DE2731086C3 - Gemischverdichtende Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Viertaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

( V_QX und

_Q1) zur Vcntiltaschc (V₁ ) unter illl (4) d i d

V₁,

_QX V_Q1) zur V ₁

dem Einlaßvcntilleller (4) und weiter zu dein restlichen kompakt ausgebildeten Teil ( V₁ und V_R) des Brennraumes (V_K) zunimmt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß

- im Kolben (7) als Mulde (23) ein weiterer Teil der Vcntiltaschc ( V₁ ) und des weiteren Teiles ( V_K)(ics Brennraumus ( V_K ) unter dem Ventilteller (16) des Auslaßventils (13) und unter der Zündstelle (Zündkerze 11 oder Schiißkanalmündung 30) ausgebildet ist.

- der etwa parallel zum Ventilteller (16) im Bereich des Außenumfangcs des Kolbens (7) flach ausläuft.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch I oiler 2. dadurch gekennzeichnet,

- daß die Zündstelle (Zündkerze U oder Schußkanalmündiing 30) - in Zylinderaehsriciitung gesehen - annähernd auf einer miltelsenkrechten Linie zu tier Verbindungslinie der Ventiltellermitten angeordnet ist.

- wobei der Absland der /iiiulslelle vom gemeinsamen Schwerpunkt (26) des kompakten Teils ( \'_K und V₁ ) am kleinsten und der Abstand vom Schwerpunkt (2fl) des grö-Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Brennkraftmaschine, gemärt dem Oherhegriff des Patentanspruches I.

Es ist anzustreben, bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine einen hohen Wirkungsgrad des Vcrbrennungsablaufs durch die Annäherung an den Gleichiaumprozeß zu erreichen. Diese Forderung führt zu einem möglichst hohen Verdichtungsverhältnis.

Bekannte Brennraumanordnungen bekommen bei hohem Verdichtungsverhältnis eine ungünstige Form, die oft zu einem hohen Oktanzahlbedarf bzw. zu einer klopfenden Verbrennung führt. Sind z. B. beide Ventilteller dachförmig ausgebildet, wie bei der V-Ventilanordnung oder bei einem Keilbrennraum, beansprucht der Raum zwischen dem Kolbenboden und den Ventiltellern das ganze zur Verfugung stehende Brennraumvolumen. Es ist dann schwierig, den Brennraum günstig aufzuteilen und dadurch den Verbrennungsablauf zu steuern.

Bei parallel zur Zylinderachse angeordneten Ventilen kann eine Volumenanhäufung an der Zündkerze, was eine wichtige Voraussetzung für einen günstigen Verbrennungsabiaul ist, durch eine tiefe Mulde im Kolbenboden (Heronbrennraum) verwirklich werden. Nachteilig ist jedoch die große Kolbenmasse und eine thermische Überlastung des Kolbens zwischen der Mulde und der Ringpartie.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine gemäß DE-Patentanmeldung D 4 707, hekanntgemacht am 2(i. 07. 51, ist der Ventilteller des Auslaßventils in einer gegenüber dem Ventilteller des Einlaßventils zurückgesetzten Lage innerhalb einer teilweise über den Zylinderumfang hinausreichenden Ventiltasche angeordnet. Nachteilig ist der Steg zwischen den beiden Ventilen, der insbesondere bei einem Zylinderkopf mit eingesetzten Ventilsitzringen aus Lestigkeitsgri'mden sehr breit sein muß. Die demzufolge teilweise außerhalb der Zylinderführung liegende Ventiltasche bildet einen zerklüfteten Brennraum mit langen Brennwegen, der zu einer klopfenden Verbrennung neigt. Der Steg zwischen den Ventilen hindert die Ausströmung der verbrannten Zylinderladung. Das versetzte und parallel zum Hinlaßventil angeordnete Auslaßventil bedingt ferner einen komplizierten Vc η ti la η trieb.

Bei einer ähnlichen anderen bekannten Brennkraftmaschine gemäß DfI-OS 2 542¹M2 ist eine Vcnliltasche unter dem Auslaßventil mit dem restlichen Brennraum mittels eines l.eitkanals verbunden. Die (Icstaltung des l.eitkanals fuhrt zu einer übermäßig großen Ouclscliflächc. Der schmale Leitkanal und die große Otietschlläche verursachen große Ströiiningsvcrluslc, was sich negativ auf ilen Wirkungsgrad der Verbrennung auswirkt. Die Lage der Zündkerze in der Ventiltcische nahe derOuetschfläche führt /u einer unvollständigen Verbrennung ir eier unmittelbar be-

nachharten großen und dünnen Quetsehfläehe. Durch die Lage der parallelen Veniile innerhalb des Zylinderumfanges ist der Ventildurchmesser sehr beschränkt.

Bei einer weiteren bekannten Brennkraftmaschine gemäß DE-AS I 0720(M) sind in zwei Ventiltaschen je ein Auslaßventil und eine Zündkerze angeordnet. Das Einlaßventil liegt in einem dünnen Quetschraum. Nachteilig ist wieder der Steg zwischen den Ventiltellern und die daraus resultierende Lage der Vrutiltaschen teilweise außerhalb des Zylinderumfanges.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Brennrauinform. vorzugsweise für eine hochverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit Fremdzündung, zu schaffen, die eine Verbrennung der Zylinderladung mit hohem Wirkungsgrad und geringer Klopfgefahr bei zugleich günstiger Ventilsteuerungsanorduung ermöglicht.

Von der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch ergeben sich sowohl für die Ventilbetätigung als auch für die Ventilsitzanordnung räumlich günstige Voraussetzungen um einerseits bei einem Reihenmotor die Ventilsteuerung mit einer Nockenwelle auszubilden und andererseits die Ventilsitzringc bei geringem Abstand mit hoher Festigkeit anzuordnen. Weiter ermöglicht die Anordnung und Ausbildung der Vcntiltaschen bzw. Brennraumteile sowohl günstige Einströmverhältnisse für die Ladung als auch günstige Formen und Größen der sich ergebenden Quetschspalte für die Durchwirbelung und Durchzündung der Ladung. Die Unterar.sprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Aus der GB-PS 637209 und der CH-PS 276«20 sind zwar einzelne kennzeichnende Merkmale der Erfindung bekannt. So zeigt die GB-PS 637 20¹J die Anordnung eines weiteren Teiles des Brennraumes als etwa querab von den Ventiltaschen an die Zylinderbohrung angenäherte, eine Zündkerze enthaltende Erweiterung. Jedoch ragen auch hierbei Teile des Brennraumes über die Zylinderbohrung hinaus und es besteht iir übrigen keine Übereinstimmung oder Anregung mit bzw. zu der Gesamtkombination der Erfindung. Die CH-PS 276«20 enthalt eine für sich mit der Erfindung übereinstimmende Ventilanordnung, jedoch weder eine Ausbildung des Brenr.raumes noch eine Anordnung des EinlaLikanals im Sinne der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in tier Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. I einen Tcik|ucrschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit eiern Brennraum und einer Ventilanordnung gemäß der Eifindung,

Fig. 2 eil!·: ausschnittweise Unteransicht des Zylinderkopfes nach Fig. I,

Fig. 3 einen Teilschnilt durch einen Zylinderkopf mit einer abgewandelten Ausführiingsform gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf mit einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Der in Fig. I dargestellte Teili|ucrs(.hnilt durch ilen Zylinderkopf einer mehrzyliiidfigen Viertaktlifehnkraftmaschine mit Fremdzündung zeigt ein je Zylinder parallel zur Zylinderachse I angeordnetes Einlaßventil 2. Das Einlaßventil 2 ist, wie auch Fig. 2 zeigt, zu der Zylindcrbohrung 3 außermittig angeordnet. Der Ventilteller 4 ties Einlaßventils 2 ist gegenüber der Trciinchcnc 5 des ZylimVrkopfes 6 zurückgesetzt, so daß zwischen ihm und dem Kolbenboden 7' bei OT-Lage des Kolbens 7 eine flache Ventiltasche Γ, verbleibt. Die Ventiltasche V_t kann auch im Kolben · boden 7' ausgebildet werden, sofern der Ventilteller 4

ι in der Trennehene 5 liegt.

Etwa tangential zur Zylinderbohrung 3 ist ein Einlaßkanal 8 angeordnet. Die Ventiltasche l\ ist in Strömungsrichtung kegelförmig (10) geöffnet, um die Zuströmung in Richtung der Einlaß-Kanalachse 9 zu

in ermöglichen. Gleichzeitig verringert die kegelförmige Kontur 10 die Fläche eines dünnen Quetschspultes K₀₁ in der Nähe der Zündkerze 11. Die tangential zur Zylinderbohrung 3 gerichtete Zuströmung wird noch durch eine gegenüber der kegelförmigen Kontur

π 10 in der Ventiltasche V_E angeordnete Schulter 12 unterstützt.

Schräg zu der Reihe von Einlaßventilen 2 ist eine Reihe von Auslaßventilen 13 angeordnet. Der Abstand der Ventilachsen an deren Ventilschüflenden 14

-ή und 15 ist kleiner als an deren Tellerenden. Der Ventilteller 16 des Auslaßventils 13 ist ieweils zu dem Ventilteller 4 des Einlaßventils 2 so geneigt, daß sich die Ebenen 17 und 18 der beiden Ventilteller 4 und 16etwa im Bereich ihrer giößten Annäherung schnei-

j-, den. Die in den Zylinderkopf 6 eingesetzten Vuntilsitzringe 19 und 20 stützen ihre Preßsitze gegeneinander ab. Der dazwischenliegende Steg 21 kann daher schmal sein. Dies ermöglicht, innerhalb des Zylinderdurchmessers 3 verhältnismäßig große Ventile un-

iii terzubringen. Die Ventilschaftenden 14 und 15 aller Ventile im Zylinderkopf 6 liegen nahezu in einer Linie, was eine einfache Betätigung mittels einer einzigen, im Zylinderkopf liegenden Nockenwelle ermöglicht.

r, Die zwischen dem Ventilteller 16 des Auslaßventils 13 und dem Kolben 7 ausgebildete Ventiltasche l·', ist im wesentlichen innerhalb der Zylinderbohrung um einen Teil des Brennraumes V_K erweitert. Die Kontur

22 des Teiles V_R schneidet sich mit der Kontur 10 in der Ventiitasche V_t. Der überwiegend im Zylinderkopf 6 ausgebildete Brennraum V_K ist mit einer Mulde 23 im Kolbenboden 7 ergänzt. Die Grundfläche 24 der Mulde 23 verläuft etwa parallel zur Ebene 18 des Ventiltellers 16 des Auslaßventils 13 Entspre-

n chend der Neigung des Auslaßventils 13 ist die Mulde

23 etwa in der Mitte des Kolbens 7 arr. tiefsten und im Bereich des Außenumfanges des Kolbens 7 läuft sie flach aus. Dadurch wird eine thermische Überlastung des Kolbens 7 vermieden, weil zwischen seiner

,π Mulde 23 und seiner Ringpartie 25 ein ausreichender Querschnitt für die Wärmeabfuhr zur Verfügungsteht.

Die flache Ventiitasche V_h mündet im Bereich der

sich schneidenden Konturen 10 und 22 in den wesent · lieh dickeren Teil des Brennraumes V_K, so daß die

,-, Zyünuerladung aus dem Raum V_h in den kompakten Teil am Ende des Konipressionshubes frei einströmen kann.

Im Teil V₁₁ des Brennraumes V_K ist in der Nähe des Auslaßventils 13 eine Ziindstelle angeordnet. In

₁₍₍ Fig. I und 2 ist eine Zündkerze U dargestellt. An dieser Stelle kann aber auch eine andere Zündi|uelle. z. H. ein Vcrbinilimgskannl 30 einer Züiulknmmer 29. ausgebildet werden, wie in Fig. 3 ['ezoiut ist.

Den Rest des Brennraumes V_K zwischen dem Zy-

_h-, linderkopf 6 und dem Kolbenboden 7' innerhalb der Zylinderbohrung 3H!deteiii Quetschspalt l'_c,. Dieser Teil des Brennraumes ist so flach, daß die Ladung am Ende des Konipressionshubcs in die benachbarten

/ollen, übe ι wiegend in clic Venliltaschc I , verdiangt winl. Dei Ouctschspalt L ist in /wei Zonen autgcleill. wie in lig. 2 dargestellt ist. I -1 i 11 kleinerer Teil

I _v ! liefinilet sich in der Nahe der Zündkerze 11 unil ein größerer I eil Γ , liegt relativ weit win der Zündkerze 11 entfernt dieser etwa gegenüber.

Der Abstand /wischen der Zündkerze I 1 um\ dem Schwerpunkt 26 der kompakten Teile l_w und L₁ des Bicnnraumes \'_k ist sehr kurz. Der Schwerpunkt 27 tier !lachen Ventiltasehc I, liegt von der Zündkerze

II weiter entfernt υ ml die Lntfernung vom Schwerpunkt 28 iles griilleren Teiles I _t, , lies Qiietschsp.iltcs I ,, ist ,im grollten.

Die angesaugte Ladung wird durch die tangeiiliale Anordnung des I inlallkanals 8 und durch die Imm der Ilaehen Vcnliltasche I', in eine Drehbewegung seisLtzt. Die einzelnen I eile des Hrcnnraumcs I^ sind in Richtung der rotierenden Ladung gesehen (I'leilrichtung) in der Reihenfolge I _v . I , I _K I , atigeiiidnei. Die iiöhe liei nicnnrauiiiiciic iiiiuuii in dieser Rcilicnlolgc zu Die rotierende Ladung wird am Lude des Konipressionsluibes aus dem dünnen Ouetschspalt 1_t,. überwiegend in den Raum I , und weitet in die kompakten I eile I '„ uml I₁ lies Hrennratimes I^ verdrängt. Die beim AhsiUigvorgang erzeugte Rotation wird am linde lies Kompiessionshubes durch die gunstige Aufteilung lies Brennraumes \\ weiter verstärkt. Line intensive Turbulenz beschleunigt die erste Plinse des im kompakten Teil I _K und I₁ des Ilrennraumes L^ erfolgten Vcrbteiinungsablaiil'es wir dem oberen Totpunkt und in O I-Nahe.

Kurze Hrcntidaucr bedeutet eine größere Annäherung an den (ileichraumprozeß und dadurch höheren Wirkungsgrad. Der Ventilteller 16 des Auslaßventils 13 isl im kompakten Teil des Brennraumes angeordnet, an einer Stelle, an der er wahrend der ersten VerbrennungsphasL· trotz seiner Wärmeabgabe noch keine klopfende Verbrennung verursachen kann. Die kleine Oberfläche des kompakten Teiles des Hrennr.iumes I '_k und der heiße Ventilteller 16 lies Auslaßventils 13 vermindern die durch die Turbulenz bediniiten Warmcverliiste. Kleine Oberfläche und die I in Inilenz wirken sieh positiv auf das Durchbrennei des (iienzscbichlvoluincns und dadurch auf die KoIi Ienvv asserstoff-Lmission aus.

In Ol-Nahe erreicht die von der Zündkerze \ ausgehende I lamnienfront auch die weiter entfernli Venlillasche L,. Dieser Raum ist flach, damit eil möglichst großei Anteil des zur Verfügung stehende! Hieiinraumvoliimens in deren kompaktem Teil kon zenlrieit weiden kann. Line Mindesthöhe von etw; 4 mm ist aber erforderlich, damit eine vollständig!. Verbrennung auch in dieser Zone erfolgen kann. Dk durch die Verbrennung auftretende Druckwelle vct dichtet den noch unverbrannten Anteil der I admit voi sich her Line verhältnismäßig grolle und von Liulaßveutil 2 gut gekühlte Oberflache der VeiMiltu sehe I₁ vermindert die (iefahr. daß sich dei noch im verbrannte .Anteil von selbst entzündet. List in de letzten \ erbrennungsphase nach Ol erreicht ilii Llaniinenfront t.\i:\) von der Zündkerze 11 am weile sicii fiiii ui Uten μι ( M.'iei cm i Oil S'^ , tics iyüCiSCi'tSp.i!iC I In dieser Lage des Kolbens 7 isl der Quelschspal I , bereits vviedci relativ weil geöffnet und eine voll standige Verbrennung ist auch in dieser Zone gewiihi leistet

Der kompakte Teil \'_H und I₁ ik s Urenniaiime \ _K kann auch für Mildiing eines heterogenen Kralt stoll-l .iiit-C iemisches ausgenutzt werden. Hei dem η I ig. 4 gezeigten Ausfülltungsbeispiel isl im kompak ten 11. .! des lirennrauines l'_k ein I "linsprit/venlil 3 aiigeoidnel. Der Kraftstofl wird wahrend lies Korn piessionshubes auUerhalbdcr Mulde 23 uml damit de kompakten Htennrautnteils zur Hililung eines inage ren Krallstofl-I .ufl-( iemisches eingespritzt. Ab etw; 5(1 vor Ol wiril der Kraftstoff ausschließlich in du Mulde 23 gespritzt, in dieser letzten Phase des Korn prcssionshuhcs bildet sich auf diese Weise im korn pakten Brennraumteil in der Nahe der Zündkerze 1 ein fetteres und gut zündbares Gemisch. Der im korn pakten Hrennraiimteil verbrannte Anteil der Ladun dient dann zur Ziindungdes mageren schwer zunilba ren Ciemisehes. Das Lrgebnis isl ein niedriger Kralt stoffverbrauch und eine verminderte Schadstoll [•!mission.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

27 3t 086 Patentansprüche:

1. Gemischverdichiende Viertakt-Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Brennkraftmaschine,

- mit einem durch Kolben und Zylinderkopf begrenzten Brennraum,

- mit einem parallel zur Zylinderachse angeordneten Einlaßventil, und

- mit einem Auslaßventil, das zum Einlaßventil in einer parallelen Ebene so geneigt ist, daß der Abstand der Ventilachsen an den Ventilschaftenden kleiner ist als an den Tellerenden,

und ferner

- mit unter den Ventiltellern angeordneten Ventiltaschen,

- von denen diejenige unter dem Auslaßventil im Zylinderkopf ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Ebenen (!7 und 18) der Ventilteller (4 und 16) etwa im Bereich deren größter Annäherung schneiden,

- daß die Ventiltaschen ( V_t und V_A ) und ein weiterer Teil ( V_R ) des Brennraumes ( V_K ) räumlich ineinander übergehen,

- wobei der weitere Teil (V_R) des Brennraume« (V₁₁) von einer etwa querab von den Ventiltuschen ( V_h und V_A ) an die Zylinderbohrung (3) angenäherten, die Zündstelle (Zündkerze 11 oder Schußkanalmündung 30) einschließenden Erweiterung gebildet ist, und

- daß der vom Einlaßventil (2) gesteuerte Einlaßkanal (8) etwa tar._bcntial zur Zylinderbohrung (3) von der dem weiteren Teil ( V_H ) des Brennraumes (K_x.) gegenüberliegenden Seite des Einlaßventils (2) her einmündet,

- wobei die Höhe der Brennraumteile von dem den Vcntiltaschen ( V₁ und V_A ) benachbarten größeren Teil ( V₁,,) eines Quetschspaltes ( V d V ilh (V

ßeren Teiles ( V_Q2) des Quetschspaltes ( V^_n und V₀₂) am größten ist,
während aer Abstand zum Schwerpunkt (27) der Ventiltasche ( V_f:) unter dem Einlaßventilteller (4) dazwischen liegt.