DE2452450C3 - Brennkraftmaschine mit einem außerhalb des Zylinders angeordneten Verbrennungsraum - Google Patents
Brennkraftmaschine mit einem außerhalb des Zylinders angeordneten VerbrennungsraumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem außerhalb des
Zylinders angeordneten Verbrennungsraum von kugeliger
Form, in welchem die Verbrennung praktisch vollständig staltfindet, und einer in den Verbrennungs AR(\
raum etwa 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 Verbrennungsraumwandung
eingeschraubt ist, daß ihre strormührende 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
Verbrennungsraummitte zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die stromführende Elektrode so an einen Bereich
der Oberfläche des als Masseelektrode dienenden 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 seinerr 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 F.instellen des Elektrodenabstandes in einer Brennkraftmaschine mit mindestens den im Hauptanspruch
umrissenen Merkmalen kann in vorteilhafter Weise so vorgegangen werden, daß eine 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 Zündkcr/e um einen als Elektrodenspalt
vorbestimmlen Beirag zurückgeschraubt wird, und daß die Gegenmutier anschließend gegen die Wandung des
Verbrennungsraums angezogen wird.
Die Erfindung sol/ anschließend in Ausführungsbei·
spielen anhand der Zeichnung dargestellt werden, die
folgendes zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht der wichtigsten Teile einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
Fig. 2A und 2B Querschnitte des Überströmkanals des Motors nach F i g. I:
Fig. 3 das Schnitibild eines Teils des Motors nach
F i g. I, mit der Anordnung der ventilgesteuerten Einlaßb7w.
Auslaßoffnung;
F i g. 4A, 4B und 4C Ansichten verschiedener Formen der in dem Motor nach F1 g. 1 zu verwendenden
Masseelektrode;
F i g. 5 einen Teilschnitt, der erkennen läßt, wie der
Elektrodenabstand in einem Motor nach Fig. 1 eingestellt wird;
F i g, 6 bzw. 7 Schnittbild bzw. Draufsicht auf eine
abgeänderte Form der Gegenmutter Zur Verwendung beim Einstellen der Zündkerze.
O/l
450
F i g. I läßt erkennen, daß der Motor einen Zylinder 1
mit einem darin hin- und hergehenden Kolben 2 aufweist Außerhalb des Zylinders 1 tst ein kugelförmiger
Verbrennungsraum 3 vorgesehen, der mit dem Zylinder durch einen Oberströmkanal 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 5
befinden sich im Zylinderkopf 16 des Motors.
Aus Fi 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 isL Die Tellerventile 27 bzw. 29 werden von Ventilfedern 30 in ihre Schließstellung
gedruckt und in einem bestimmten zeitlichen
Rhythmus, der durch den Funktionszyklus des Viertaktmotors bestimmt ist. von Nocken 31 bzw, 32 geöffnet.
die auf einer Nockenwelle 33 sitzen, die von df (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 gedruckt wurde. Wie F i g. 1
zeigt, verläuft der Überströmkanal 4 tangential zu dem Verbrennungsraum 3, so daß die in den Verbrennungsraum
3 gedruckte Luft verwirbelt wird und eine innige Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft eintritt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Kraitstoffeinspritzdüse
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 un( τ Druck in Form eines feinen Sprühne
bels auf die Oberfläche 6 des Elementes 5, 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 Fig. 2A hat. Der Halbmei-.er 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 F i g. 2B hat, jedoch läuft der Motor mit einem solchen
Überströmschlitz lauter, als wenn der Schlitzquerschnitt
nach Fig. 2A vorgesehen wird. Der Überströmkanal kann nötigenfalls auch einen anderen Querschnitt
erhalten, z. B. kann der einen Kreisquerschniit 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 Bereich zwischen 4% und 8% der Fläche des Bodens
des Kolbens 2 ausmachen, pie 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 Verbrunnungsraum 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. Bei der gezeichneten Ausfüp"Tjngsform verläuft
die Flektrode 9 radial zu dem Verbrennungsraum 3. und der Elektrodenspalt 10 liegt zwischen 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 der Elektrodenspalt zwischen einer Seitenflache
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 vcrgesehen, an
dessen sechseckiger Außenfläche ein Spannstück angreifen kann. Wenn der Elektrodenabstand 10
eingestellt werden soll, kann somii 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 Elektrodenspalt 10 zu bilden; schließlich wird die Gegenmutter 17 gegen die
die Botirung 14 umgebende Fläche 18 gedreht, um die Zündkerze in der eingestellten Lage festzuhalten. Zur
Ausübung dieser Vorgänge kann ein zusammengesetztes Spannstück 20 benutzt werden, das ein inneres Teil
21 aufweist, dessen eines Ende als sechseckige Hülse ausgebildet ist, die Hen Mutterntul 13 der Zündkerze
ergreifen kann, während 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 NiiJtternte.il 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 afso 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 5 berührt;
dann wird die Kerze um einen vorgeschriebenen Betrag zurückgedreht und dann wird das innere Teil 21 des
Spannstücks 20 uhvefdreht festgehalten, während die
Gegenmutter 17 mit Hilfe des äußeren Teils 23 des Spannstücks 20 gegen die Fläche 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
Hauplteil 36 besitzt, dessen eines Ende Durchbrüehe 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 τοΒεπι Abstand, daß de ϊππργρ TpII
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 Durchbrüehe auf und kann daher in die Durchbrüehe 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 einem 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 Fi g.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 verDrennungsraumes aufgenommen weraen. hs nat 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 Einzeleiektrode 9 der Zündkerze 8 arbeitet vorzugsweise
mit der Mitte des Stabes zusammen und definiert dort den Elektrodenspak 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 2a des Kolbens 2 ist eben und verschließt in seiner oberen Totpunktstellung den Überströmkanal
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 Apr Nähp dps /onlnims des Verbrennungsräume.«; 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 anderersei's der 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 liegen, 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 Arien von Kohlenwasserstoffen als Kraftstoff betrieben werden
kann, und zwar innerhalb eines großen Drehzahlbereiches mit einem sehr mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch,
so daß man den Motor mit geringwertigen Kohlenwas-
•40 serstoffkraftstoffen bei geringem Kraftstoffverbrauch
unter gleichzeitiger Herabsetzung der unerwünschten Auspuffemissionen betreiben kann, verglichen mit
einem üblichen Viertaktmotor, bei dem die Verbrennung in dem Motorzylinder stattfindet
4S Der Motor kann mit Verdichtern ausgerüstet werden.
Als Verdichter kann beispielsweise ein Abgasturbolader benutzt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
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 as? -"inen Bereich der Oberfläche (6) des als
Masseelekuode 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 (5) 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
Verbindungfleitung (4) die Fo: ,n einer geradlinigen
Nut (F i g. 2b) aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach .nspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der
Verbindungsleilung (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 (5) 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 Verbrennungsraums
angezogen wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |