DE2735885C2 - Viertakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündete Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche ist aus der US-PS 17 82 395 bekannt.

Diese Brennkraftmaschine weist zwei stehende Ventile auf. Im Zylinderkopf ist ein Hauptbrennraum ausgebildet sowie eine die Elektroden einer Zündkerze aufnehmende Zündkammer, die von einer gegen den Kolben vorspringenden Wand umgeben ist, die von auf die Ventile und den Hauptbrennraum gerichteten, rohrförmigen Kanälen durchdrungen ist. Das Ziel der getroffenen Maßnahmen ist es, das während des Ansaugtaktes einströmende frische Brenngasgemisch bis zum Verdichtungstakt von den vom vorangehenden Arbeitszyklus zurückgelassenen Restgasen getrennt zu halten, um das Füllungsverhältnis zu verbessern. Ein hohes Verdichtungsverhältnis ist nicht erwähnt.

Aus der US-PS 39 23 015 ist eine fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, die im Zylinderkopf oder im Kolbenboden zwei domförmige Vertiefungen mit zylindrischen Wänden und unterschiedlichen Volumen aufweist. Die kleinere Vertiefung nimmt die Zündkerzenelektroden auf, während die andere Vertiefung einen Hauptbrennraum bildet. Durch einen Schlitz sind beide Vertiefungen miteinander verbunden. Um die kleinere Vertiefung herum ist in OT-Stellung des Kolbens zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf eine Quetschzone ausgebildet, die in der Vertiefung eine starke Gasturbulenz hervorruft. Diese macht es möglich, das angesaugte

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65 Brenngasgemisch sicher zu zünden, auch wenn dieses relativ mager ist. Über das Verdichtungsverhältnis ist zu dieser Maschine nichts angegeben.

Um den thermischen Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine zu verbessern, muß man das Verdichtungsverhältnis steigern. Hochkompromierte Brennkraftmaschinen zeigen jedoch häufig einen instabilen Verbrennungsvorgang und daraus folgend eine Neigung zum Klopfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, welche bei einem hohen Verdichtungsverhältnis eine stabile und schnelle Verbrennung der Brenngasgemische sicherstellt

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen ersten Längsschnitt durch den oberen Teil einer ersten Ausführungsform;

F i g. 2 einen weiteren Längsschnitt durch die erste Ausführungsform, und zwar längs der Linie V-V von Fig. 3,

F i g. 3 eine Aufsicht auf den Zylinderkopf längs der Linie VI-Vl von Fig. 2;

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Modifikation der Mzschine nach F i g. 1 längs der Linie VIII-VIII von F i g. 5, und

Fig. 5 eine Ansicht des Zylinderkopfes von unten, gesehen längs der Linie IX-IX von F i g. 4.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer Brennkraftmaschine, aus welcher ein Zylinderblock 10 erkennbar ist, welcher eine Zylinderbohrung 12 aufweist. Ein Kolben 14 mit einem flachen Boden 13 ist in der Zylinderbohrung 12 hin- und herbeweglich geführt. Ein Zylinderkopf 16 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 18 auf dem Zylinderblock 10 befestigt. Die Unterseite 19 des Zylinderkopfes 16, d. h. die dem Kolbenboden 13 gegenüberliegende Fläche, weist einen flachen Bereich auf. Weiterhin ist in der Unterseite des Zylinderkopfes 16 eine erste zylindrische Vertiefung 20 ausgebildet, welche eine geringe Tiefe hat, sowie eine zweite zylindrische Vertiefung 22 mit großer Tiefe. Daher werden zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem Kolbenboden 13 in OT-Stellung des Kolbens 14 ein erster Brennraum 24 sehr geringer Größe und ein zweiter Brennraum 26 verhältnismäßig großen Volumens ausgebildet, wobei beide Räume 24 und 26 voneinander getrennt sind, wie es F i g. 1 zeigt.

Im Zylinderkopf 16 ist ein Einlaßkanal 28 ausgebildet, welcher sich über einen ringförmigen Ventilsitz 30 in die erste Kammer 24 öffnet. Der Ventilsitz 30 ist mit Preßsitz in die erste zylindrische Vertiefung 20 eingepaßt. Der Ventilsitz 30 wird von einem Ventil 32 geöffnet oder geschlossen, welches gleitbar vom Zylinderkopf 16 geführt wird. Im Zylinderkopf 16 ist parallel zum Einlaßkanal 28 ein Auslaßkanal 34 ausgebildet, welcher sich über einen Ventilsitz 36 in den zweiten Brennraum 26 öffnet. Der Ventilsitz 36 ist in die zweite zylindrische Vertiefung 22 mit Preßsitz eingepaßt. Er wird von einem Auslaßventil 38 geöffne¹: und geschlossen, welches gleitbar im Zylinderkopf 16 geführt ist.

Weiterhin ist ein tubusförmiger Einsatz 40 mit Preßsitz in einen zylindrischen Hohlraum eingepaßt, welcher im Zylinderkopf 16 ausgebildet ist. Der (dritte)

Brennraum 41, welcher in dem Einsatz 40 ausgebildet ist, ist gegen den Kolbenboden 13 offen.

Der dritte Brennraum 41 steht über einen ersten Verbindungskanal 42 im Zylinderkopf 16 mit dem zweiten Brennraum 26 in Verbindung. Der dritte Brennraum 41 ist weiterhin über einen zweiten Verbindungskanal 44 im Zylinderkopf 16 mit dem ersten Brennraum 24 verbunden.

Die Zündkerze ist in den Zylinderkopf 16 eingeschraubt Die Funkenstrecke 50 der Zündkerze ist in dem dritten Brennraum 41 an der Stelle angeordnet, an welcher eine in dem Brennraum 41 ausgebildet Wirbelbewegung ihre Achse hat. Diese Wirbelbewegung wird durch Strömungen des während des Verdichtungstaktes in den dritten Brennraum 41 von dem ersten Brennraum 24 und dem zweiten Brennraum 26 durch die Verbindungskanäle 44 und 42 gedrückten Gasgemischs hervorgerufen.

Ii.i Betrieb wird während des Einlaßtaktes ein brennbares Gasgemisch in die Zylinderbohrung 24 durch den Einlaßkanal 28 eingeleitet. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens beim Ansaugtakt werden Stiömungen des brennbaren Gasgemischs hervorgerufen, welche von dem ersten Brennraum 24 durch den zweiten Verbindungskanal 44 in den dritten Brennraum 41 und von diesem durch den Verbindungskana! 42 in den zweiten Brennraum 26 verlaufen. Auf diese Weise werden die um die Funkenstrecke 50 der Zündkerze etwa noch vorhandenen Restgase des Verbrennungsvorgangs des vorangegangenen Arbeits- ;n zyklus hinweggespült.

Während des Verdichtungstaktes bewegt sich der Kolben 14 wieder nach oben und erreicht eine Stellung nahe dem oberen Totpunkt, bei welcher das brennbare Gasgemisch in dem flachen Bereich zwischen dem r, Zylinderkopf und dem Kolbenboden 13 stark komprimiert wird. Es wird daher eine erste Strömung brennbaren Gasgemischs von dem ersten Brennraum 24 durch den zweiten Verbindungskanal 44 in den dritten Brennraum 41 gedrückt, und weiterhin wird eine zweite Strömung brennbaren Gemischs aus dem zweiten Brennraum 26 durch den ersten Verbindungskanal 44 in den dritten Brennraum 41 geleitet. Es findet daher im dritten Brennraum 41 ein heftiges Aufeinandertreffen der zwei brennbaren Gasströmungen statt, welches eine Wirbelbewegung im Brennraum 41 hervorruft. Da die Funkenstrecke 50 der Zündkerze in der Mittenachse dieser Wirbelbewegung liegt, befindet sicii das dort vorhandene brennbare Gasgemisch in einem Zustand, in welchem es sehr leicht gezündet werden kann.

Die Zündung findet üblicherweise kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes statt. Als Folge der Zündung ergießen sich durch die Verbindungskanäle 42 und 44 Flammstrahlen in die zweiten und ersten Brennräume 26 bzw. 24. Diese Flammstrahlen zünden die in den Brennräumen 26 und 24 vorhandenen brennbaren Gase. Es findet auf diese Weise eine sehr schnelle und vollständige Verbrennung statt, die zu einer Verminderung der Stickoxidanteile im Abgas fuhrt.

Weil der dritte Brennraum 41 gegen den Kolben hin offen ist, wird das brennbare Gasgemisch in der Zylinderbohrung 12 teilweise in den dritten Brennraum 41 hineingerichtet, wie durch die Pfeile M dargestellt ist, wenn sich der Kolben 14 während des Verdichtungstaktes nach oben bewegt. Auf diese V/eise werden in der Umgebung der Zündkerzenelektroden 50 vorhandene Restgase effektiv weggespült. Die Geschwindigkeit des in den Brennraum 26 in Richtung des Pfeiles O verlaufenden Flammstrahles (und ebenso die des in den Brennraum 24 in Richtung des Pfeiles N verlaufenden Flammstrahles) ist daher geringer, als wenn der dritte Brennraum gegen den Kolben geschlossen wäre. Der Unterschied ist jedoch nicht besonders groß, weil die Verbrennung in dem Brennraum 41 erst stattfindet, wenn sich der Kolben 14 nahe dem oberen Totpunkt befindet. Die Unterseite 19 des Zylinderkopfes 16 und der Kolbenboden sind dann dicht benachbart und der dritte Brennraum 41 ist unten praktisch abgeschlossen.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Modifikation der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3. Bei dieser sind anstelle von Verbindungskanälen 42 und 44 hier Nuten 42g und 44^ im Boden des Zylinderkopfes 16 vorgesehen, um den Brennraum 41 mit dem zweiten Brennraum 26 und dem ersten Brennraum 24 zu verbinden. Durch diese Nuten strömen Flammstrahlen ausreichend großer Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile Q bzw. R in die Brennräume 26 und 24, weil die Verbrennung im dritten Brennraum 41 erst vollendet ist, wenn sich der Kolben 14 nahe oder in OT-Stellung befindet, in welcher sich nur noch eine geringe Distanz zwischen der Unterseite 19 des Zylinderkopfes 16 und dem Boden 13 des Kolbens 14 befindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Fremdgezündete Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Auslaßventil und einem Einlaßventil, über welches ein brennbares Gemisch als einzige Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine zugeführt wird, mit drei im Zylinderkopf ausgebildeten, zumindest teilweise dem Kolbenboden gegenüberliegenden Brennräumen, wobei die beiden Gaswechselventile in je einem und die Zündkerze in einem weiteren angeordnet ist, wobei der das Auslaßventil enthaltende Brennraum größer ist als der das Einlaßventil enthaltende, und wobei der die Zündkerze enthaltende, zylindrische Brennraum gänzlich dem Kolbenboden gegenüberliegt, zum Kolbenboden hin geöffnet ist und mit den die Gaswechselventile enthaltenden Räumen ül>er Kanüle auch bei der OT-Steiiung des Kolbens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas wechsel ventile enthallenden Brennräume (24, 26) als zylindrische Vertiefungen nur in der senkrechten Projektion des Kolbens (14) auf den Zylinderkopf (16) ausgebildet sind und daß die außerhalb dem Bereich der Brennräume (24, 26, 41) zwischen Zylinderkopf (16) und Kolben (14) ausgebildeten'Räume im wesentlichen als Quetschflächen ausgebildet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (42, 44) rohrförmig sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle als gegen den Kolbenboden (13) offene Nuten (42#, 44&) ausgebildet sind.