DE3008311A1

DE3008311A1 - Verbrennungskammer fuer explosionsmotor

Info

Publication number: DE3008311A1
Application number: DE19803008311
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1980-09-18
Also published as: IT7920825A0; US4324214A; IT1110791B

Description

Anmelder: ALFA ROMEO S.P.A₀
MAILAND, Italien

"Verbrennungskammer für Explosionsmotor" BESCHREIBUNG

Im Innern der Verbrennungskammer und des Zylinders eines Explosionsmotors der Kolbenmotortype können sowohl die Zündung als auch die Verbrennung des Gemisches durch eine besondere innere Durchwirbelung erleichtert und verbessert werden, das heisst durch das Vorhandensein von Turbulenzbewegungen im Innern des Gemisches und/oder des Gases, die gekennzeichnet sind durch besondere Richtungen und Stärken.

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Vas die Zündung anbetrifft, so folgt dies im wesentla. ciion aus dem Umstand, dass das Gemisch nie vollkommen ho mögen ist, das heisst identischer Zusammensetzung in allen seinen Punkten: in vielen Fällen ist es sogar stark nicht-homogenο

Daher kommt es, dass beim Überspringen des Funkens zwischen den Elektroden der Zündkerze, wenn der Anteil des Gemisches, der sich in dem betreffenden Augenblick zwischen den genannten Elektroden befindet, zu arm ist (Verhältnis Luft/Benzin etwas über dem stöchiometrisehen), oder einen übermässigen Prozentgehalt an Verbrennungsgasen aufweist (wegen eines inneren oder äusseren Rückwälzens von Verbrennungsgasen), der besagte Anteil des Gemisches nicht zündet; oder, wenn er zündet, die entwikkelte Wärmeenergie so bescheiden ist, dass das Erloschen der kleinen anfänglichen Flamme infolge der ¥ärmeabfuhr durch die mit der Flamme in unmittelbarer Berührung stehenden Wände möglich wird: insbesondere durch die Oberflächen der Zündkerzenelektroden selbst. Es ist dies der Grimd, warum man normalerweise von der Zündanlage eine sehr lange Dauer der elektrischen Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze verlangt: derart, dass die Wahrscheinlichkeit so sehr als möglich vergrossert wird, dass sich während der langen Entladung in einem gewissen Augenblick zwischen den Elektroden ein solcher Anteil des Semisches stellt, der weniger arm oder weniger durch Verbrennungsgase verunreinigt ist, _{und a}i_so endlich entzündbar ist. Venn jedoch die Dauer des Funkens, die erforderlich ist,

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um die Entzündung in der Gesamtheit der aufeinanderfolgenden Arbeitsspiele zu sichern, beispielsweise eine MiI₁ lisekunde beträgt (es weiden zur Zeit auch bedeutend län gere Zeiten gefordert) , da die Antriebswelle in einer Millisekunde sich um 18 Grad dreht bei 3000 Umdrehungen pro Hinute (und um ")6 Grad bei 6000), so bedeutet dies, dass sich in den verschiedenen aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen die wirkliche Zündungseinstellung in einem 18 Grad breiten Band bei 3000 Umdrehungen in der Minute (und 36 Grad bei 6OOO) ändert. I_n allen Arbeitsspielen also erfolgt die Zündung, jedoch werden sich stark vorzeitige oder stark verspätete Arbeitsspiele ergeben (die also nicht vom Gesichtspunkt des Wärmewirkungsgrads, der Oktanzahl, der schädlichen Auspiffgase optimisiert sind),, Das Vorhandensein in der Verbrennungskammer von Wirbelbewegungen im Innern des ^Gemisches wie oben erwähnt beschleunigt den Durchgang zwischen den Elektroden'der Zündkerze des Stromes des Gemisches, bestehend aus verschiedenen Anteilen verschiedener Zusammensetzung: es wird demnach die Zündung in der Gesamtheit der Arbeitsspiele in einem entwprechend kürzerem Zeitintervall erreicht, ttnd es ist das Band der Änderungen der wirklichen Grade YorzÜndung proportional verengt; im Innern dieses Bandes sind die Arbeitsspiele offenbar den Optimisierungsbedingungen nähergekommen.

Vas die Verbesserung der Verbrennung anbetrifft, die (wie eingangs erwähnt) von einer besonderen Turbulenz des Gemisches und/oder des Gases im Innern der Explosionskammer

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herrühren kann, sei daran erinnert, dass beim Ottoverfahrc-ii, welches das ideale Arbeitsspiel der Explosionsmotoren ist, so sollte die Verbrennung bei konstantem Volumen crfolcen, das heisst in dem infinitesimalen Zeitintervall, während dessen der Kolben als unbeweglich im oberen Totzeitpunkt seines Hubes angenommen werden darf. Je Langer die Dauer der Verbrennung ist, desto mehr entfernt sich das reale Arbeitsspiel von dem idealen, welches das mit dem grössten Wirkungsgrad ist: beim tatsächlichen wirklichen Arbeitsspiel geht man so vor, dass die Verbrennung zum Teil bereits während des letzten Teils des Kompressionshubes stattfindet, zum Teil während des ersten Teils des Expansionshubes stattfindet (und S3 cn vervollständigt). Es sei ferner daran erinnert, dass die Dauer der Verbrennung als die Zeit betrachtet werden kann, die die Flammenfront braucht um (von der Zündkerze ausgeliend) die inneren Räume der Explosionskammer zu · durcheilen, damit die Gesamtheit (oder fast die Gesamtheit) des in dieser Kammer enthaltenen Gemisches verbrenne; und es sei daran erinnert, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flammenfront in erster Annäherung als die Summe zweier Geschwindigkeiten angesehen werden kann: der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flammenfront im unbewegten Gemisch und der durch die Wirbelbewegungen im Gemisch in der Explosionskammer bedingten Geschwindigkeit. Dem entspringt die oben angedeutete Möglichkeit, dass geeignete interne Bewegungen des Gemisches und des Gases den Verlauf der Verbrennung verbessern und deren Dauer kürzen.

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Die Erfindung j die Gcgci^staxKl Jei -vorliegenden Patent

anmcldung bildet ₅ betrifft eine Verbrennungskammer mit einer solchen, durch die Anordnung von Zonen (Bereichen) verschiedener Stärke (Dicke) bedingten Gestalt, dass innere Bewegungen innerhalb des Gemisches und des ^Gases im Innern der Kammer hervorgerufen werden, welche die geeignetsten sind, in Richtung und Grosse, um gleichzeitig sowohl die Zündung als auch die Verbrennung des ^Gemisches zu bessern»

Die Existenz innerer Bewegungen im Gemisch und im Gas, das heisst also die "Turbulenz" im Innern der Explosionskammer, rührt im allgemeinen, wie bekannt ist, im wesentlichen -von zwei Erscheinungen her. Die erste dieser Erscheinungen, nunmehr allgemein "Swirl"-Effekt genannt, besteht darin, dass während des Saughubs des Kolbens das Gemisch (bzw. die Luft im Fall der Speisung durch Einspritzung) in der Saugleitung und am Ventil eine beträchtliche Geschwindigkeit annimmt, die ein Mehrfaches der Geschwindigkeit des Kolbens ist; dieses Mehrfache ist um so hoher, je grosser das Verhältnis zwischen Querschnitt des Zylinders und Querschnitt der Leitung ist (beziehungsweise: Durchflussquerschnitt am Saugventil)„ Von der kinetischen Energie dieses in den Zylinder einströmenden Luftstrahls wird ein beachtlicher Teilbetrag während des Saug- und Kompressionshubes des Kolbens verzehrt; aber innere Bewegungen, denen der Namen "Swirl" gegeben wird, verbleiben auch während der Zündung und der Verbrennung: ihr Betrag ist bescheiden (aber nicht Null) besonders wenn die Durchflussquerschnitte in den Leitungen und am Ventil reichlich bemessen sind um Druckverluste und damit besonder bei hohen Drehzahlen Einbussen an volumeirischem Wirkungsgrad zu vermeiden_t

030 0 3 8/0750 2.

Die zweite der beiden besagten Erscheinungen ist der sogenannte, unter dieser Bezeichnung nunmehr allgemein bekannte "Squish"-EjPf ekt, auf Grund dessen während des letzten Stücks des Kompressionshubes in denjenigen Zonen der Kammer, die durch eine geringere Dicke gekennzeichnet sind (das heisst durch einen geringeren Abstand zwischen den Oberf3.ächen des Kolbens und des Kopfes), eben die Dicke prozentual viel schneller abnimmt im Vergleich zu den Zonen grösserer Dicke: sodass von den ersteren Zonen ein Teil des Gemisches gegen die zweiten zu ausgestossen wird; die daraus sich ergebenden inneren bewegungen sind um so intensiver als der Diclcenunter schied zwischen Zone und Zone der Kammer mit Kolben in der Oberen Totpunktlage grosser ist: die Richtung dieser Bewegungen hängt von dex- relativen Lage der besagten Zonen verschiedener Dicke ab ο

Es ist eine Turbulenz dieser zweiten Art, nämlich der "Squish" genannten Type, die gemäss der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bildenden Erfindung versprochen wird, dadurch, dass Geschwindigkeit und Richtung der inneren Bewegungen in geeigneter Weise optimisiert werden in Hinsicht auf das erste der zwei angeführten Ziele: das Ziel, die Zündung des Gemisches zu erleichtern. Die Zündung des Gemisches wird vor allem deswegen erleichtert, weil die stärkere Durchmischung des Gemisches, dank der genannten inneren ^üe_wegungen, dessen Zusammensetzung in den verschiedenen Zonen der Kammer und daher in Nahe der Zündkerze homogener* zu machen strebt;

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besonders aber, weil, während die elektrische Entladung zvischcn den Elektroden der Zündkerze stattfindet, die Durchstroniuncsgeschwindi^jveit des Gemisches zwischen den Elektroden wächst und daher die Möglichkeit wächst, dass ein Austausch zwischen weniger gut zündbarem und besser zündbarem Gemisch erfolgt: es verringert sich demnach

sich

entsprechend die Veite des Winkels, um den/die Antriebswelle vom Anbeginn der Entladung bis zum Augenblick dreht, in dem die Zündung in.der Gesamtheit der nachfolgenden Arbeitsspiele stattfindet»

Die Turbulenz der "Squish"-Type ist jedoch auch durch ein physikalisches Phänomen gekennzeichnet, das man als zu der vorstehend beschriebenen Erscheinung symmetrisch bezeichnen kann (und die den letzten Teil des Kompressionshubes betrifft): in der Tat wächst während des ersten Teils des Expansionshubes, in den Zonen verringerter Dicke, die prozentuale Dicke schneller im Vergleich zu den Zonen mit grb'sserer Dicke; folglich strömt das Fluidum in die Zone geringerer Dicke aus den Zonen grösserer Dicke.

Venn also die relative Lage der besagten Zonen, untereinander und in Bezug auf die Zündkerzen, eine solche ist, dass das genannte Fluidum in den Zonen grSsserer Dicke bereits aus Abgasen hoher Temperatur besteht, so erhöht dieses Gas beim Zuströmen in die Zonen geringerer Dicke (die im allgemeinen durch eine langsamere Verbrennung gekennzeichnet sind) die lokale Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flammenfront| und verkürzt damit die zur Ver-

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vol l.ständigung der Verbrennung erfordei-liche ZeIt₀ Es ist auf Grund dieser unserer Überlegungen, dass bei der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bildenden Erfindung die Turbulenz der "Squish"-Type benutzt wird, um das zweite der eingangs genannten Ziele zu erreichen: das Ziel, die Verbrennung im Innern ddr Explosionslcamnier zu verbessern«

Während der En tv/icklung und Einregulierung der· erfindungsgemässen Explosionskammer gelangten wir jedoch zur Feststellung, dass bei der Optimisierung der Richtung und der Grouse der unter Benutzung des "Squish"-Effekts erzielbaren bewegungen, der Umstand nicht vernachlässigt v/erden darf, dass die besagten Bewegungen zu den vorbestellenden Uewegunccn hinzukommen, die - bescheidener Glosse, aber nicht gleich Null - der "Swirl"-Ai"t sind, also nicht nur die GrSsse, sondern auch die Richtung von dem Sti-ahl des Gemisches beziehen, der durch dasAnsaugventil in den Zylinder eintritt: insbesondere wurde gefunden, dass der Verlauf und die Richtung dieser Restbewegungen diejenigen eines inneren Wirbels sind, der mit dein Verlauf der Geschwindigkeiten in der Saugleitung in der Zone unmittelbar vor dem Saugventil kohärent ist. Insbesondere liegt beispielsweise im Fall eines Motors oder eines Motorblocks mit Zylindern in Reihe und hängenden Ventilen, die Achse der Saugleitung, das heisst die die Mittelpunkte der Querschnitte dieser Leitung in den Zonen vor dem Ventil enthaltende Kurve liegt im allgemeinen in einer Ebene, die zur Achse der Kurbelwelle normal ist:

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der im Innern der Kammer in Beziehung auf den Verlauf der besagten kurvenlinearen Achse der Leitung hervorgerufene Wirbel ist daher im allgemeinen durch Strömungslinien gci kennzeichnet, die in zur Achse des Bolzens und mithin der Kurbelwelle orthogonalen Ebenen liegen. Die Achse des induzierten Wirbels ist daher parallel zur Achse des Bolzens (und daher der Kurbewelle) , Die durch Benutzung des "Squish"~Effekts erzielbaren inneren bewegungen überlagern sich diesem vorbestehenden Wirbel der "Swirl"-Type. Es wurde so experimentell festgestellt, dass wenn m_an in der Explosionskammer die oben genannten Zonen geringer Dicke in Bezug auf die mit grösserer Dicke so anordnet, dass durch "Squish"-Ef f ekt ein Wirbel erzeugt wird, der ebenfalls eine zur Kurbelwellenachse parallele Achse hat (wie der vorbestehende Wirbel der "Swirl"-Type), Zündung und Verbrennung nur wenig oder überhaupt nicht verbessert wurden. Die grössten Vorteile hat man hingegen erzielt, indem man die besagten Zonen mit geringerer Dicke solcherart anordnete, dass ein Wirbel erzeugt wurde, dessen Achse der Tendenz nach orthogonal zu dem des vorbestehenden Wirbels mit "Swirl"-Effekt steht: tatsächlich erzielt man auf diese Weise eine Durchmischung des Gemisches auch in der Richtung, in der der vorbestehende Wirbel unwirksam war.

Eine weitere Charakterisierung der Gestalt der Verbrennungskammer gemäss vo!'liegender Erfindung besteht darin, dass nicht nur vorgesehen ist, welches die Lage und die Abmessungen sind, die sich am besten eignen, für die

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Kammerzonon geringerer Dicke wie oben dargelegt; sondern us wixxl auch, die Positionierung im mittleren Teil der

Kammer vorgesehen, d.h_o in Nähe der Zündkerze, die man ja im allgemeinen sucht im mittleren Teil unterzubringen, einer Zone beachtlicher Dicke und möglichst grosser Ausdehnung derart, dass diese einen bedeutenden 'Teilbetrag des in der Kammer vorhandenen Gemisches enthalte. Die Dauer der Verbrennung wird also gekürzt nicht nur dank der grösseren Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flammenfront (hervorgerufen durch den oben genannten "Squish"-Effeiet), sondern auch dank der geringeren Entfernung, die die Flammenfront zu durchlaufen hat zur Verbrennung einer sehr bedeutenden Teilmenge des in der Explosionskarnuier enthaltenen Gemisches. Es ist aus dieser Zone bedeutender Dicke, dass während des ersten Stücks des Expans ions hub e s bereits verbrannte Gase bei hohen Temperaturen den Zonen geringerer Dicke zuströmen: aber um dem Mechanismus dieses Zuströmen von Gasen hoher Temperatur in die Zonen geringerer Dicke zu erleichtern, wurde es auch für zweckmässig befunden, längs des Umfangs der Kammer Zonen mittlerer Dicke abwechselnd mit Zonen geringer Dicke und mithin angrenzend an Zonen geringer Dicke anzuordnen; in diesen Zonen pflanzt sich die Flamme noch mit bedeutender G_esch_Kindigkeit fort; auch aus diesen Zonen strömt daher Gas hoher Temperatur in die Zonen geringerer Dicke und erleichtert so die schnelle und vollständige erbrennung in den genannten Zonen.

Schnelligkeit und Vollständigkeit der Verbrennung in

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den "Squish"-Zonen, d.h. in den Zonen geringer Dicke, sind wesentlich, um zwei beachtliche typische Nacliteile der Verbrennungskammern mit boriwiitlichem "Squif;h"~Ef f ekt zu meiden! die Langsamkeit der Verbrennung in den "Squish"--Zonen, in denen die Verbrennung zuletzt stattfindet, gibt Zeit zur Bildung, in den besagten Zonen, der Peroxyde, von denen die Erscheinung des Klopfens herrührt (was die Ei'höhung der Oktanzahl des Motors bedingt); die unvollständige Verbrennung führt offenbar zu einer Erhöhung der Abführung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen am Auspuffe

Stets um die Schnelligkeit und Vollständigkeit der Verbrennung zu verbessern, ist dor erforderliche "Squish"-Dje reich in dgr Verbrennungskammer gemäss vorliegender Erfindung iii. zwei Zonen aufgeteilt vorden: aber diese Zonen haben verschiedene Ausdelinung, sodass, da der Drehungssinn der beiden erzeugten Wirbel entgegengesetzt ist, nicht nur die Anwesenheit der lokalen Wirbel in den entsprechen den Zonen der Kammer erzielt wird, sondern auch die Anwesenheit eines Gesamtwirbels in der ganzen Kammer, dessen Intensität gleich ist dem Unterschied zwischen der Intensität der durch die Wirkung der beiden "Squish"-Zonen erzeugten Wirbel verschiedener Ausdehnung. Wenn die beiden Zonen gleiche Ausdehnung hätten, wäre der besagte Gesamtwirbel (der für die Gesamtdurchmischung des Gemisches von Nutzen ist) gleich Null»

Schliesslich ist charakteristisch für die vorgeschlagene Verbrennungskammer die richtige Dosierung des "Squish"-Effekts durch die Definition des Wertes der Dicke der

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Kammer selbst in den Zonen gerii-uje^ui Dicko: tun die {^wünschte Wirkung zu erzielen, ohne Gefahr zu laufen, dass die Flamme erlischt (also die Gefahi- des Auspuffs von mehr unverbrannten Kohlenwasserstoffen), wurde gefunden, dass die mittlere Dicke zwischen 3 °p und 6 ⁰Jo der Zylinderseele betragen soll. Die besagte Dicke ferner wächst etwas vom Umfang zur Mitte zu, beispielsweise für eine mittlere Dicke von h, 5 "p von 3 $> bis 6 °ja des Durchmessers» Die oben erwähnte richtige Dosierung des "Squish"-Effekts mit den oben genannten Diclcewerten erfordert, wie gefunden^xwurde, eine ^Gesamtausdehnung der Zonen mit geringer Dicke (in der Ansicht der Kammer längs der Zylinderachse) gleich 30 'ρ jf 5 /& des Gesamtbetrags ο In den Zonen mittlerer DiIcke hat sich die optimale Dicke als Doppelwert der vorgenannten ergeben, also im Durchschnitt 9 mm _+ 1 mm. Die optimale Gesamtausdehnung der besagten Zonen mittlerer Dicke ergab sich zu 4O ^> +_ 5 $> des G_esamtbetrags · Derart, dass der grösste Teil des Volunians der Kammer in der verbleibenden Aliquote von 30 $> der Ausdehnung in der zentralen Zone und in Nähe der Zündkerze zusammengefasst ist.

Das bisher Gesagte lässt sich näher klären unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 31 in denen beispielhaft eine mögliche Anwendung der Erfindung auf den Fall eines Motors mit Zylindern in Reihe und hängenden Ventilen schematisch dargestellt ist. Die besagten Abbildungen beziehen sich auf die Verbrennungskammer allein des einen der Zylinder: in Fig. 1 ist ein Quersclinitt der Kammer längs Schnittlinie I-I der Fig« 2 dargestellt, der durch die Achse des Zylinders und durch, die Achse der Zündkerze geht, also normal ist zur Achse des Bolzens des Kolbens und zur Rotationsachse der Kurbelwelle;

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■in Fig. 2 ist ein Schnitt der Kammer längs der Schnittlinie II-II der Fig. 1 aufgetragen; die Schnittebene geht durch die Ac_#hse des Zylinders und enthält die Achse des Bolzens, ist daher normal zur Ebene des Schnittes der Fig. Ij

in Figo 3 ist eine Ansicht der Kolbenoberfläche auf der Brennkammerseite dargestellt; diese Ansicht versteht sich in der Richtung der Zylinderachse. Mit 1 ist der Kopf bezeichnet; mit lh die ¥and im Kopf, die die Verbrennungskam mer abgrenzt und die Gestalt einer Kugelkalotte hat; mit 2 sind die Ventile bezeichnet, das Ansaugventil und das Auslassventil; mit 3 die Ventilsitze im Kopf; mit 4 die Führungen der Ventile; mit 5 die Dichtung zwischen Kopf, Laufbuchse und Gehäuse (das Gehäuse ist auf den Abbildungen nicht dargestellt); mit 6 die Laufbuchse; mit 7 der mit den Kolbenringen 8 versehene Kolben; mit 9 die Bohrung im Kolben zur Aufnahme des (in der Figur nicht dargestellten) Bolzens; mit der strich-punktierten Linie 10 die Achse des Bolzens (die zur Achse der Kurbelwelle parallel ist); mit 11 die Zündkerze (bzw, die Aufnahme für die Zündkerze im Kopf).

In den Figuren 1, 2 und 3 ist ferner mit A die Zone mit beachtlicher Dicke der Verbrennungskammer bezeichnet; mit B und B„ sind die Zonen mittlerer Dicke bezeichnet; mit C die ausgedehntere Zone geringelter Dicke und mit C_ die weniger ausgedehnte Zone geringerer Dicke; ferner sind mit A', B₁ ¹, B^¹, C₁ ¹ und C₂" die Wandteile des Kolbenbodens bezeichnet, die mit den besagten Zonen in Be-

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■ iührung stehen. ¥ie aus Pig» 2 hervorgeht, sind die Zonen C₁ und Cp wesentlich an den Enden eines Kolbendurchmessers angeordnet, der zur Achse des Bolzens 9 parallel ist, und voneinander durch die Zone starker Dicke A und die Zonen mittlerer Dicke B und B^ getrennt sind₀ Die Wandteile des Kolbenbodens C ' und C ' sind wesentlich konvex und gehören zu einer Kugelkalotte, die den Mittel, puiikt auf der Achse des Kolbens in einem Punkt hat, der in Bezug auf den Mittelpunkt der kugelkalottenförmigen Wand 3A nach unten verschoben ist.

Der Wandteil des Kolbenbodens A' ist konkav und hat im wesentlichen die Gestalt einer konkaven Kalotte eines Rotationskörpers (Ellipsoid oder Kugel), der die Symmetrieachse windschief zur Zylinderachse hat. Die Fig. 2 zeigt, wie die verschiedene Ausdehnung der Wandteile C.¹ und C · erhalten wird, indem man den Schnittpunkt der Symmetrieachse des Wandteils A¹ mit einer die Zylinderachse und die Bolzenachse enthaltenden Ebene auf einer Geraden 12 anordnet, die durch den Mittelpunkt der wesentlich kalottenförmigen konkaven Wand l4 des Kopfes geht, wobei die besagte Gerade mit der Achse 13 des Zylindern einen Winkel einschliesst: je grosser dieser Winkel ist, desto grosser ist der Unterschied der Ausdehnung zwischen den beiden Wandteilen C^' und C₂ ¹ } und desto grosser ist das Ausmass des Wirbels, der aus der Summe der beiden Wirbel entgegengesetzten Vorzeichens resultiert,, Damit sowohl die beiden Wirbel als auch der resultierende Wirbel eine Achse habe, die normal ist zur Achse des vorbestehenden, auf den

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Eingangs-"Swirl" zurückgehenden Wirbels, ist die die Zylinderachse und die besagte Gerade enthaltende Ebene wesent lieh orthogonal zur Eber», welche die gebeugte Mittellinie enthält, die die Achse der Eingangsleitung vor dem Saugventil bildet.

Eine weitere Erläuterung des Verlaufs der inneren Strömung des Gemisches und des Gases in der Verbrennungskammer, der sich aus der besonderen Auslegung der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung bildenden Kammer ergibt, se an Hand der Figuren 4 bis 9 gegeben. In Figur 4 ist derselbe Schnitt der Verbrennungskammer dargestellt wie in Fig» 2 (d.h. längs einer Ebene, die diirch die Zylinderachse geht und die Achse des Bolzens enthält; mithin auch die Achse der Kurbelwelle): in Fig. 4 jedoch ist, zum Unterschied von Fig. 2, der Kolben nicht in der oberen Totpunktlage; er nähert sich dem oberen Totpunkt, wie durch den Pfeil Fl angedeutet. Durch den "Squish"-Effekt wird das ^üemisch wie oben gesagt in dieser Phase aus den Zonen Cl und C2 geringerer Dicke vertrieben; in Fig. 4 sind mit den strichlierten Linien schematisch die StrcJmungslinien eingezeichnet, die sich aus dem besagten "Squish"-Effekt ergeben und auf die beiden Wirbel entgegengesetzten Vorzeichens und verschiedener Intensität beziehen; in Figur 51 in der eine Ansicht in der Achse des Zylinders der Verbrennungskammer dargestellt ist, bezeichnen die gestrichelten Linien die Str5mungslinien des Gemisches, wenn der Kolben in der Lage der Figur 4 ist, nämlich sich gerade dem oberen Totpunkt nähert. In Figur 6, die der Fi-

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gur h analog ist, nur dass der Kolben in der oberen Totpunktlage stillstellt, bezeichnen die gestrichelten Linien die Ströraungslinien der Virbel, die in der Explosionskammer beharren und im wesentlichen in der Zone A mit starker Dik ke der Kammer selbst: wobei die besagte Kammer im wesentlichen gekennzeichnet ist durch eine axiale Symmetrie um die Gerade, welche die Mittelpunkte der beiden kugeligen Flächen der Kammer enthält (die konkave des Kopfes l4, und die konkave A¹ des Kolbens). Die beiden Wirbel streben in dieser Phase danach, sich zu vereinigen in einem einzigen torischen ¥irbel, dessen Achse kreisförmig geschlossen durch die strich-punktierte Linie l4 der Fig_o 7 dargestellt ist (worin die Kammer im Zustand gemäss Figur 6 der Zylinderachse nach gesehen wird). Schliesslich zeigen die Figuren 8 und 9 den Verlauf der Strömungslinien wesentlich von Verbrennungsgasen hoher Temperatur, wenn sich der Kolben am Anfang des Expansionshubes (wie durch den Pfeil F2 angedeutet) vom oberen Totpunkt entfernt; in dieser Phase ergibt sich der "Squish"-Effekt, oben als "symmetrisch"bezeichnet, verglichen mit dem der Figuren k und 5} die G_ase hoher Temperatur werden zu den Zonen geringerer Dicke Cl und C2 zurückberufen derart, dass die schnelle und vollständige Verbrennung erleichtert wird.

In dem in den Abbildungen erläuterten Anwendungsbeispiel ergibt die Bemessung der verschiedenen Zonen der Kammer, die wie oben erwähnt als die geeignetste angesehen werden kann, des Areals der Kolbenbodenwand, in der Achse des Zylinders gesehen, dass 30 "£> dieses Areals den Zonen geringerer Dicke

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entspricht (20 $ der Zone Cl lind 10 <f> der Zone C2) mit einem Volumne, das ungefähr 10 $> des Gesamtvolumens der Kammer ausmacht; kO $ des genannten Areals der Kolbenbodenwand entspricht den Zonen mittlerer Dicke, mit einem Volumne, das etwa 30 ^p des Gesamtvolumens ausmacht j und schliesslich entspricht 30 °/o des betreffenden Areals der Zone grosser Dicke, mit einem Volumne, das ungefähr 60 "ja des Gesamtvolumnns beträgt₀

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Claims

.Anmelder; ALFA ROMEO S₀P₀A₀ I

MAILAND, Italien

'•'VerbrenrmngfO'ijmmer für Explosionsmotor" P A T K K T A N SPRU CHE

;' l_v - Verbrennungskammer für die Zylinder eines Explosionskolbenmotors, der versiien ist mit einem Gehäuse, in dem die Laufbüchsen der Zylinder angeordnet sind, die ü- XtKi- Keltern uiju Pleuels tun&eii mit der- An Li-Ie usweiio verbunden sind und verslien ist mit einem Kopf, in dem die Saug- und Auslauf.1 eitungen eines jeden Zylinders vorgeeeh.eii sind und in dem die Saug- und Auslassventile eines jeden Zylinders angeordnet sind, wobei die besagte Ver-

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brennungskammer zwischen einer im Kopf angeordneten Wand, voriii die Ventilteller der Ansaug- und Ablassventile ein gefügt sind, und der oben genannten Wand des Kolbenbodcns Platz findet, wobei die besagte im Kopf des Motors vorge selieno Wand im wesentlichen die Gestalt einer Kugelkalo_t te hat; welche Verbrennungskammer dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wand des Kolbenbodens fünf Wandteile umfasst; vie folgt ι

- ein erster und ein zweiter Wandteil sind in der Tendenz konvex und gehören zu einer Oberfläche in Gestalt einer Kugelkalotte mit dem Mittelpunkt auf der Achse des KoJ. bens in einem Punkt, der in Bezug auf den Mittelpunkt der Wand in Gestalt einer Kugelkalotte nach unten verschoben ist, wobei der besagte erste und zweite Wandteil in Nähe des Kolbenumfangs angeordnet sind an den Enden eines der Achse des Bolzens parallelen Durclinies

wobei
sers desselben Kolbens,/die Oberfläche des einen der besagten Wandteile grosser sind als die Oberfläche des anderen Wandteils;

- ein dritter und ein vierter Wandteil, die in der Tendenz eben sind, sind in Nähe des Umfangs des Kolbens bzw. unterhalb des Ansaugventils und des Ablassventils angeordnet, vrobei die besagten Wandteile, der dritte und der vierte, mit dem besagten ersten und dem besagten zweiten Wandteil üb ergangsve rbunden sindj

- ein fünfter Wandteil hat in der Tendenz Gestalt einer konkaven Kalotte eines Rotationskörpers, dessen Symmetrieachse windschief liegt zur Achse des Zylinders,

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wobei der besagte fünfte Wandteil im mittleren Bereich des Kolbenbodens angeordnet ist und mit dem besagten ersten, zweiten, dritten und vierten Wandteil übergangsverbunden ist, wobei das Volumen dor Verbrennungskammer mit Kolben in der oberen Totpunktlage giOssere Dicke hat, wobei der besagte fünfte Wandteil im Mittelteil des Kolbenbodens angeordnet ist und mit dem besagten ersten, zweiten, dritten und vierten Wandteil übergangsverbunden ist, wobei das Volumen der Verbrennungskammer mit Kolben in der oberen Totpunktlage grossere Dicke in der Zone in Berührung mit dem besagten fünften Wandteil des Kolbenbodens, mittlere Dicke in den Zonen in Berührung mit dem besagten dritten und vierten Wandteil des Kolbenbodens und geringere Dicke in den Zonen in Berührung mit dem besagten ersten und zweiten Wandteil des Kolbenbodens hat.

2. - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte fünfte Wandteil des Kolbenbodens wesentlich die Gestalt einer konkaven Kugelkalotte hat.

3« - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte fünfte Wandteil des Kolbenbodens wesentlich die biestalt einer konkaven Ellipsoidkalotte hat.

h_t - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse des Rotationskörpers, zu dem der obgenannte fünfte Wandteil des Kolbenbodens gehört, die die Achse des Zylinders und die Achse des Bolzens

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enthaltende Ebene in einem Punkte schneidet, der auf einer Geraden liegt, welche durch den Mittelpunkt der im Kopf vorgesehenen Wand geht und zur Zylindez-achso selbst geneigt ist.

5o - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Voluinne in den Zonen in Berührung mit dem besagten ersten und zweiten Wandteil des Kolbenbodens eine vom Umfang zur Mitte der Kammer selbst zunehmende Dicke hat, bei einer mittleren Dicke, die zwischen 3 $ ^und 6 Ί⁰ ^der Zylinderseele liegt,,

6. - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekemizeiclmet, dass der besagte erste Wandteil und der besagte zweite Wandteil des Kolbens der eine doppelte Ausdehnung hat in Bezug auf den anderen,

7o - Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte erste Wandteil und der besagte zweite Wändteil des Kolbenbodens zusammengenommen eine Ausdehnung haben, die zwischen Z5 Ί° und 35 $ der Gesamtoberfläche der Wand des Kolbenbodens selbst ausmacht«

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