DE2512218A1

DE2512218A1 - Fremdgezuendeter vier-takt-gasmotor

Info

Publication number: DE2512218A1
Application number: DE19752512218
Authority: DE
Inventors: Hans Seifert; Kurt Will; Horst Dr Ing Zapf
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1976-10-07
Also published as: NL7602693A; SE7602421L; GB1518721A; SE428385B; CH606795A5; AT373362B; RO70705A; JPS56167729U; FR2304775A1; DD123113A1; SU668623A3; IT1055367B; DE2512218B2; NL179228B; ATA111376A; US4048974A; HU173354B; FR2304775B1; JPS51119411A; NL179228C

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Stadtbachstraße 1

P.B. 2832/1248 Augsburg, den 17. März 1975

Fremdgezündeter Vier-Takt-Gasmotor

Die Erfindung betrifft einen fremdgezündeten Vier-Takt-Gasmotor mit einem im Kolben rotationssymmetrisch zur Zylinderlängsachse angeordneten, im oberen Kolbentotpunkt annähernd das gesamte Gas-Luft-Gemisch aufnehmenden Brennraum und Mitteln zur Er« zeugung eines Wirbels des Gas-Luft-Gemisches um die Zylinderlängsachse sowie einer im Zylinderkopf angeordneten Mulde, in die die Zündkerze hineinragt.

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Motor dieser Gattung zu schaffen, der trotz eines von schädlichen Komponenten weitgehend freien Abgases einen niedrigen Verbrauch und eine hohe Leistung aufweist.

Erfündungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Brennraum in Form eines sich zum Zylinderkopf erweiternden Kegelstumpfes mit ebenem Boden ausgeführt ist, dessen größter Durchmesser etwa 55 bis 70 % des Kolbendurchmessers und dessen Tiefe etwa 15 bis 20 % des Kolbendurchmessers beträgt und dessen Mantelfläche unter

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einem. Winkel von etwa 10 bis 30 Grad gegenüber der Zylinderlängsachse geneigt ist, daß die Zündkerzen«Mulde kegelstumpfförmig ausgebildet sowie vollständig oberhalb der Brennraumöffnung angeord« net ist, ihr größter Durchmesser etwa gleich dem doppelten Durch« messer des Zündkerzengewindes bemessen ist und ihre Tiefe etwa 20 bis 25 % ihres Durchmessers beträgt und daß an die Mulde ein keilförmiger, mit der Spitze flach zur Zylindermitte auslaufender Zündkanal anschließt.

Bei Anwendung der Erfindung läßt sich nicht nur eine hohe Verdichtung erreichen, die mitbestimmend für einen niedrigen Verbrauch und eine hohe Leistung ist, sondern auch eine einwandfreie Verbrennung erzielen, wobei der Motor mit hohem Luftüberschuß und Spätzündung betrieben werden kann, so daß sich sehr saubere Abgase ergeben.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie zusätzliche Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der Zeichnung zeigt

Figur 1 einen Teilschnitt durch einen Motor und

Figur 2 eine Ansicht des Zylinderkopfes nach Figur 1

von unten.

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Der dargestellte Motor umfaßt einen Zylinderkopf 1, der fest mit einem eine Zylinderlaufbuchse 2 aufnehmenden Motorgehäuse 3 verbunden ist. In der Zylinderlaufbuchse 2 kann sich ein Kolben 4 be·· wegen, der einen Brennraum 5 aufnimmt. Der Brennraum 5 ist in Form eines sich zum Zylinderkopf 1 erweiternden Kegelstumpfes ausgeführt. Sein größter, dem Zylinderkopf 1 zugewandter Durchmesser beträgt etwa 67 % des Durchmessers des Kolbens 4. Die Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Brennraumes 5 ist unter einem Winkel von etwa 15 Grad zur Zylinderlängsachse A-A geneigt. Die Tiefe des Brennraumesbeträgt etwa 17 % des Durchmessers des Kolbens 4. Um Rißbildungen zu vermeiden, sind die Übergänge an den Enden der Mantelfläche des Brennraumes 5 ab» gerundet. Die Anordnung ist weiterhin so gewählt, daß der Brennraum 5 im oberen Totpunkt des Kolbens, der in Figur 1 wiedergegeben ist, annähernd das gesamte Gas-Luft-Gemisch aufnimmt. Das Volumen des Brennraumes 5 ist weiterhin so bemessen, daß sich, wenn der Motor mit Flüssiggas betrieben wird, ein Verdichtungsverhältnis von etwa 1 : 10 bis 1 : 12 ergibt. Wird der Motor mit Erdgas betrieben, kann das Verdichtungsverhältnis etwa mit 1 : 13 bis 1 : 15 festgelegt werden. Mit diesen Verdichtungsverhältnissen läßt sich der Motor ohne Gefahr eines Klopfens betreiben.

Der Zylinderkopf 1 weist ein Einlaßventil 7 und ein mit etwas kleinerem Durchmesser ausgeführtes Auslaßventil 6 auf. Die Längsachsen B und C der beiden Ventile 6, 7 sind zur einen Seite hin gegenüber einer durch die Zylinderlängsachse A gelegten Ebene D

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versetzt angeordnet. Der im Zylinderkopf 1 angeordnete, zum Einlaßventil 7 führende Einlaßkanal ist in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise als gebogener Drallkanal ausgeführt. Dadurch erhält das dem Brennraum 5 zugeführte Gas-Luft-Gemisch einen Drall, so daß es innerhalb der Zylinderlaufbuchse um die Achse A-A kreist. Der Drallkanal ist so ausgeführt, daß das Gas-Luft-Gemisch bei einem Zylinderdurchmesser von etwa 100 bis 150 mm mit etwa 160 bis 180 U/sec. kreist.

Anstelle des Drallkanals könnte der Wirbel des Gas-Luft-Gemisches um die Zylinderlängsachse A-A auch durch ein an sich bekanntes Schirmventil erzeugt werden.

Im Zylinderkopf 1 ist weiterhin eine Mulde 8 vorgesehen. Die Mulde ist ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet und vollständig oberhalb der Öffnung des Brennraumes 5 angeordnet. In die Mulde 8 mündet eine Bohrung 9, die eine Zündkerze 10 aufnimmt. Der größte Durchmesser der Mulde 8 ist etwa gleich dem doppelten Durchmesser des Gewindes 11 der Zündkerze 10 bemessen. Die Tiefe der Mulde beträgt etwa 22 % ihres Durchmessers. Zweckmäßig ist die Zündkerze 10 so angeordnet, daß die kürzere Elektrode 13 etwa in einer durch den Boden der Mulde 8 gelegten Ebene endet. Die Mulde 8 ist auf der den Längsachsen B_a C der Ventile 6₅ 7 gegenüberliegenden Seite der Ebene D angeordnet. Der kürzeste Abstand zwischen dem Rand der Mulde 8 und dem Sitz der Ventile 6, 7 ist etwa gleich dem kürzesten Abstand zwischen den beiden Sitzen der Ventile 6₃ 7 bemessen. Darüber hinaus ist die Mitte der Mulde 8 in einer Ebene E angeordnet, die senkrecht

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zur Ebene D steht und durch die Mitte des kürzesten Abstandes zwischen den Sitzen der beiden Ventile 6, 7 geht. An die Mulde 8 schließt sich in Richtung zur Zylinderlängsachse A-A verlaufend ein Zündkanal 12 an. Der zum Brennraum 5 offene Zündkanal 12 ist, wie Figur 2 erkennen läßt, im Grundriß keilförmig ausgebildet. Gleichzeitig läuft, wie Figur 1 zeigt, seine Spitze flach zur Zylindermitte hin aus.

Strömt bei Betrieb des Motors das Gas «Luft-Gemisch durch den Einlaßkanal und das geöffnete Einlaßventil 6 in die Zylinderlaufbuchse 2 ein, so bewirkt der als Drallkanal ausgebildete Einlaßkanal eine Drehung des Gemisches um die Zylinderlängs achse A-A. Beim weiteren Aufwärtshub des Kolbens bildet dessen Randbereich außerhalb des Brennraum.es 5 zusammen mit der Unterseite des Zylinderkopfes 1 einen Quetschspalt, der dem Gemisch zusätzlich zur Wirbelbewegung eine in Richtung zur Zylinderlängsachse A-A weisende Bewegungskomponente aufzwingt. Diese führt zu einer Konzentrierung des Gemisches im Bereich der Mitte des Brennraumes und begegnet daher der Gefahr, daß die spezifisch schwereren Luftanteile durch den starken Wirbel zum Außenrand des Brennraumes ausgeschleudert werden. Die die Elektroden der Zündkerze 10 aufnehmende Mulde 8 stellt dabei sicher, daß durch die starke Wirbelbewegung des Gas-Luft»Gemisches im Brennraum der Zündfunke weder vorzeitig gelöscht noch verweht werden kann. Andererseits ist durch die gewählte flache Bemessung der Mulde sichergestellt, daß diese beim Gaswechsel noch gut ausgespült werden kann.

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Sobald "der Zündfunke überspringt, zündet das in der Mulde 8 befindliche Gemisch. Durch die Anordnung der Mulde 8 oberhalb der Brennraumöffnung und den Zündkanal 12 wird dabei erreicht, daß die Flamme des entzündeten Gemisches möglichst schnell zur Mitte des Brennraumes 5 gelangt und das dort befindliche Gemisch entzündet. Dabei stellt die gewählte Tiefenabmessung des Brenn« raumes 5 sicher, daß das im Brennraum 5 befindliche Gemisch relativ schnell bis zum Boden hin durchgezündet wird. Die schräge Mantelfläche des Brennraumes 5 stellt dabei sicher, daß die von der Brennraummitte her gegen die Mantelfläche schlagenden Flammen so weit abgelenkt werden, daß sie direkt in den sich zwischen dem Randbereich des abwärts gehenden Kolbens 4 und dem Zylinder· kopf 1 bildenden Ringspalt eindringen, so daß auch das hier befind« liehe Gas-Luft-Gemisch gleichmäßig und schnell gezündet wird. Durch die erfindungsgemäß gewählte Form und Bemessung des Raumes, in dem sich die Verbrennung abspielt, derart, daß dieser Raum möglichst geschlossen und unzerklüftet ist, kann das Verdichtungsverhältnis hoch gewählt werden. Das hohe Verdichtungsverhältnis trägt wiederum zur Beschleunigung der Durchzündung des gesamten Gemisches bei.

Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist darin zu sehen, daß der Motor mit einer verhältnismäßig späten Zündung betrieben werden kann, um hohe Prozeßtemperaturen zu vermeiden, die ihrer· seits die Entstehung von Stickoxyden begünstigen. Außerdem bleibt

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die Zündkerze durch die zurückgesetzt gewählte Lage verhältnismäßig kalt. Die Lage der Zündkerze ermöglicht die Verwendung eines geringen Elektrodenabstandes, der seinerseits wieder zu einer Verlängerung der Einsatzzeit der Zündkerze führt.

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Claims

P.B. 2832/1248 Anspruch e

1. ) Fremdgezündeter Vier-Takt-Gasmotor mit einem im Kolben

rotationssymmetrisch zur Zylinderlängsachse angeordneten, im oberen Kolbentotpunkt annähernd das gesamte Gas-Luft« Gemisch aufnehmenden Brennraum und Mitteln zur Erzeugung eines Wirbels des Gas-Luft-Gemisches um die Zylinderlängsachse sowie einer im Zylinderkopf angeordneten Mulde, in die die Zündkerze hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (5) in Form eines sich zum Zylinderkopf (1) erweiternden Kegelstumpfes mit ebenem Boden ausgeführt ist, dessen größter Durchmesser etwa 55 bis 70 % des Kolbendurchmessers und dessen Tiefe etwa 15 bis 20 % des Kolbendurchmessers beträgt, und dessen Mantelfläche unter einem Winkel von etwa 10 bis 30° gegenüber der Zylinderlängsachse geneigt ist, daß die Zündkerzen-Mulde (8) kegelstumpfförmig ausgebildet sowie vollständig oberhalb der Brennraumöffnung angeordnet ist, ihr größter Durchmesser etwa gleich dem doppelten Durchmesser des Zündkerzengewindes (11) bemessen ist und ihre Tiefe etwa 20 bis 25 % ihres Durchmessers beträgt und daß an die Mulde (8) ein keilförmiger, mit der Spitze flach zur Zylindermitte auslaufender Zündkanal (12) anschließt.

2. Gasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachsen (B, C) des Einlaß- und des Auslaßventiles (6, 7) zur gleichen Seite hin gegenüber einer durch die Zylinder· längsachse (A-A) gelegten ersten Ebene (D) versetzt angeordnet

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sind und die Mulde (8) auf der anderen Seite der Ebene (D) vorgesehen ist.

3. Gasmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der Mulde(8) in einer senkrecht zur ersten Ebene (D) durch die Zylinderlängsachse (A»A) verlaufenden zweiten Ebene (E) liegt, die durch die Mitte des kürzesten Abstandes zwischen den Ventilsitzen des Einlaß» und Auslaßventiles (6, 7) gelegt ist.

4. Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da· durch gekennzeichnet, daß der kleinste Abstand des Randes der Mulde (8) von jedem der beiden Ventilsitze etwa gleich dem kürzesten gegenseitigen Abstand der beiden Ventilsitze bemessen ist.

5. Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzere (13) der beiden Elektroden der Zündkerze (10) etwa in einer durch den Boden der Mulde (8) gelegten Ebene endet.

6. Gasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Flüssiggas (Propan, Butan usw., aber nicht Erdgas!) das Verdichtungsverhältnis etwa 10 bis 12 beträgt.

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7, Gasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Erdgas das Verdichtungsverhältnis etwa 13 bis 15 beträgt.

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