a angeordnet Die Einspritzdüse 4 ist als Zweilochdüse ausgebildet, von der der eine Einspritzstrahl 13 im wesentlichen in Drallrichtung der in den Kolbenbrennraum 6 einströmenden Quetschströmung und der andere Einspritzstrahl 14 im wesentlichen dieser Drallrichtung entgegengerichtet ist Der Einspritzstrahl 13 ist zugleich in den Bereich der Zündkerze 5 gerichtet, und zwar an eine Stelle der Seitenwandung des Kolbenbrennraumes 6, von der aus der Kraftstoff bzw. das durch diesen erzeugte Gemisch durch die DraJlströmung nach der Zündkerze 5 hin mitgerissen wird.

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine wird am Ende des Verdichtungshubes in den beiden Quetschräumen 8 und 8a eine Quetschströmung erzeugt, die über die Rinnen 11 und (la tangential in den Kolbenbrennraum 6 einströmt und dadurch den gewünschten Drall hervorruft Dabei ergibt sich durch die beschriebene Höhe der Quetschräume 8 und 8a ein beträchtlicher Anteil des Verdichtungsvolumens, der schon verhältnismäßig weit vor Erreichen des Verdichtungstotpunktes des Arbeitskolbens 2 durch die Rinnen 11 und 11a in den Kolbenbrennraum 6 hinein verdrängt wird.

Damit der mit der beschriebenen Brennkraftmaschine erzeugte Kompressionsdrall womöglich schon zum Zeitpunkt oder unmittelbar nach der Zündung zur Verfügung steht, ist es möglich, die beschriebene Brennkraftmaschine mit einem etwas späteren Zündzeitpunkt zu betreiben, als es bei heutigen fremdgezündeten Brennkraftmaschinen üblich ist

Während das Ausführungsbeispiel eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffes beschreibt, ist die im Patentanspruch 1 vorgeschlagene Erfindung doch nicht an eine solche Einspritzung gebunden und vielmehr mit gleichen Vorteilen auch bei Brennkraftmaschinen mit Gemischansaugung anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Viertaktbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und einem im wesentlichen kreiszylindrischen Kolbenbrennraum, deren Arbeitskolben in seinem Kolbenboden an diametral gegenüberliegenden Randstellen zwei gleichsinnig tangential in den Kolbenbrennraum einmündende Rinnen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (7) mit Abstand beiderseits des Kolbenbrennraumes (6) bis auf etwa dessen halbe Tiefe und der Zylinderkopf (3) in gleicher Weise in den Zylinderraum hinein abgesetzt ist und von jedem der dadurch gebildeten beiden äußeren Quetschräume (8 und 8a) eine der beiden Rinnen (11 und Ua) in den Kolbenbrennraum (6) hineinführt

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrer an sich bekannten Ausbildung mit Fremdzündung und direkter Einspritzung des Kraftstoffes in den Kolbenbrennraum (6) eine Einspritzdüse (4) im Bereich der einen Rinneneinmündung (12) und eine Zündkerze (S) entgegen der Strömungsrichtung im Kolbenbrennraum vor der anderen Rinneneinmündung (12a) angeordnet ist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß bei einer an sich bekannten Ausbildung der Einspritzdüse (4) als Zweilochdüse ein Einspritzstrahl (13) im wesentlichen in Drallrichtung in den Bereich der Zündkerze (5) und der andere (14) im wesentlichen entgegen der Drallrichtung gerichtet ist