DE2605738C2 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete, ein Betriebsgemisch aus Kraftstoff und Luft ansaugende Brennkraftmaschine, bei der gemäß dem deutschen Hauptpatent 25 22 577 die Zündeinrichtung in dem Wandbereich der Zündkammer angeordnet ist, die den Wirbel in bezug auf die Wirbelachse radial begrenzt, und der Zündfunke zwischen den Elektroden mindestens teilweise die Wandgrenzschicht des Wirbels durchdringt. Im Bereich einer in der Umfangsrichtung des Wirbels sich erstreckenden Wandgrenzschicht ist die Gemischgeschwindigkeit gering und es bestehen insbesondere nur feinballige turbulente Schwankungen, d. h., die Längenmaße der vorhandenen Turbulenz sind gering, in unmittelbarer Nähe der Wand ergibt sich eine laminare Strömung (laminare Unterschicht). Nachteilig bei dieser Zündkammer ist jedoch, daß ihre Zündeinrichtung aus einer normalen Zündkerze besteht. Deshalb muß sich auf dem Weg zu den Elektroden der Zündkerze das gut aufbereitete Gemisch von der Wand ablösen. Dies hat den Nachteil, daß das der Zündfunkenstrecke zuströmende Gemisch nach der Ablösung höhere Geschwindigkeiten und dadurch eine verstärkte Turbulenzstruktur annimmt, derzufolge die Zündwilligkcit vermindert wird. Die verminderte Zündwilligkeit begrenzt die Abmagerungsmöglichkeit des Betriebsgemisches.

Durch die US-PS 29 24 210 ist eine im wesentlichen zylindrische Zündkammer bekannt, bei der die Zündkerze in einer Zündkammerwand vorgesehej ist die eine dort aufgrund des tangential einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches gebildeten Wirbel axial begrenzt

ίο Zweck dieser Einrichtung ist es, ein gegenüber der stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemischzusammensetzung stark abgemageites Gemisch noch zur sicheren Entflammung zu bringen. Dafür soll der Effekt ausgenutzt werden, daß das in der Zündkammer in Rotation gebrachte Gemisch aufgrund der Zentrifugalkräfte an der Peripherie der rotierenden Massen mit Kraftstoff angereichert wird. Die Zündkerze ist dabei an der axial begrenzenden Wand im Bereich des Eintrittsguerschnitts des in die Zündkammer einmündenden Über-Strömkanals eingesetzt Diese Anordnung hat den Nachteil, daß das eintretende Frischgemisch, wenn es der Gemischrotation in der Zündkammer folgend an die Zündkerze gelangt, sich stark mit den in den Zündkammern dieser Konstruktion vorhandenen Restgasen von der vorausgegangeaen Verbrennung vermischt hat, so daß die Entflammbarkeit wesentlich herabgesetzt ist Durch die Einbaulage der Zündkerze ist ferner die Wirkung der beschriebenen Kraftstoffanreicherung sehr gering, zudem ist die Zündkerze einer starken Turbulenz durch das zuströmende Frischgemisch ausgesetzt, was die Bedingungen zur Ausbildung einer Wandgrenzschicht stark verschlechtert und möglicherweise noch bestehende Schichtungen turbulent auflöst Eine andere durch diese US-PS bekannte Zündkammer wird durch zwei Überströmkanäle mit Frischgemisch gefüllt. Diese Überströmkanäle grenzen an eine gemeinsame Bezugsebene an und sind bezüglich einer senkrecht zu dieser Bezugsebene stehenden Symmetrieebene spiegelbildlich ausgebildet, gegeneinander gekrümmt und vereinigen sich noch vor der Zündkammer, die bezüglich dieser Symmetrieebene ebenfalls symmetrisch ausgebildet ist. Die Längsachse einer zugeordneten normalen Zündkerze liegt in dieser Symmetrieebene. Die beiden Überströmkanäle vereinigen zwei Gemischströmungen zu einer einzigen, wobei die Gemischströme an der Vereinigungsstelle aufeinander prallen und dort eine starke Turbulenz erzeugen. Infolgedessen herrschen im Bereich der Zündfunkenstrecke Geschwindigkeiten und auch Turbulenzen, die größer sind als diejenigen im Be^reich der Funkenstrecke der Zündeinrichtung gemäß der Lehre des Hauptpatents 25 22 577.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Brennkraftmaschine von der in dem Hauptpatent 25 22 577 beschriebenen Art weiter zu verbessern unter Vermeidung der oben genannten Nachteile.

Vorteile der Erfindung

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 haben den Vorteil, daß die von der Wand der Zündkammer gebildete Elektrode beim Zuströmen von Gemisch zur Funkenstrecke keine Turbulenzen erzeugt. Von dieser Elektrode ausgehende Zündfunken durchdringen dadurch eine ungestörte Wandgrenzschicht, die mit gcringer Geschwindigkeit unmittelbar an der Wand sogar laminar strömt, was die Gefahr von Flammenlöschungen weiter vermindert und die Abmagerungsmöglichkeit des Betriebsgemisches weiter hinausschiebt.

Die Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat zusätzlich den Vorteil, daß die andere Elektrode keine zufälligen Ausrichtungen haben kann, die gegebenenfalls Turbulenzen im Gemisch nach sich ziehen, noch bevor dieses Gemisch an der Zündfunkenstrecke angekommen ist. Infolgedessen kann die Abmagerungsgrenze für das Betriebsgemisch abermals hinausgeschoben werden.

Die WeiterbUdung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 hat den Vorteil, daß im Grenzbereich der beiden Wirbel eine Turbulenz und damit eine hohe Flammenausbreitungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Alisführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt,

Fig.2 das erste Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 1 im Querschnitt,

Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und

F i g. 4 das Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 im Querschnitt

25 Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gezeigt. Ein Zylinderkopf 3' dieser Brennkraftmaschine weist wenigstens einen Hauptbrennraum 4' auf, der noch von einem nicht dargestellten Motorkolben, der Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßhübe ausführt, variabel begrenzt wird. Dem Hauptbrennraum 4' ist eine im wesentlichen zylindrische Zündkammer 8' zugeordnet, die sich innerhalb eines Zündkammereinsatzes 13' befindet. Der Zündkammereinsatz 13' bildet eine die Zündkammer 8' in radialer ,Richtung bestimmende Wand 13'a und ragt in den Hauptbrennraum 4' hinein und hat in der Wand 13'a Oberströmkanäle 7"", die die Zündkammer 8' mit dem Hauptbrennraum 4' verbinden. Die Oberströmkanäle 7"" sind so ausgerichtet, daß Verlängerungen ihrer Längsachsen von der Längsachse der Zündkammer 8' Abstände haben. AiIe Überströmkaivlle 7"" sind so ausgerichtet, daß bei einem Verdichtungshub des Motorkolbens durch sie hindurch einströmendes Betriebsgemisch im gleichen Drehsinn einen entstehenden Wirbel antreibt. Entlang der Wisd hat der Wirbel eine Wandgrenzschicht, innerhalb der, wie bereits in der Einleitung erwähnt, nur geringe Geschwindigkeiten und feinballige turbulente Schwankungen auftreten. Wie bereits erwähnt, hat diese Wandgrenzschicht eine laminare Unterschicht.

Der Zündkammer 8' ist eine Zündeinrichtung zugeordnet. Eine erste Elektrode dieser Zündeinrichtung besteht aus der Wand 13'a und eine zweite Elektrode 20 besteht aus einem im vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse der zylindrischen Zündkammer 8' verlaufenden Stück Draht, das gegenüber der Wand 13'a elektrisch isoliert von einer Zündkerze 11 gehalten wird. Die Elektrode 20 verläuft deshalb in einem Bereich, in dem sie zur Erzeugung von Zündfunken dient, in gleichbleibendem Abstand zur Wand 13'a und im wesentlichen quer zur Umlaufrichtung des Wirbels. Der gewählte Abstand der Floktrode 20 zur Wand 13'a bestimmt die Länge der Zündfunkenstrecke. Weil die Zündfunkenstrecke unmittelbar an die als Elektrode dienende Wand 13'a angrenzt, durchdringen Zündfunken die Wandgrenzschicht mindestens dort, wo ihre Gsschwindigkeiten am geringsten und die Turbulenzen am schwächsten sind oder gar fehlen. Dies ergibt den bereits in der Einleitung beschriebenen Vorteil der verbesserten Zündsicherheit und der Möglichkeit, das Betriebsgemisch besonders stark abzumagern.

Die F i g. 3 und 4 zeigen ebenfalls eine zylindrische Zündkammer 8, die sich in einem aus zwei Teilen 13,14 zusammengesetzten Zündkammereinsatz befinden. Dieser Zündkammereinsatz ist in einen Zylinderkopf 3 eingebaut und bildet zusammengesetzte Wände 13a und 14a, die die Zündkammer 8 in radialer Richtung zylindrisch begrenzen. Dabei bildet die Wand 13a wiederum eine erste Elektrode. Die zugeordnete zweite Elektrode 20 ist aus dem ersten Ausführungsbeispiel übernommen und wird wiederum von einer Zündkerze 11 gehalten.

Die Verbindung eines Hauptbrennraums 4 der Brennkraftmaschine mit der Zündkammer 8 besteht beispielsweise aus zv/ei durch die Wand 14a »«erlaufenden Überströmkanälen 7'", von denen der eine ii,i wesentlichen tangential zur Zündkammer 8 an einem bei der Zündkerze 11 befindlichen Zündkammerende 8a einmündet und zum Erzeugen eines ersten Wirbels dient .Der andere Übei itrömkanal T" mündet axial versetzt am gegenüberliegenden Zündkammerende 86 und ist ebenfalls im wesentlichen tangential zur Zündkammer 8 angeordnet Dabei ist dieser Kanal T" so ausgerichtet, daß die Drehrichtung eines von ihm zu erzeugenden zweiten Wirbels der Drehrichtung des ersten entgegengesetzt ist Sobald Betriebsgemisch durch die beiden Überströmkanäle T" in die Zündkammer 8 einströmt, bilden sich zwei entgegengesetzt drehende Wirbel aus, die sich in axialer Richtung ausdehnen und sich dabei schließlich berühren. Innerhalb eines Bereichs, in dem sich die beiden Wirbel berühren, werden hohe Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten erreicht Durch Bemessung der Querschnitte der Überströmkanäle T" und/oder Verwendung der parallel zur Wand 13a verlaufenden Elektrode 20 kann erreicht werden, daß mittels Zündfunken in der Wandgrenzschicht ausgelöste Flammen direkt oder auf kurzem Weg sich in den angesprochenen Bereich ausdehnen können. Die dort erreichten hohen Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten bewirken eine in gewünschter Weise schnelle Umsetzung des Gemisches in der Zündkammer. Ein zwischen dem Zündkammereinsatz 13,14 und dem Zylinderkopf 3 vorgesehener isolierender Luftraum 19 sorgt für eine erhöhte Temperatur der Wände 13a und 14a und begünstigt dadurch die Flammenentwicklung in denjenigen Teilmengen des Gemisches, die an die Wand 13a, 14a angrenzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Fremdgezündete, ein Betriebsgemisch aus Kraftstoff und Luft ansaugende Brennkraftmaschine, die wenigstens einen von einem Antriebskolben begrenzten Hauptbrennraum und eine nur mit diesem durch wenigstens einen Oberströmkanal verbundene, im wesentlichen rotationssymmetrisch geformte, eine Zündeinrichtung mit im Wandbereich der Zündkammer liegenden Elektroden enthaltende Zündkammer aufweist, in deren zur Symmetrieachse radialen Wand der Oberströmkanal tangential so einmündet, daß in der Zündkammer eine sich um die Symmetrieachse drehende Wirbelströmung entsteht, wobei dem Hauptbrennraum die gesamte Betriebsgemischfüllung pro Arbeitstakt zugeführt wird und die Ztndkammer während des Kompressionstaktes ausschließlich aus dem Hauptbrennraum mit Betriebsgemisch versorgt wird, das im wesentlichen mager eingestellt ist mit einer Luftzahl λ > 1, und bei der gemäß dem Hauptpatent die Zündeinrichtung in dem Wandbereich der Zündkammer angeordnet ist, der den Wirbel in bezug auf die Wirbelachse radial begrenzt und daß der Zündfunke zwischen den Elektroden mindestens teilweise die Wandgrenzschicht des Wirbels durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Zündkammer als Masseelektrode dient

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (20) weitgehend mit gleichbleibendem Abstand zur Umfangswand der Zündkammer und ^fuer zur Strömungsrichtung des Wirbels angeordnet ist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von wenigstens zwei Überströmkanälen (T") diese so ausgerichtet sind, daß sie zwei um eine gemeinsame Achse in entgegengesetzten Drehrichtungen drehende Wirbel erzeugen.