DE3601458A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündete Brenn­ kraftmaschine mit einem zwei Einlaßventile und zwei Aus­ laßventile aufweisenden Zylinderkopf, einem in einem Zylinder angeordneten Kolben und einer Quetschzone zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf. Eine solche Brennkraftmaschine ist in der DE-OS 33 47 112 beschrie­ ben.

Die genannte DE-OS 33 47 112 zeigt in den Fig. 7 und 8 eine Brennkraftmaschine, bei der im Zylinderkopf an einer Seite ein Brennraum vorgesehen ist, in den unmit­ telbar hinein ein Einlaßventil und ein Auslaßventil mün­ den. Ein weiteres Einlaßventil und ein weiteres Auslaß­ ventil münden in eine Quetschzone, die sich neben dem Brennraum befindet und einen quer zum Zylinder ausge­ richteten Quetschspalt hat. Das unmittelbar in den Brenn­ raum mündende Einlaßventil steuert einen Teillast-Ein­ laßkanal, über den das Gemisch tangential in den Zylin­ der eintritt, so daß es zu einer Wirbelbildung kommt. Während des Teillastbetriebes ist ein zum anderen Einlaß­ ventil führender Vollast-Einlaßkanal mittels eines zu­ sätzlichen Ventils verschlossen. Erst bei Vollastbetrieb wird dieses zusätzliche Ventil geöffnet, so daß dann das Gemisch ohne Wirbelbildung in den Zylinder strömen kann.

Durch die beschriebene Anordnung soll im Vollastbetrieb die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemisches beschränkt werden, so daß sich die Geräuschsentwicklung entspre­ chend reduziert.

In letzter Zeit wird es immer wichtiger, den Schadstoff­ gehalt des Abgases von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, und zusätzlich den Kraftstoffver­ brauch zu senken. Zu diesem Zweck ist es durch die DE-OS 26 24 050 bekannt, das Verbrennungsgemisch durch einen schräg verlaufenden, auf die Zündkerze gerichteten Quetschspalt in den Brennraum einströmen zu lassen. Der Brennraum gemäß dieser Schrift hat im Bereich der Zünd­ kerze eine gerundete Begrenzungsfläche, durch die das zur Zündkerze gerichtete Gemisch umgelenkt wird. Zusätz­ lich kommt es durch einen gegenüber dem schrägen Quetsch­ spalt vorgesehenen, quer zu dem Zylinder ausgerichteten zusätzlichen Quetschspalt zu einer Querströmung, die für eine Verwirbelung des Gemisches sorgt und dadurch die Verbrennung verbessert. Die genannte DE-OS 26 24 050 be­ trifft jedoch eine Brennkraftmaschine mit nur zwei Venti­ len pro Zylinder.

Bei Brennkraftmaschinen mit vier Ventilen hat man bisher die Brennraumoberfläche mit möglichst viel Ventilfläche versehen, damit der Gasaustausch möglichst rasch erfol­ gen kann. Auf Quetscheffekte hat man dabei verzichtet, weil wegen der angestrebten großen Abdeckung der Brenn­ raumoberfläche durch die Ventile praktisch kein Platz für Quetschflächen verbleibt. Dadurch ist die Verbren­ nung in den unteren Teillastpunkten unvollkommen, so daß das Abgas einen relativ hohen Anteil von Schadstoffen aufweist. Will man jedoch mit einem mageren Gemisch arbeiten, dann ist eine gute Mischungsbewegung im Brenn­ raum erforderlich, wozu die genannten Quetschflächen geeignet sind.

Aus der DE-OS 31 52 196 ergibt sich weiterhin, daß es zur Verbesserung der Gemischdurchmischung bekannt ist, einen Brennraum satteldachförmig auszubilden. Platz für Quetschflächen wird durch eine solche Maßnahme jedoch nicht gewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fremdge­ zündete Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß mit möglichst einfachen Mitteln eine optimale Gemischdurchmischung erzielt wird, so daß es in allen Lastbereichen zu einer möglichst vollkomme­ nen Verbrennung kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einlaßventile und Auslaßventile insgesamt zur Seite der Auslaßventile hin versetzt in Bezug auf die Mitte des Zylinderkopfes vorgesehen sind und die Quetschzone an der Seite der Einlaßventile des Zylinderkopfes durch jeweils eine Quetschfläche am Zylinderkopf und eine ent­ sprechende Quetschfläche auf dem Kolben vorgesehen ist und einen auf die Zündkerze gerichteten Quetschspalt hat.

Durch diesen Mittenversatz der Ventile schafft man sich bei einem Vierventiler den nötigen Platz, um eine Quetschzone außerhalb der Ventilmündungen vorzusehen. Natürlich müssen die Ventile dabei kleinflächiger werden als bei den bisherigen Vierventilern, so daß die erfin­ dungsgemäße Lösung eine Abkehr vom bisherigen Konstruk­ tionsprinzip darstellt. Der Erfinder hat jedoch erkannt, daß der Nachteil der geringeren Flächenausfüllung durch die Anordung eines auf die Zündkerze gerichteten Quetsch­ spaltes mehr als kompensiert wird.

Eine weitere Verbesserung der Durchmischung des Ge­ misches erreicht man gemäß einer vorteilhaften Ausge­ staltung der Erfindung dadurch, daß die Innenfläche des Zylinderkopfes satteldachförmig ausgebildet ist und die Firstlinie jeweils zwischen den Einlaßventilen und Aus­ laßventilen verläuft.

Die Quetschflächen auf der Kolbenfläche und dem Zylinder­ kopf sind durch Drehen leicht herstellbar, wenn sie je­ weils durch Ausschnitte einer Kegelmantelfläche gebildet sind.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer ande­ ren Ausgestaltung der Erfindung die Quetschflächen je­ weils eine Abrißkante haben, die zwischen den Einlaßventi­ len in Richtung der Zündkerze eingezogen ist. Durch diese Maßnahme kann man erreichen, daß die Zündkerze zuerst mit einer intensiven Quetschströmung erreicht wird, so daß sich eine möglichst schnelle, zuverlässige und intensive Verbrennung ergibt. Die schnelle Verbren­ nung ermöglicht es, möglichst spät zu zünden, was den Wirkungsgrad erhöht und den Schadstoffgehalt im Abgas senkt. Die Verbrennung ist besonders zuverlässig, weil die Zündkerze ein brennsicheres Gemisch erhält, so daß eine möglichst vollständige Verbrennung erfolgt.

Zur weiteren Verbesserung der Verbrennung trägt es bei, wenn auf der Seite der Auslaßventile ein zusätzlicher, gegenüber der Quetschzone kleinerer Quetschbereich vorge­ sehen ist, dessen Quetschspalt quer zur Ebene des Kol­ bens verläuft. Durch diese Ausgestaltung wirken die beiden Quetschrichtungen derart zusammen, daß unterhalb der Zündkerze im Bereich des Firstes des Brennraumes ein Walzenwirbel erzeugt wird. Durch diesen Wirbel wird die Flammenfront von der Zündkerze weg besonders gleich­ mäßig, umfassend und schnell im Brennraum verteilt, so daß die gewünschte Verbesserung der Verbrennung ein­ tritt.

Vorteilhaft für eine gute Verbrennung ist es auch, wenn die Quetschspaltweite im gesamten Bereich der Quetsch­ zone konstant ist.

Eine andere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Auslaßventilen eine Ionensonde vorgesehen ist. Mittels einer solchen Ionen­ sonde kann die Verbrennung überwacht werden, um die Brennkraftmaschine optimal hinsichtlich Zündzeitpunkt und Gemischverhältnis zu steuern.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung ist eine davon schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines Zylinder­ kopfes mit zwei Einlaß- und zwei Auslaß­ ventilen sowie ein dazugehöriger Kolben einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Kolbens nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt von einer Brennkraftmaschine einen Kolben 1 und einen Zylinderkopf 2. Zum besseren Verständ­ nis der räumlichen Ausbildung dieser Teile sind in den entscheidenden Bereichen Höhenlinien eingezeichnet. Der Zylinderkopf 2 hat zwei Einlaßventile 3, 4 und zwei Aus­ laßventile 5, 6. Es handelt sich bei der Brennkraftma­ schine somit um einen Vierventiler. Alle Ventile besit­ zen runde Ventilteller 7, die im Schließzustand dichtend auf jeweils einem Ventilsitzring 8 aufsitzen. Solche runden Ventilteller 7 kann man leicht als Drehteile herstellen. Außerdem drehen sie sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine in bekannter Weise, so daß sie sich gleichmäßig abnutzen und daher gut dichten. Wegen der gegebenen Druckdifferenzen sind die Einlaßventile 3, 4 größer als die Auslaßventile.

Zwischen den Ventilen 3-6 ist eine Zündkerze 9 angeord­ net. Wichtig für die Erfindung ist, daß die gesamte An­ ordnung aus Ventilen 3-6, die die Gestalt eines vier­ blättrigen Kleeblattes hat, in Bezug auf den Kolben 1 zur Seite der Auslaßventile 5, 6 außermittig angeordnet ist. Dadurch entsteht am einlaßventilseitigen Rand des Zylinderkopfes 2 Platz für eine Quetschfläche 10. Eine entsprechende Quetachfläche 11 ist auf dem Kolben 1 vor­ gesehen. Die Quetschflächen 10, 11 sind so ausgebildet, daß zwischen ihnen eine Quetschzone 15 entsteht, deren Quetschspalt so ausgebildet ist, daß bei Betrieb der Brennkraftmaschine das Gemisch in Richtung der Zündkerze 9 gequetscht wird. Die Quetschflächen 10, 11 haben die Form eines Ausschnittes einer Kegelmantelfläche und weisen eine Abrißkante 12 auf, die vorteilhafterweise nicht geradlinig verläuft, sondern zwischen den Einlaß­ ventilen 3, 4 in Richtung der Auslaßseite vorgezogen ist. Dadurch vergrößert sich die Quetschfläche.

Die Darstellung in Fig. 2 läßt die genaue Ausbildung eines Brennraumes 13 im Inneren des Zylinderkopfes 2 erkennen. Man sieht, daß dieser die Form eines Sattel­ daches hat, wobei die Firstlinie 14 zwischen dem Einlaß­ ventil 3 und dem Auslaßventil 5 sowie dem Einlaßventil 4 und dem Auslaßventil 6 verläuft. Ebenfalls dargestellt in Fig. 2 ist die Quetschfläche 10. Entsprechend ist in Fig. 3, die den Kolben 1 zeigt, die Quetschfläche 11 dargestellt.

Nicht gezeigt ist in den Figuren, daß an der Seite der Auslaßventile 5, 6 ein zusätzlicher Quetschbereich vor­ gesehen sein kann, der jedoch kleiner ist als die Quetschzone 15 an der Einlaßseite und einen Quetschspalt hat, der in der Ebene des Kolbens 1 verläuft. Dadurch kommt es durch das Zusammenwirken der Quetschströmungen zu einer Walzenwirbelbildung, die den Verbrennungsvor­ gang begünstigt.

Ebenfalls nicht gezeigt ist in den Figuren eine Ionen­ sonde, die zwischen den Auslaßventilen 5, 6 am Rand des Zylinderkopfes angeordnet sein kann und die Aufgabe hat, den Verbrennungsvorgang im Brennraum 13 zu überwachen.

Claims (7)

1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein­ laßventile und zwei Auslaßventile aufweisenden Zylinder­ kopf, einem in einem Zylinder angeordneten Kolben und einer Quetschzone zwischen dem Kolben und dem Zylinder­ kopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (3, 4) und Auslaßventile (5, 6) insgesamt zur Seite der Aus­ laßventile (5, 6) hin versetzt in Bezug auf die Mitte des Zylinderkopfes (2) vorgesehen sind und die Quetsch­ zone (15) an der Seite der Einlaßventile (3, 4) des Zylinderkopfes (2) durch jeweils eine Quetschfläche (10) am Zylinderkopf (2) und eine entsprechende Quetschfläche (11) am Kolben (1) vorgesehen ist und einen auf die Zündkerze (9) gerichteten Quetschspalt hat.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenfläche des Zylinderkopfes (2) satteldachförmig ausgebildet ist und die Firstlinie (14) jeweils zwischen den Paaren von Einlaßventil (3) und Auslaßventil (5) sowie Einlaßventil (4) und Auslaßventil (6) verläuft.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Quetschflächen (10, 11) durch Ausschnitte einer Kegelmantelfläche gebildet sind.

4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschflächen (10, 11) jeweils eine Abrißkante (12) haben, die zwischen den Einlaßventilen (3, 4) in Rich­ tung der Zündkerze (9) eingezogen ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Auslaßventile (5, 6) ein zusätzlicher, gegen­ über der Quetschzone (15) kleinerer Quetschbereich vor­ gesehen ist, dessen Quetschspalt quer zur Ebene des Kolbens (1) verläuft.

6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschspaltweite im gesamten Bereich der Quetschzone (15) konstant ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslaßventilen (5, 6) eine Ionensonde vorgesehen ist.