DE2415015A1

DE2415015A1 - Gemischverdichtende viertakt-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2415015A1
Application number: DE2415015A
Authority: DE
Inventors: Robert Happel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1975-10-16

Description

Gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine, bei der das Einlaßventil und das Auslaßventil V-förmig hängend im Zylinderkopf angeordnet sind, der Kolben mit einem im wesentlichen dachförmigen Kolbenboden versehen ist und zur Erzielung einer Ladungsschichtung ein im Bereich des Einlasses liegender Brennraumteil zur Aufnahme armen Gemisches und mit diesem verbunden ein Brennraumteil zur Aufnahme reichen Gemisches vorgesehen sind.
Bei bekannten Maschinen dieser Bauart (OS 2 039 462) ist eine als Rotationskörper ausgebildete Nebenbrennkammer gleichachsig zum Ventil zwischen dessen Ventilteller und dem Hauptbrennraum angeordnet. Durch einen Einlaß mit großem Querschnitt strömt armes Gemisch in den Hauptbrennraum, während reiches Gemisch in den mit diesem in Verbindung stehenden Nebenbrennraum einströmt. Die Zündkerze ist im Nebenbrennraum angeordnet. Durch entsprechende Steuerung der Öffnungszeiten der beiden Einlaßventile kann die Zusammensetzung der Gesamtladung reguliert werden. In einem anderen Beispiel derselben OS sind, abgesehen vom bonötigten NebenbrennrauR,drei Einlaßventile notwendig um die Gesamtladung regulieren zu können - ein Aufwand, welcher bei einer Mehrzylinderanordnung räumlich kaum unterbringbar und kostenmäßig sehr teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und - ohne separaten Nebenbrennraum und sonstigem konstruktiven Aufwand - durch Ladungeschichtung und Stufenverbrennung die Emissionswerte im Abgas niedrig und umweltfreundlich zu halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß beide Brennraumteile allein von dem Kolbenboden, den Ventiltellern und angrenzenden Wandungen des Zylinderkopfes gebildet sind und der Brennraumteil zur Aufnahme reichen Gemisches, im Bereich des Auslaßventiles angeordnet, eine muldenartige Vertiefung im Kolbenboden umfaßt, der im oberen Totpunkt des Kolbens durch einen engen Spalt zwischen der oberen Kante des Kolbens und dem Zylinderkopf mit dem anderen Brennraumteil verbunden ist und in den durch ein am Zylinder angeordnetes Einspritzventil Kraftstoff eingespritzt wird.
Das in den Zylinder durch den Einlaß einströmende arme Gemisch erzeugt in der muldenartigen Vertiefung des Kolbens einen starken Strömungswirbel, welcher auch während des Kompressionshubes erhalten bleibt. Gleichsinnig in diesen Wirbel wird in der Nähe des unteren Totpunktes Kraftstoff eingespritzt. Gegen Ende des Kompressionshubes bildet sich durch den engen Spalt zwischen der oberen Kante des Kolbens und dem Zylinderkopf eine zeitlich begrenzte, mit dem Wirbel in der muldenartigen Vertiefung gleichgerichtete Strömung aus, welche denselben zunehnend verstärkt Der eingespritzte Kraftstoff wird durch diese Strömungsverhältnisse gebunden und kann sich im wesentlichen nicht mit dem armen Gemischanteil vermengen.
Ferner kann die muldenartige Vertiefung die obere Kante des dachförmigen Kolbens hinterschneiden.
Außerdem kann das Einspritzventil derart am Zylinder angeordnet sein, daß der Kraftstoff in Richtung gegen den hinterschnittenen Teil der muldenartigen Vertiefung abspritzt. Dies unterstützt die Wirbelbildung in der vorgenannten Vertiefung.
Darüber hinaus kann der Brennraumteil im Bereich des Einlaßventiles in einem Querschnitt durch die Brennkraftmaschine gesehen zum Zeitpunkt der Zündung dreieckförmig ausgebildet sein.
Ein großer Teil des armen Gemisches wird dadurch in einer möglichst großen Entfernung von dem engen Spalt zwischen der oberen Kante des olbens und dem Zylinderkopf lokalisiert.
Dieses Gemisch soll nach der Zündung durch die fortschreitende Flamienfront zeitlich später erreicht werden. Dies bringt den Vorteil, daß das reiche Gemisch in engem Raum bei hohem Druck und Sauerstoffmangel verbrennt. Dabei wird eine Stickoxydbildung unterdrückt. Erst im weiteren Verlauf greift die Flammenfront auf den Brennraumteil im Bereich des Einlasses über. Die nun einsetzende zweite Verbrennungsstufe erfolgt mit hohem Luftüberschuß bei niedrigerer Temperatur, wodurch die NOx - Bildung unterdrückt wird. Umweltfeindliche Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde werden beim o.a. Verbrennungsablauf im weitesten Sinne vermieden.
Des weiteren kann zur Erzeugung eines armen Gemisches am Einlaß ein Einspritzventil angeordnet sein. Der Einlaß kann aber auch mit einem Vergaser bekannter Bauart verbunden sein.
Schließlich können die Ventilteller der Ventile mit nach den Brnnrauateilen offenen, halbkugeligen Ausnehmungen versehen sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf einer Viertakt-Brennkraftmaschine und Fig. 2 einen Grundriß des Kolbens.
Die in der Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine besteht aus einen, Zylinder 1 mit einer Einspritzvorrichtung 2, aus einem Zylinderkopf 3 mit einer Zündkerze 4, einem Ein- und einem Auslaßventil 5 und 6, die hängend und in V-Form angeordnet sind und von Nockenwellen 7 und 8 über Kipphebel 9 und 10 gegen die Virkung der Federn 11 und 12 betätigt werden.
Die Ein- und Aulaßventile 5 und 6 können auch von nur einer einzigen Nockenwelle über Kipphebel betätigt werden. Die Zündkerze 4 wird in diesem Falle von der Seite in den Brnnraumteil führend, untergebracht.
Die Ventilteller 13 und 14 weisen Je eine halbkugelförmige Ausnennung 15 und 16 auf. Der Kolben 17 hat einen dachförmigen Kolbenboden 18. Die obere Kante 19 des Kolbens 17 unterteilt den Brennraum in in der oberen Totpunktlage die beiden Brennraumteile 20 und 21.
Vie in Fig. 2 zu ersehen ist, weist der Kolben 17 auf der einen Kolbenbodenseite 22 eine muldenartige Vertiefung 23 mit einen hinterschnittenen Teil 24 auf Die Vertiefung 23 erstreckt sich bis in den Bereich der Zündkerze 4. Aus strömungstechnischen Gründen kann die Vertiefung 23 zum Einspritzventil 2 such symmetrisch ausgeformt sein.
Durch die andere Kolbenbodenseite 2S, dem Ventil teller 13 und di. angrenzenden Wandungen des Zylinderkopfes 3, wird in B-reich des Einlaßventiles 5 zum Zeitpunkt der Zündung, im Querschnitt durch die Brennkraftmaschine gesehen, ein dreieckförmiger Brennraumteil 21 für des arme Gemisch gebildet. Im Einlaß 26 ist ein weiteres Einspritzventil 27 untergebracht, welches der angesaugten reinen Luft den mengenmäßigen Anteil an Kraftstoff zur Bildung des armen Gemisches zusetzt.
Während des Ansaughubes strömt das arme Gemisch durch den Einlaß 26 mit hoher Geschwindigkeit in den Zylinder 1. Die sich bildenden Wirbel bleiben auch während des Kompessionshubs teilweise erhalten. Insbeioxidere durch die strömungsbegünstigende Vertiefung 23 und durch eine gleichsinnige Kraftstoffeinspritzung in der Nähe des unteren Totpunktes in diesen Wirbel, bleibt das angereicherte Gemisch in dem sich bildenden Brennraumteil 20. Der Zündkerze 4 steht also zum Zeitpunkt der Zündung stets ein zündfähiges Gemisch zur Verfügung.
Nach der Zündung gelangt die Flammenfront durch den engen Spalt 28 auch in den anderen Brennraumteil 21. Der hohe Luftüberschuß des armen Gemisches in diesem Brennraumteil führt zu einer guten Verbrennung des Kraftstoffes, so daß durch den Auslaß 29 ein Abgas ausgestoßen wird, das praktisch frei von giftigen und schädlichen Stoffen ist.

Claims

Ansprüche

1. Gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmachine, bei der das Einlaßventil und das Auslaßventil V-förmig hängend in Zylinderkopf angeordnet sind, der Kolben mit einem im w@sentlichen dachförmigen Kolbenboden versehen ist und zur Erzielung einer Ladungsschichtung ein in Bereich des Einlasses liegender Brennraumteil zur Aufnahme armen Gemisches und mit diesem verbunden ein Brennraumteil zur Aufnahme reichen Gemisches vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Brennraumteile (20 und 21) allein vom Kolbenboden (18), den Ventiltellern (13 und 14) und den angrenzenden Wandungen des Zylinderkopfes (3) gebildet sind und der Brennraumteil (20) zur Aufnahme des reichen Gemisches, im Bereich des Auslaßventiles (6) angeordnet, eine muldenartige Vertiefung (23) im Kolbenboden (18).umfaßt, der im oberen Totpunkt des Kolbens (17) durch einen engen Spalt (28) zwischen der oberen Kante (19) des Kolbens (17) und dem Zylinderkopf (3) mit dem anderen Brennraumteil (21) verbunden ist und in den durch ein am Zylinder (1) angeordnetes Einspritzventil (2) Kraftstoff eingespritz wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die muldenartige Vertiefung (23) die obere Kante (19) des dachförmigen Kolbens (17) hinterschneidet.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (2) derart an Zylinder (t) angeordnet ist, daß der Kraftstoff in Richtung gegen den hinterschnittenen Teil (24) der muldenartigen Vertiefung (23) abspritzA 4.

Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumteil (21) im Bereich des Einlaßventiles (5) in einem Querschnitt durch die Brennkraftmaschine gesehen zum Zeitpunkt der Zündung dreieckförmig ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines armen Gemisches am Einlaß (26) ein Einspritzventil (27) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteller (13, 14) der Ventile (5, 6) sit nach den Brennraumteilen (20, 21) offenen halbkugeligen Ausnehmungen (15, 16) versehen sind.