DE2542942A1

DE2542942A1 - Fremdgezuendete viertaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2542942A1
Application number: DE19752542942
Authority: DE
Inventors: Michael G Dipl Ing May
Original assignee: May michael G dipl-Ing
Current assignee: May michael G dipl-Ing
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-08-26

Description

Fremdgezündete Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete 4-Takt-Brennkraftmaschine rit Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches außerhalb des mindestens einen Zylinders, wobei jeder Zylinder ein einziges hängendes uslassventil aufweist und der vom Auslassventil verschliessbare Auslass in der Oberseite einer zumindest im wesentlichen im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer angeordnet ist, in der sich das zu verbrennende Gemisch in der oberen Totpunktstellung des Kolbens im wesentlichen befindet und deren Höhe kleiner als ihr maximaler Durchmesser ist, wobei der untenseitige Rand der im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer bzw. des im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammerbereiches sich zumindest im wesentlichen innerhalb einer durch die Kolbenlaufbahn des Zylinders definierten geometrischen Zylinderfläche befindet, und außerhalb der hängendes Wirbelkammer ein / Einlassventil angeordnet ist, das vorzugsweise das einzige Einlassventil dieses Zylinders ist.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (US-PS 2 763 254) ist die Wirbelkammer sehr groß und überdeckt nahezu die Hälfte des Ouerschnittes des Zylinderinnenraumes, wobei im Zylinderkopf das Puslassventil und drei Zündkerzen angeordnet sind. Der Kolbenboden ist mit äußeren Ausnehmungen und einer mittleren Einbuchtung versehen, derart, dass während des Verdichtungstaktes in der Wirbelkainmer in ihre beiden äußeren Endbereiche Gas unter Bildung von je einem Wirbel einströmt und die Wirbel symmetrisch zueinander und gegensinnig rotieren. Dies ergibt hohe Strömungsverluste, einen niedrigen thermodynamischen Wirkungsgrad und macht das Vorhandensein von drei Zündkerzen erforderlich und hat auch noch andere Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad mit allen sich hieraus ergebenden Vorteilen und eine gute, möglichst weitgehend vollständige Verbrennung hat, so dass diese Maschine u.a. auch einen geringen Ausstoß schädlicher Abgasbestandteile, einen geringen Kraftstoffverbrauch und auch sonstige Vorteile hat.
Erfindungsgemäß ist bei einer Maschine der eingangs genannten Art vorgesehen, dass in den Zylinderkopf und/oder den Kolbenboden ein zum Kolbenboden bzw. Zylinderkopf hin auf seiner ganzen Länge offener Kanal eingelassen ist, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens einen vom Zylinderkopf und dem Kolbenboden begrenzten Leitkanal bildet, der in aussermittiger, vorzugsweise ungefähr tangentialer Richtung in die Wirbelkammer mündet und eine Verbindung zwischen dem unterhalb des Ventiltellers des Einlaßventiles befindlichen Zylinderinnenraumbereich und der Wirbelkammer bildet und an einem dem Einlaßventil benachbarten Bereich der Wirbelkammer in diese mündet, dass die aussenseitigen Längsränder des Kanals an Quetschflächen des Zylinderkopfes bzw. des Kolbenbodens angrenzen und dass eine einzige Zündkerze vorhanden ist, die in der Wandung der Wirbelkammer angeordnet ist.
Infolge dieses Leitkanals wird erreicht, dass sich gegen Ende des Verdichtungstaktes in der Wirbelkammer praktisch eine einzige wesentliche Drallströmung einstellt, deren Rotationsachse ungefähr koaxial zum Auslassventil ist.
Es zeigte sich, dass ein rascher Verbrennungsablauf erzielt wird. Auch sind die während des Verdichtungstaktes und des Ausschiebens des verbrannten Gemisches auftretenden Strömungsverluste gering.
Ferner kann die Maschine mit überraschend mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen betrieben werden. Der Luftüberschuß des sie antreibenden Gemisches kann normalerweise mindestens 10 %, (d.h. mindestens X b= 1,1, wo i das Luftverhältnis bedeutet), vorzugsweise mindestens 30 % ( = 1,3) betragen. Es ist aber zumindest in vielen Fällen möglich, Gemische mit einem Luftüberschuß von mindestens 40 % (» =1,4), vorzugsweise mindestens 50~E ( 2 = l,5) zu verwenden.
Auch ist die Streuung des Druckverlaufes aufeinanderfolgender Zyklen bei konstanten Betriebsbedingungen gering.
Die Maschine hat einen geringen Kraftstoffverbrauch, eine hohe spezifische Leistung und eine saubere Verbrennung mit relativ geringen schädlichen Bestandteilen im Abgas. Auch neigt die Maschine wenig zum Klingeln, so dass sie mit relativ hohen Verdichtungsverhältnissen betrieben werden kann bzw. sich auch mit Normalkraftstoffen bei relativ hohen Verdichtungen betreiben lässt. Das Verdichtungsverhältnis kann dabei vorzugsweise mindestens 10:1, vorzugsweise mindestens 14:1 betragen. Es ist in vielen Fällen möglich, die Maschine mit einem Verdichtungsverhältnis von mehr als15:1 zu betreiben, bezogen auf die Oktanzahlen der derzeitigen Kraftstoffe.
Trotz dieser Vorteile ist die Maschine in der Herstellung billig, da sie keine direkte Kraftstoffeinspritzung besitzt und mit je einem Einlass- und Auslassventil pro Zylinder auskommen kann. Auch lässt sich die Serienherstellung von 4-Takt-Brennkraftmaschinen ohne Wirbelkammern mit relativ geringen Kosten auf die Herstellung von erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen umstellen, da im einfachsten Falle nur is Auslassventil und der Zylinderkopf konstruktiv geändert werden müssen.
Bekanntlich haben Flachkolben oder Kolben mit schwach gewölbtem Kolbenboden minimale Wärmeaufnaheflächen, was günstig ist. Es kann deshalb zweckmäßig vorgesehen sein, dass der Kolben ein solcher Flachkolben oder ein Kolben mit schwach gewölbtem Kolbenboden ist und der Leitkanal und die Wirbelkammer allein im Zylinderkopf vorgesehen sind. Auch ergeben sich bei dieser Ausführungsform besonders geringe Strömungsverluste.
m den Verbrennungsablauf noch weiter zu begünstigen, d.
dass er möglichst rasch abläuft, kann zweckmässig vorgesehen sein, dass das in der oberen Totpunktstellung des Kolbens verbleibende Volumen des Verbrennungsraumes vorzugsweise mindestens zu 80 % durchdie Wirbelkammer und den Leitkanal gebildet ist.
Die Gemisch, mit denen sich die Maschine betreiben läßt, können im allgemeinen besonders mager sein, wenn man vorsieht, dass die Wandung der Wirbelkammer zumindest teilweise ungekühlt ist, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang, derart, dass sie in Teil- und Vollastbetrieb Betriebstemperaturen von mindestens 3000 C und höchstens 500 - 6000 C annimmt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei es sich versteht, dass sich die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklichen lässt.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine ausschnittsweise Unteransicht des Zylinderkopfes einer Viertaktbrennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei diese Maschine noch weitere Zylinder haben kann, Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1, gesehen entlang der Schnittlinie 2-2, wobei auch ein Teil der Zylinderlaufbahn mit Kolben dargestellt ist, Fig. 3 eine ausschnittsweise Unteransicht eines Zylinderkopfes ähnlich Fig. 1, jedoch gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der ERfindung, und Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3, gesehen entlang der Schnittlinie 4-4.
In der Zeichnung sind sich entsprechende Teils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß Fig. 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kolben 10 ein Flachkolben, d. h. er hat einen ebenen Kolbenboden 9. Im Zylinderkopf 11 sind ein Einlassventil 12 und ein Auslassventil 13 angeordnet. Der zum Raum oberhalb des Ventiltellers 14 des Einlassventils 12 führende Saugleitungsabschnitt 15 hat die in Fio. 1 dargestellte Richtung ungefähr senkrecht zur Längsachse des Ventils 12, so dass das beim Saugtakt in den Verbrennungsraum einströmende Gas eine Vorzugsrichtung in Richtung des Pfeiles A erhält, d. h. im Zylinderinnenraumbereich unterhalb des Zylinderkopfes 11 in Richtung dieses Pfeiles rotiert. Die vom Raum über dem Ventilteller 17 des Auslassvendles 13 wegführende Abgasleitung 19 verläuft etwa parallel zum Saugleitungsabschnitt 15.
Die dem Auslassventilteller 17 zugeordnete Auslassöffnung 20 ist in der Oberseite einer Wirbelkammer 21 angeordnet, und zwar ist die Ebene dieser Auslassöffnung 20 zweckmäßig ungefähr parallel zum Kolbenboden 9. Die Umfangswandung 24 dieser Wirbelkammer 21 hat einen ungefähr halbkreisförmigen Querschnitt, wobei der Radius dieses halbkreisförmigen Querschnitts wesentlich kleiner als der maximale Durchmesser der Wirbelkammer 21 ist, so dass sich die Wirbelkammer 21 ungefähr in Art einer flach gedrückten Kugel darstellt, wobei jedoch, wie bevorzugt vorgesehen, keine exakt platt gedrückte Kugelgestalt vorliegt, sondern sich der Abstand der Umfangswandung der Wirbelkammer 21 von der zur Längsachse des Auslassventiles 13 koaxialen Mittelachse der Wirbelkammer 21 in Umfangsrichtung von der Stelle 22 bis zur Stelle 23 stetig verkleinert, so dass diese Umfangswandung 24 in Umfangsrichtung der Wirbelkammer 21 einen ungefähr spiralförmigen Verlauf hat.
Wie besonders deutlich aus Fig. 1 ersichtlich ist, erstreckt sich von der durch das Einlassventil 12 absperrbaren Zylindereinlassöffnung 25 bis zur Wirbelkammer ein durch eine kanalartige Vertiefung gebildeter Kanal 26 in der dem Kolbenboden 9 zugewendeten Fläche des Zylinderkopfes 11, deren Höhe gemäß Fig. 2 von der Einlaßöffnung 25 aus stetig bis zur Wirbelkammer 21 zunimmt.
Dieser Kanal 26 bildet in der in Fig. 2 dargestellten oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 zusammen mit dessen Kolbenboden 9 einen Leitkanal 26', der, wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, ungefähr tangential in die Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 mündet.
Der Querschnitt dieses Leitkanales 26' nimmt infolge der stetig zunehmenden Höhe ebenfalls stetig vom Eirilassventil aus bis zur Wirbelkammer zu. Seine Breite ist nahezu konstant. Die wirbelkammerseitige Mündung dieser Vertiefung 26 erstreckt sich bis nahezu in halbe Höhe der Wirbelkammer 21.
Die der Längsachse des Zylinders benachbarte Seite dieser Vertiefung 26 endet an der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer an der Stelle 23 in Art einer Abrisskante, damit hier die aus dieser Vertiefung 26 beim Verdichtungstakt in die Wirbelkammer 21 einströmende Strömung abreisst. Die andere Seite der Vertiefung 26 geht bei 22 stetig in die Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 über.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist der Kanal 26 bogenförmig gekrümmt und verläuft in Richtung der sich beim Ansaugtakt im Zylinder aushildenden Drallströmung (Pfeil A). Man kann dies auch so beschreiben, dass diese kanalförmige Vertiefung 26 in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht auf der vom Saugleitungsabschnitt 15 abgewendeten Seite der Einlassöffnung 25 beginnt, und zwar nicht diametral gegenüber diesem Saugleitungsabschnitt, sondern in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu etwas winkelverschoben. Es ergibt sich so ein relativ kurze Länge des Leitkanales 26', was günstig ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 noch vorhandene lichte Verbrennungsraum im wesentlichen nur durch den Leitkanal 26' und die Wirbelkammer 21 bestimmt.
Wie strichpunktiert angedeutet, befindet sich der Boden des Auslassventlltellers 17 in der voll geöffneten Stellung des Auslassventiles 13 ungefähr in Höhe des grössten Durchmessers der Wirbelkammer 21, d. h. hier ungefähr in halber Höhe der Wirbelkammer, was im allgemeinen vorteilhaft ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die einzige Zündkerze 27 in die Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 eingesetzt, was zweckmässig ist.
Das Volumen der kanalartigen Vertiefung 26 ist kleiner, vorzugsweise wesentlich kleiner als das Volumen der Wirbelkammer 21.
Diese Wirbelkammer 21 ist die einzige Wirbelkammer dieses Zylinders. Die Einlassöffnung 25 befindet sich in geringem Abstand oberhalb des Kolbenbodens 9 in dessen oberer Totpunktstellung. Hierdurch wird u. a. das Ausschieben des verbrannten Gemisches verbessert. Der Abstand zwischen Kolbenboden 9 und Einlassventilteller 14 ist jedoch natürlich so gross, dass mit dem öffnen des Finlassventils 12 in üblicher Weise bereits begonnen werden kann, bevor der Kolben 10 seine obere Totpunktstellung erreicht hat.
Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich, liegt der gesamte nur durch die Mündung der Vertiefung 26 unterbrochene untere Rand der unteren relativ grossen Wirbelkammeröffnung 29 dem Kolbenboden 9 gegenüber, so dass der Überströmquerschnitt von dem von der Kolben laufbahn umfassten Zylinderraumbereich 16 in die Wirbelkammer 21 durch die die Kolbenlaufbahn bildende Zylinderumfangsfläche nicht eingeengt ist, was besonders vorteilhaft ist.
Mit Ausnahme der Wirbelkammer 21 und der Vertiefung 26 befindet sich der übrige Bereich des Zylinderkopfes 11 in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 10 von diesem in einem solch geringen Abstand, dass sich an diesem gesamten übrigen Bereich eine sogenannte Quetschzone bildet.
Auch beginnt die Wirbelkammer 21 praktisch unmittelbar am unteren Rand ihrer dem Kolbenboden 9 benachbarten öffnung 29, d. h. dass sie praktisch unmittelbar an den unterhalb des Zylinderkopfes befindlichen Raum des Zylinders angrenzt.
Die Wirkungsweise des in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellten Zylinders der nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten 4-Takt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, deren Kraftstoff-Luft-Gemisch in irgendeiner bekannten Weise ausserhalb des Verbrennungsraumes des Zylinders hergestellt wird, beispielsweise mittels eines Vergasers oder durch Einspritzung in die Ansaugleitung, ist wie folgt. Während des Ansaugtaktes wird in bekannter Weise durch Abwärtsbewegen bei geöffnetem Einlassventil Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum eingesaugt, wobei zumindest bei grösseren Gasmengen das Gemisch in dem Zylinderinnenraum 16 in Richtung des Pfeiles A rotieren kann. Bei der anschliessenden slerdichtungsbewegung des Kolbens 10 wird dieses Gemisch verdichtet und es kann sich bereits hierbei u.U. in der Wirbelkammer durch den Kanal 26 bedingt eine langsame Drallströmung in Richtung des Pfeiles B ausbilden, deren Rotationsachse ungefähr koaxial zur Längsachse des Auslassventiles 13 ist. Gegen Ende der Verdichtungsbewegung nähert sich der Kolbenboden 9 mehr und mehr der Vertiefung 26, so dass die in ihr auftretende Strömung sich verstärkt und eine relativ intensive Strömung aus dem sich hierbei bildenden Leitkanal 26' in die Wirbelkammer einströmt und zumindest hierdurch eine Drallströmung in Richtung des Pfeiles B bewirkt wird. Die Zündkerze 27 zündet das Gemisch in bekannter Weise bei einstellbaren Kurbelwinkeln noch während der Verdichtungsbewegung des Kolbens, d.h. bevor der Kolben seine obere Totpunktstellung erreicht hat.
Infolge der Konzentration des Gemisches in der Wirbelkammer 21 und dem Leitkanal 26' und der in der Wirbelkammer herrschenden gleichsinnigen geordneten Drallströmung verläuft der Verbrennungsvorgang rasch und es wird ein hoher Ausbrenngrad erreicht. Der Kolben wird nach Uberschreiten seiner oberen Totpunktstellung nach unten gestoßen und bei der nächsten Aufwärtsbeweaung des Kolbens wird bei geöffnetem Auslassventil das verbrannte Gas durch die Wirbelkammer hindurch in die Abgasleitung 15 ausgeschoben, wobei auch das Ausschieben dieses verbrannten Gases durch die Vertiefung 26 verbessert wird.
Diese Maschine lässt sich mit sehr mageren Gemischen betreiben, hat einen niedrigen spezifischen Fraftstoffverbrauch und enthält im Abgas relativ wenig schädliche Bestandteile, so dass sie trotz ihrer einfachen Bauart und relativ hoher spezifischer Leistung umweltfreundlich ist.
Auch kann die Oktanzahl des Kraftstoffes relativ gering sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie bevorzugt voroesehen, die Vertiefung 26 nur im Zylinderkopf vorhanden.
Es kann jedoch in vielen Fällen zweckmässig sein, den Leitkanal 26' durch sich gegenüberliegende Vertiefungen im Zylinderkopf und Kolbenboden zu bilden, wobei es im allgemeinen zweckmässig sein dürfte, die Höhe der Vertiefung im Zylinderkopf größer zu treffen als die der Vertiefung im Kolbenboden. In Sonderfällen ist es auch denkbar, dass man den Leitkanal 26' ausschliesslich durch eine Vertiefung im Kolbenboden bildet, die so getroffen ist, dass sie gegen Ende der Verdichtungsbewegung des Kolbens vorzugsweise tangential Gas in die Wirbelkammer so einleitet, dass dieses Gas in der Wirbelkammer eine Drallströmung entlang der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer ausführt oder zumindest eine wesentliche Komponente dieser Drallströmung in dieser Umfangsrichtung der Wirbelkammer verläuft.
Es ist auch denkbar, dass man im Kolbenboden gegenüber der im Zylinderkopf 11 vorgesehenen Wirbelkammer 21 eine beispielsweise kalottenförmige Mulde vorsieht, die die Wirbelkammer in der oberen Kolbentotpunktstellung in den Kolbenboden hinein etwas fortsetzt, wobei jedoch die Höhe dieser kolbenbodenseitigen Mulde wegen der Wärmebelastung des Kolbenbodens zweckmäßig wesentlich kleiner als die Höhe des Bereiches der Wirbelkammer im Zylinderkopf getroffen sein kann.
Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 im wesentlichen durch die Anordnung der Ventile 13 und 14 relativ zur Zylinderachse und insbesondere durch die Ausbildung der Wirbelkammer 21 und des Kanales 26.
Die durch das Einlassventil 12 verschliessbare Einlassöffnung des Zylinderinnenraumes ist in einer flachen, kegelstumpfförmigen Vertiefung 31 des Zylinderkopfes 11 angeordnet, deren maximaler Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Ventiltellers 14 des Einlaßventils 12 ist. Die LängsacEsen 36, 37 des Einlaßventils 12 und des Auslaßventils 13 sind zu einer zu ihrer Verbindungsebene 39 parallelen Durchmesserebene 40 des Kolbens wie dargestellt versetzt. Der Kanal 26, der von der den Ventilteller 14 enthaltenden Vertiefung 31 zur Wirbelkammer 21 führt, ist durch eine einzige im Zylinderkopf 11 befindliche kanalförmige, flache, breite und sehr kurze Ausnehmung gebildet, deren Querschnitt in Richtung auf die Wirbelkammer zu abnimmt. Hierdurch wird der Impuls der im Leitkanal auftretenden Strömung verstärkt. Der Kanal 26 ist dabei direkt zwischen der Einlaßöffnung 25 und der Wirbelkammer 21 angeordnet und deshalb sehr kurz. Der eine Längs rand 32 des Kanals 26 verläuft etwa parallel zu der durch die Längsachsen 36, 37 des Einlaßventils 12 und des Auslaßventils 13 bestimmten Ebene 39. Diese gedachte Ebene 39 geht durch den Kanal 26 hindurch. Der andere Längsrand 33 des Kanals 26 besitzt einen geringeren Abstand von der Ebene 39 als der Rand 32 und verläuft unter einem spitzen Winkel zur Ebene 39 derart, daß sich der Querschnitt des Kanals 26 in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu verkleinert und daß sich eine Gasströmung von der Vertiefung 31 zur Wirbelkammer 21 ungefähr in Richtung des Pfeiles C ergibt. Der auf seiner ganzen Länge zum Kolbenboden hin offene und bezüglich der Ebene 39 asymmetrisch ausgebildete Kanal 26 mündet also in außermittiger Richtung in die Wirbelkammer 21, so daß die ebenfalls in außermittiger Richtung gemäß dem Pfeil C verlaufende, sich erst gegen Ende des Verdichtungsaktes ausbildende Gasströmung in der Wirbelkammer 21 eine Drallströmung bewirkt, die gemäß den Pfeilen D und E an der Umfangswandung 24 der Wirbelkammer 21 entlang verläuft. Die Breite des Kanals 26 ist wesentlich größer als seine Länge und es ist seine Höhe ungefähr konstant. In manchen Fällen kann es aber auch günstig sein, wenn sich die Höhe des Kanals 26 vorzugsweise in Richtung auf die Wirbelkammer 21 zu vergrößert oder verkleinert. Es kann ferner in manchen Fällen vorgesehen sein, den Kanal 26 durch mindestens einen Längssteg in mehrere vorzugsweise zueinander ungefähr parallele Teilkanäle zu unterteilen. Gegen Ende des Verdichtungsaktes wird das in der Vertiefung 31 befindliche Gas rascher als das in der Wirbelkammer befindliche Gas verdichtet, so daß sich die Gasströmung gemäß Pfeil C ergibt.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem der Kolben 10 ebenfalls gemäß Fig. 2 ausgebildet sein kann, weist die Wirbelkammer 21 einen im wesentlichen ovalen Querschnitt auf. Die Umfangswandung 24' der Wirbelkammer ist im wesentlichen zylindrisch. In manchen Fällen kann es aber auch zweckmäßig sein, einen im wesentlichen runden Querschnitt vorzusehen. Die Öffnung für das Auslaßventil 13 ist gemäß Fig. 3 in bezug auf die Mittelachse der Wirbelkammer 21 exzentrisch angeordnet, wobei die Quermittelebene der Wirbelkammer 21 parallel zur Durchmesserebene 40 des Zylinders ist.
Die Bohrung 27' für die einzige Zündkerze mündet in der Ecke zwischen der zylindrischen Wandung 24' und der Decke der Wirbelkammer 21 und ist in einem Bereich angeordnet, der dem Rand 33 des Kanals 26 benachbart ist. Alle Bereiche des Zylinderkopfes 11 mit Ausnahme der Wirbelkammer 21 des Kanales 26 und der flachen Vertiefung 31 sind Quetschflächen.
Gemäß einer in Figur 3 strichpunktiert dargestellten Variante kann der Zylinder in der Wirbelkammer 21 einen durch ein zweites Einlassventil 34 verschliessbaren Einlass 34' für Kraftstoff-Luft-Gemisch aufweisen, dessen Querschnitt kleiner als der Querschnitt des ersten Einlassventiles 12 ist. Es kann dann der erste mittels des Ventils 12 verschliessbare Einlass 25 dem Einleiten reiner Luft dienen, so dass der gesamte Kraftstoff durch das zweite Einlassventil 34 eingeführt wird. Dies ergibt eine besonders vollständige, rasche Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, so dass die Vorteile dieser Maschine noch weiter verstärkt werden. Man kann dabei in manchen Fällen auch vorsehen, dass durch beide Einlässe 25, 34' Kraftstoff-Luft-Gemische einströmen, wobei im allgemeinen jedoch das durch den Einlass 34' einströmende Gemisch fetter als das durch den Einlass 25 einströmende Gemisch sein sollte.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert bzw. verkleinert sich der Querschnitt des Kanals 26 in Richtung auf die Wirbelkammer. Es kann jedoch in vielen Fällen auch vorgesehen sein, diesen Querschnitt ungefähr konstant zu treffen, vorzugsweise eine ungefähr konstante Höhe und Breite dieses Kanals 26 vorzusehen.
Vorzugsweise ist ein einziger Leitkanal vorgesehen,.
der vom Einlaßventil zur Wirbelkammer führt, doch können gegebenenfalls auch zwei oder mehrere solcher Kanäle vorgesehen sein, vorzugsweise durch Unterteilung des Kanals 26 in mehrere vorzugsweise ungefähr parallele Teilkanäle durch trennende Längsstege.
Mit Quetschflächen des Zylinderkopfes bzw. Kolbenbodens sind diejenigen Bereiche dieser Teile verstanden, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens einen möglichst geringen Abstand voneinander haben, der normalerweise nur so klein ist, wie es erforderlich ist, damit es im Betrieb nicht zum Anstoßen des Kolbenbodens an den Zylinderkopf kommt.
Es ist nicht erforderlich, daß außer dem erfindungsgemäßen Leitkanal zusätzliche Leitkanäle, die nicht vom Einlaßventil herkommen und in die Wirbelkammer münden, vorgesehen sind. Doch ist die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt, so daß gegebenenfalls auch ein oder mehrere zusätzliche, zum Kolbenbodenlzw. Zylinderkopf hin offene, zur Wirbelkammer führende Kanäle im Zylinderkopf bzw. Kolbenboden vorgesehen sein können.

Claims

Patentansprüche

1. Fremdgezündete 4-Takt-Brennkraftmaschine mit Bildung des Kraftstoff-Luft-Gamisches ausserhalb des mindestens einen Zylinders, wobei jeder Zylinder ein einziges hängendes Auslassventil aufweist und der vom Auslassventil verschliessbare Aus lass in der Oberseite einer zumindest im wesentlichen im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer angeordnet ist, in der sich das zu verbrennende Gemisch in der oberen Totpunktstellung des Kolbens im wesentlichen befindet und deren Höhe kleiner als ihr maximaler Durchmesser ist, wobei der untenseitige Rand der im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammer bzw. des im Zylinderkopf befindlichen Wirbelkammerbereiches sich zumindest im wesentlichen innerhalb einer durch die Kolbenlaufbahn des Zylinders definierten seometrischen Zylinderfläche befindet, und ausserhalb der Wirbelkammer ein hängendes Einlassventil angeordnet ist, das vorzugsweise das einzige Einlassventil dieses Zylinders ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in den Zylinderkopf (11) und/oder den Kolbenboden ein zum Kolbenboden bzw. Zylinderkopf hin auf seiner ganzen Länge offener Kanal (26) eingelassen ist, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) einen vom Zylinderkopf und dem Kolbenboden begrenzten Leitkanal (26) bildet, der in aussermittiger, vorzugsweise ungefähr tangentialer Richtung in die Wirbelkammer (21) mündet und eine Verbindung zwischen dem unterhalb des Ventiltellers (14) des EinlaF-ventiles (12) befindlichen Zylinderinnenraumbereich und der Wirbelkammer bildet und an einem dem Einlaßventil benachbarten Bereich der Wirbelkammer in diese mündet, daß die außenseitigen Längsränder des Kanals (26) an Quetachflächen des Zylinderkopfes bzw. des Kolbenbodens angrenzen und daß eine einzige Zündkerze (27) vorhanden ist, die in der Wandung (24, 24') der Wirbelkammer (21) angeordnet ist.

2. maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) durch eine einzige im ZWlinderkopf (11) befindiche Vertiefung gebildet ist.

3. maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) durch mindestens einen Längssteg in mehrere, vorzugsweise zueinander parallele Teilkanäle unterteilt ist.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Einlaßventil (12) verschließbare Einlaß in einer flachen Vertiefung (31) des Zylinderkopfes angeordnet ist, deren maximaler -Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des Ventiltellers (14) des Einlaßventiles (12) ist.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bereiche des Zylinderkopfes (11) mit Ausnahme der Wirbelkammer (21), des Kanales (26') und der die durch das Einlaßventil (12) zu verschließende Öffnung aufweisenden flachen Vertiefung (31) Quetschflächen sind.

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Kanales (26) in Richtung auf die Wirbelkammer (21) zu verkleinert.

7. maschine nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die IIöhe und Breite des Kanales (26) ungefähr konstant sind.

8. maschine nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhe und der Querschnitt des Kanales (26) von der Nähe des Einlaßventiles (12) aus in Richtung auf die Wirbelkammer (21) zu vergrößert.

9. Maschine, bei der der zum Einlaßventil führende Saugkanal so verläuft, daß das Gemisch im Zylinder um die Zylinderachse rotiert, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) ungefähr in Rotationsrichtung (Pfeil A) der Rotation des Gemisches verläuft.

10. maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dß der Kolben ein Flachkolben (10) oder ein K*4ben mit schwach gewölbtem Kolbenboden ist.

11. aschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) verbleibende Volumen des Verbrennungsraumes im wesentlichen, vorzugsweise zumindest zu 80 5o durch die Wirbelkammer (21) und den Kanal (26) gebildet ist.

12. Lasdine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (24) der Wirbelkammer (21) einen spiralförmigen Verlauf hat, wobei sich der Abstand dieser Umfangswandung von der Längsachse des Auslaßventiles (13) in der Rotationsrichtung der sich in ihr ausbildenden Drallströmung (Pfeil B) auf eine Abrikante (23) der Mündung des Leitkanales (26') zu verkleinert.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekerrzeichnet, daß die Wirbelkammer,(21) im wesentlichen runde Querschnitte hat.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekernzeichnet, daß die Wirbelkammer (21) im wesentlichen orale Querschnitte hat 1.

Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Offnung für das Auslaßventil (13) in Bezug auf die Wirbelkammer (21) exzentrisch angeordnet ist.

16. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (24') der Wirbelkammer zumindest im wesentlichen zylindrisch ist.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kolben (10) zugewendete Öffnung (29) der Wirbelkammer (21) kleiner als ihr maximaler Querschnitt, jedoch größer als der Durchmesser des Auslaßventiltellers (17) ist-~

18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Boden des Auslaßventiltellers (17) in voll geöffneter Stellung ungefähr in Höhe des größten Durchmessers der Wirbelkammer (21) befindet.

19. Naschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (4, 24') der Wirbelkammer (21) zumindest teilweise ungekühlt ist, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang, derart, daß sie in Teil- und Vollastbetrieb Betriebstemperaturen von mindestens 300°C zu C und höchstens 500 - 6000 C annimmt.

20. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 9 oder ist - 19, dadurch gekennzeichnet, daß im kolbenboden gegenüber der zylinderkopfseitigen Wirbelkammer (21) eine Mulde vorgesehen ist, die in der oberen Totpunktstellung des Kolbens (10) die Wirbelkammer etwas in den Kolbenboden hinein fortsetzt.

21. Maschine nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kanales (2) wesentlich größer als seine Länge ist.

22. Maschine nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Verbindungslinie (39) zwischen den verlängert gedachten Längsachsen (36, 37) des Einlaßventiles (12) und Auslaßventiles (13) durch den Kanal (26) geht.

23. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis mindestens 10 : 1, vorzugsweise mindestens 14 : 1 beträgt.

24. Maschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis 15 5 : 1 bis 18 : 1 beträgt.

25. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelkammer (21) ein durch ein zweites Einlaßventil (34) verschließbarer Einlaß für Kraftstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist, dessen Querschnitt kleiner als der Querschnitt des ersten Einlaßventiles (12) ist.

26. maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß dem Einleiten reiner Luft dient.

27. Verfahren zum Betreiben einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftüberschuß des sie antreibenden Kraftstoff-Luft-Gemisches mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 30 %, beträgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der lJuftüberschuß mindestens 40 %, vorzugsweise mindestens 50 % beträgt.

29. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) so angeordnet ist, daß die aus ihm gegen Ende des Verdichtungstaktes in die Wirbelkammer (21) einströmende Gasströmung in dieser eine Drallströmung ungefähr parallel zum Kolbenboden erzeugt, vorzugsweise eine zur Längsachse des Auslaßventiles ungefähr koaxiale Drallströmung.

L e e r s e i t e