DE2452450B2 - Brennkraftmaschine mit einem außerhalb des Zylinders angeordneten Verbrennungsraum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem außerhalb des Zylinders angeordneten Verbrennungsraum von kugellager Form, in welchem die Verbrennung praktisch vollständig stattfindet, und einer in den Verbrennungsetwa tangential einmündenden Verbindungsleitung zwischen Zylinder und Verbrennungsraum, in dessen mittlerem Bereich außerhalb des von der Verbindungsleitung unmittelbar bestrichenen Bereichs

■ des Verbrennungsraums sich ein in der Verbrennungsraumwandung bezüglich des Verbrennungsraums diametral verankertes Element erstreckt, wobei eine Zündkerze in einer solchen Lage in die Verbrennungsraumwandurig eingeschraubt ist, daß ihre stromführen- de Elektrode in Richtung auf die Mitte des Verbrennungsraums weist (US-PS 36 51 638).

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer derartigen Ausbildung einer Brennkraftmaschine einen klar definierten Bereich beruhigten Strömungsverhaltens in der

■ hier für die Aufnahme der Funkenstrecke bestimmten Vefbrennungsraummitte zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die stromführende Elektrode so an einen Bereich der Oberfläche des als Masseelektrode dienenüen im > wesentlichen zylindrisch stabförmig ausgebildeten, diametral durch den Verbrennungsraum verlaufenden Elements heranreicht, daß die Funkenstrecke zwischen den Elektroden in der Mitte des Verbrennungsraums gebildet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen einer solchen Ausführungsform betreffen die Maßnahme, daß das genannte Element an seinem Mittelteil in der Nähe der stromführenden Elektrode eine Verjüngung aufweist, ferner daß der Querschnitt der Verbindungsleitung die ' Form einer geradlinigen bzw. einer gekrümmten Nut aufweist Außerdem kann in vorteilhafter Weise im Zündzeitpunkt die Verbindungsleitung vom Kolben im Zylinder praktisch völlig verschlossen sein. Außerdem kann vorgesehen werden, daß das genannte Element die Oberfläche bildet, auf welcher der Kraftstoff aufgespritzt wird.

Zum Einstellen des Elektrodenabstandes in einer Brennkraftmaschine mit mindestens den im Hauptanspruch umrissenen Merkmalen kann in vorteilhafter Weise so vorgegangen werden, daß t,^:ae Gegenmutter auf die Zündkerze geschraubt wird, daß die Zündkerze in eine Gewindeöffnung in der Wandung des Verbrennungsraums geschraubt wird, bis die stromführende Elektrode die Oberfläche des Elementes berührt, daß dann die Zündkerze um einen als Elektrodenspalt vorbestimmten Betrag zurückgeschraubt wird, und daß die Gegenmutter anschließend gegen die Wandung des Verbrennungsraums angezogen wird.

Die Erfindung soll anschließend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung dargestellt werden, die folgendes zeigt:

F i g. 1 eine Schnittansicht der wichtigsten Teile einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;

Fig.2A und 2B Querschnitte des Überströmkanals des Motors nach Fig. 1;

Fig.3 das Schnittbild eines Teils des Motors nach F i g. I, mit der Anordnung der ventilgesteuerten Einlaßbzw. Auslaßöffnung;

F i g. 4A, 4B und 4C Ansichten verschiedener Formen der in dem Motor nach F i g. 1 zu verwendenden Masseelektrode;

F i g. 5 einen Teilschnitt, der erkennen läßt, wie der Elektrodenabstand in einem Motor nach F i g. 1 eingestellt wird;

Fig.6 bzw. 7 Schnittbild bzw. Draufsicht auf eine abgeänderte Form der Gegenmutter zur Verwendung beim Einstellen der Zündkerze.

F i g, 1 läßt erkennen, daß der Motor einen Zylinder 1 mit einem darin hin- und hergehenden Kolben 2 aufweist Außerhalb des Zylinders \ ist ein kugelförmiger Verbrennungsraum 3 vorgesehen, der mit dem Zylinder durch einen Überströmkanal 4 verbunden ist Im Zentrum des Verbrennungsraums 3 ist ein Element 5 mit einer Oberfläche vorgesehen, auf die Kraftstoff gespritzt werden kann. Das Element 5 besteht aus elektrisch leitendem Material und stellt die erste Elektrode der zu beschreibenden Kerzenzündungsanlage dar. Verbrennungsraum 3 und Überströmkanal S befinden sich im Zylinderkopf 16 des Motors.

Aus F i g. 3 ist zu entnehmen, daß an dem Zylinder 1 eine Lufteinlaßöffnung 26 vorgesehen ist, die normalerweise durch ein Tellerventil 27 verschlossen ist, sowie eine Auslaßöffnung 28, die normalerweise durch ein Tellerventil 29 verschlossen ist. Die Tellerventile 27 bzw. 29 werden von Ventilfedern 30 in ihre Schließstellung gedrückt und in einem bestimmten zeitlichen Rhythmus, der durch den Funktionszyklus des Viertaktmotors bestimmt ist, von Nocken 31 bzw. 32 geöffnet, die auf einer Nockenweile 33 sitzen, die von der (nicht gezeichneten) Kurbelwelle des Motors angetrieben wird.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse 7 ist vorgesehen, die in den Verbrennungsraum 3 Kraftstoff einspritzt, der dort mit Luft vermischt wird, die in dem Zylinder 1 von dem Kolben 2 komprimiert und durch den Überströmkanal 4 in den Verbrennungsraum 3 gedrückt wurde. Wie F i g. 1 zeigt, verläuft der Überströmkanal 4 tangential zu dem Verbrennungsraum 3, so daß die in den Verbrennungsraum 3 gedrückte Luft verwirbelt wird und eine innige Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft eintritt Vorzugsweise handelt es sich bei der Kraftstoffeinspritzdüse 7 um eine Zweifachdüse, die zwei Kraftstoffströme in den Verbrennungsraum spritzt; sie kann nötigenfalls aber auch anders ausgebildet sein, kann beispielsweise auch mindestens drei Kraftstoffströme einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzdüse 7 spritzt den Kraftstoff unter Druck in Form eines feinen Sprühnebels auf die Oberfläche 6 des Elementes S, so daß der feine Kraftstoffnebel bei Berührung des Elements 5 zerfällt und ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit der in dem Zylinder 1 komprimierten und über den Überströmkanal 4 in den Verbrennungsraum geförderten Luft bilden kann.

Bei dem Überströmkanal 4 handelt es sich vorzugsweise um einen einzelnen geradlinigen Durchlaß, der im Querschnitt die Gestalt eines gebogenen Schlitzes nach F i g. 2A hat Der Halbmesser der gebogenen Außenwand 34 dieses Schlitzes ist vorzugsweise gleich dem halben Durchmesser des Verbrennungsraumes 3. Andererseits kann der Überströmkanal 4 aber auch die Form eines geradlinigen Durchlasses haben, dessen Querschnitt die Gestalt eines geraden Schlitzes nach Fig.2B hat, jedoch läuft der Motor mit einem solchen Überströmschlitz lauter, als wenn der Schlitzquerschnitt nach F i g. 2A vorgesehen wird. Der Überströmkanal kann nötigenfalls auch einen anderen Querschnitt erhalten, z. B. kann der einen Kreisquerschnitt erhalten, oder er kann aus einer Mehrzahl kleinerer Durchlässe, beispielsweise sieben kleineren Durchlässen bestehen. Unabhängig davon, ob der Überströmkanal einen weiteren oder eine Mehrzahl engerer Durchlässe erhält soll der wirksame Gesamtquerschnitt vorzugsweise im Dereich zwischen 4% und 8% der Fläche des Bodens des Kolbens 2 ausmachen. Die Länge des Überströmkanals soll zwischen 10% und 100%, vorzugsweise zwischen 40% und 70% des Durchmessers des Verbrennungsraumes 3 betragen. Nötigenfalls kann ein zusätzlicher Überströmkanal 35 vorgesehen sein, der den Verbrennungsraum 3 mit dem überströmkanal 4 verbindet, wobei dieser zweite Überströmkanal 35 praktisch parallel zu der Achse des Zylinders 1 verläuft und vorzugsweise einen Kreisquerschnitt mit einer Querschnittsfläche aufweist die zwischen 2% und 10% der Querschnittsfläche des Überströmkanals 4 beträgt Es hat sich herausgestellt daß bei Anbringung eines derartigen zusätzlichen Überströmkanals das Motorgeräusch vermindert wird, wenn der Motor mit niedrigen Drehzahlen arbeitet d.h. bei Drehzahlen bis zu etwa 40% der Höchstdrehzahl des Motors.

In dem Verbrennungsraum 3 ist eine Zündkerze 8 vorgesehen, die gemäß dem Viertakt-Zyklus die Verbrennung einleitet Die Zündkerze 8 besitzt eine einzige Elektrode 9, die mit dem Element 5 zusammenwirkt und auf diese Weise einen Elektrodenspalt 10 definiert Bsi der gezeichneten Ausführungsform verläuft die Elektrode 9 radial zu dem Verbrennungsraum 3_ und der Elektrodenspait 10 Hegt zvischen einer Endfläche der Elektrode 9 und der Oberfläche 6 an dem Element 5. Falls erforderlich, könnte aber natürlich die Elektrode 9 an eine Seite des Elements 5 heranreichen, so daß ci-T Elektrodenspalt zwischen einer Seitenfläche der Elektrode 9 und der Oberfläche 6 gebildet würde, oder die Elektrode 9 könnte in eine öffnung in dem Element 5 eintreten, so daß der Elektrodenspalt zwischen der Elektrode 9 und der Wand der erwähnten öffnung gebildet würde. Die Zündkerze 8 weist außer der Elektrode 9, wie üblich, einen Korpus 11 aus Metall mit einem mit Gewinde versehenen Zylinderteil 12 und einem Mutternteil 13 auf, an dem ein Spannstück angreifen kann, um das Einschrauben des Gewindeteils 12 in eine Bohrung 14 mit passendem Innengewinde zu erleichtern; ein Keramikisolator 15 an der Zündkerze 8 hält die Elektrode 9 in dem Korpus 11.

Aus Fig.5 ist zu entnehmen, daß zur Erleichterung der Einstellung des Elektrodenzwischenraumes 10 auf dem zylindrischen Gewindeteil 12 der Zündkerze 8 eine Gegenmutter 17 geschraubt ist, die an ihrem einen Ende eine kegelstumpfartige Fläche 18 besitzt, die die Gewindebohrung 14 umgibt. Am anderen Ende der Gegenmutter 17 ist ein Mutternteil 19 vorgesehen, an dessen sechseckiger Außenfläche ein Spannstück angreifen kann. Wenn der Elektrodenabstand 10 eingestellt werden soll, kann somit die Zündkerze in die Bohrung 14 geschraubt werden, bis die Einzelelektrode 9 die Fläche 6 des Elements 5 berührt, und dann wird die Zündkerze um einen vorbestimmten Betrag zurückgeschraubt, um den erforderlichen Elektrodenspait 10 zu bilden; schließlich wird d^;e Gegenmutter 17 gegen die die Bo^rang 14 umgebende Fläche 18 gedreht, um die Zündkerze in der eingestellten Lage festzuhalten. Zur Ausübung dieser Vo: gänge kann ein zusammengesetztes Spannstück 20 benutzt werden, das ein inneres Teil 21 aufweist, dessen eines Ende als sechseckige Hülse ausgebildet ist, di? den Mutternteil 13 der Zündkerze ergreifen kann, wänrend an dem anderen Ende ein Drehstift 22 vorgesehen ist, mit dem das innere Teil gedreht werden kann; das äußere Teil 23 des Spannstücks 20 liegt konzentrisch zu dem inneren Teil 21 und weist an seinem einen Ende eine sechseckige Hülse 24 auf, die den Mutternteil 18 der Gegenmutter 17 umfassen kann, während an dem anderen Ende eine radial nach außen stehende Stange 25 vorgesehen ist, mit der das äußere Teil 23 gedreht werden kann. Man

kann also die Zündkerze 8 in die Bohrung 14 einschrauben, indem man das innere Teil 21 des zusammengesetzten Spannstückes 20 anwendet und dreht, bis die Einzelelektrode 9 das Element 3 berührt; dann wird die Kerze um einen vorgeschriebenen Betrag zurückgedreht und dann wird das innere Teil 21 des Spannstücks 20 unverdreht festgehalten, während die Gegenmutter 17 mit Hilfe des äußeren Teils 23 des Spannstücks 20 gegen die Flache 18 geklemmt wird. Eine andere Ausführungsform der Gegenmutter 17 ist in den Fig.6 und 7 dargestellt. Man sieht, daß diese abgewandelte Gegenmutter 17a, die insbesondere für luftgekühlte Motoren geeignet ist, einen zylindrischen Hauptteil 36 besitzt, dessen eines Ende Durchbrüche 37 aufweist, während am anderen Ende eine Gewindebohrung 38 vorgesehen ist, die den zylindrischen Gewindeteil 12 einer Zündkerze 8 in der beschriebenen Weise aufzunehmen vermag. Der Hauptteil 36 umgibt eine Zündkerze 8 in so großem Abstand, daö der innere Teil 21 eines zusammengesetzten, dem Spannstück 20 vergleichbaren Spannstücks den Mutternteil 13 der Zündkerze ergreifen kann. Zur Betätigung der Gegenmutter 17a weist das genannte eine Ende des äußeren Teils 23 des zusammengesetzten Spannstücks 20 Durchbrüche auf und kann daher in die Durchbrüche 37 der Gegenmutter 17a eingreifen. In der Gegenmutter 17a können öffnungen 39 vorgesehen sein, die einen ungehinderten Durchstrom von Luft zwischen der Gegenmutter und der Zündkerze erlauben.

Das Element 5, das die Oberfläche 6 aufweist, auf die Kraftstoff gespritzt wird und die die eine Elektrode der Kerzenzündanlage darstellt, ist vorzugsweise mit einnm diametral zu dem Verbrennungsraum 3 verlaufenden Stab versehen. Dieser Stab kann als einfacher zylindrischer Stab 40 mit einem Zapfen 41 an seinen beiden Enden (vgl. F i g. 4A) ausgeführt sein; die Zapfen greifen dann in öffnungen in der Wand des Verbrennungsraumes ein. Vorzugsweise erhält der Stab jedoch die in den Fig.4B und 4C dargestellte Gestalt, so daß sich ein mittlerer zylindrischer Abschnitt 42 und verdickte Enden 43 ergeben, aus denen Zapfen 44 vorstehen, die in öffnungen in der Wand des Verbrennungsraumes aufgenommen werden. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der Stäbe mit verdickten Endabschnitten 43 die unerwünschten Auspuffemissionen des Motors herabgesetzt werden. Der Stab nimmt zwischen 3% und 25%, vorzugsweise zwischen 3% und 5% des Volumens des Verbrennungsraumes 3 ein. Die Einzelelektrode 9 der Zündkerze 8 arbeitet vorzugsweise mit der Mitte des Stabes zusammen und definiert dort den Elektrodenspalt 10, so daß die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Verbrennungsraum 3 so nahe wie möglich der Mitte des Verbrennungsraumes 3 eingeleitet wird.

Der Boden 2e des Kolbens 2 ist eben und verschließt in seiner oberen Totpunktstellung den Oberströmkanal 4, so daß die Verbrennung praktisch vollständig innerhalb des Verbrennungsraumes 3 stattfindet. Zu diesem Zweck wird der Abstand zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf, wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt befindet, äußerst klein gehalten und übersteigt 2,0 mm nicht. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf 16 bei im oberen Totpunkt stehendem Kolben 0.7-1,0 mm.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Verbrennung in der Nahe des Zentrums des Verbrennungsraumes 3 eingeleitet wird, eine vollständigere Verbrennung stattfindet, was eine Herabsetzung der unerwünschten Auspuffemissionen des Motors zur Folge hat. Da außerdem das freie Ende der Elektrode 9 und das Element 5 sich nahe der Mitte des Verbrennungsraumes in einem Bereich mit verhältnismäßig geringer Turbulenz befinden, besteht keine große Gefahr, daß der Elektrodenabstand der Zündkerze zunimmt. Da andererseits Jer Teil des Keramikisolators 15, der in den Verbrennungsraum 3 hineinragt, und der neben dem Keramikisolator gelegene Teil der Elektrode 9 in einem Bereich verhältnismäßig hoher Turbulenz lieger,, pflegt die Zündkerze sauber zu bleiben und keine Ablagerungen aufzuweisen. Versuche an einem Motor wie dem oben beschriebenen haben ferner erwiesen, daß ein solcher Motor mit sehr unterschiedlichen Arten von Kohlenwasserstoffen als Kraftstoff betrieben werden kann, und zwar innerhalb eines großen Drehzahlbereichcs mit einem sehr mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch, so daß man den Motor mit geringwertigen Kohlenwasserstoffkraftstoffen bei «»erinnern Kraftstoffverbrauch unter gleichzeitiger Herabsetzung der unerwünschten Auspuffemissionen betreiben kann, verglichen mit einem üblichen Viertaktmotor, bei dem die Verbrennung in dem Motorzylinder stattfindet.

Der Motor kann mit Verdichtern ausgerüstet werden. Als Verdichter kann beispielsweise ein Abgasturbolader benutzt werden.

Hieran 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem außerhalb des Zylinders angeordneten Verbrennungsraum von kugeliger Form, in welchem die Verbrennung praktisch vollständig stattfindet, und einer in den Verbrennungsraum etwa tangential einmündenden Verbindungsleitung zwischen Zylinder und Verbrennungsraum, in dessen mittlerem Bereich außerhalb des von der Verbindungsleitung unmittelbar bestrichenen Bereichs des Verbrennungsraumes sich ein in der Verbrennungsraumwandung bezüglich des Verbrennungsraumes diametral verankertes Element erstreckt, wobei eine Zündkerze in einer solchen Lage in die Verbrennungsraumwandung eingeschraubt ist, daß ihre stromführende Elektrode in Richtung auf die Mitte des Verbrennungsraums weist, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführende Elektrode (9) so an einen Bereich der Oberfläche (6) des als Masseelektr&tie dienenden im wesentlichen zylindrisch stabförmig ausgebildeten, diametral durch den Verbrennungsraum (3) verlaufenden Elements

(5) heranreicht, daß die Funkenstrecke zwischen den Elektroden in der Mitte des Verbrennungsraums (3) gebildet wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (S) an seinem Mittelteil in der Nähe der stromführenden Elektrode (9) eine Verjüngung aufweist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Verbindungsleitung (4) die Form einer geradlinigen Nut (F ig. 2b) aufweist

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Verbindungsleitung (4) die Form einer gekrümmten Nut (34) aufweist

5. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zündzeitpunkt die Verbindungsleitung (4) vom Kolben (2) im Zylinder (1) praktisch völlig verschlossen ist

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (S) die Oberfläche

(6) bildet, auf welche der Kraftstoff eingespritzt wird.

7. Verfahren zum Einstellen des Elektrodenabstandes in einer Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenmutter (17) auf die Zündkerze (8) geschraubt wird, daß die Zündkerze (8) in eine Gewindeöffnung (14) in der Wandung des Verbrennungsraumes (3) geschraubt wird, bis die stromführende Elektrode (9) die Oberfläche (6) des Elements (5) berührt, daß dann die Zündkerze um einen als Elektrodenspalt (10) vorbestimmten Betrag zurückgeschraubt wird und daß die Gegenmutter (17) anschließend gegen die Wandung des Verbrennungsräume angezogen wird.