DE3841548A1

DE3841548A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3841548A1
Application number: DE3841548A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl Ing Haas
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-06-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit kugelkalottenförmigen Kolbenboden und Zylinderkopfboden gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Bei der Gestaltung des Verbrennungsraumes einer Brenn kraftmaschine wird der Minimierung der Spalträume, die durch konstruktiv oder strömungstechnisch bedingte Ventil sitzfasen und Taschen entstehen, besonderes Augenmerk gewidmet. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, um zu erreichen, daß die zu Gemischbildung erforderliche Drehbewegung der Ladung, der sogenannte Drall, nicht gestört wird. Dadurch wird mit dem im Verbrennungsraum eingespritzten Kraftstoff eine gute Mischung gebildet. Volumen, Lage und Form der Schadräume um die Ventilsitze sind maßgeblich darin beteiligt, und beeinflussen die Leistung und Abgaszusammensetzung nicht unerheblich.

Bei einem Zylinderkopf mit ebenem Boden ist eine gleich mäßige Gestaltung der Fasen um die Zylinderkopfventile erreichbar. Man bevorzugt jedoch Zylinderkopfgestaltung mit nach innen gewölbtem Zylinderkopfboden (gemäß DE-OS 15 76 025), meistens in Kugelkalottenform, da sie entsprechend ihrer Geometrie größere Ventilsitzdurchmesser erlauben, und insbesondere bei luftgekühlten Motoren Vor teile hinsichtlich der Zylinderkopfkühlung bieten. Die Anordnung der Ein- und Auslaßventilsitze bei diesem Zylinderkopf mit kugelkalottenförmigem Boden hängt weit gehend von der Lage des Rädertriebs ab. Beim Reihenmotor wird z.B. auf der Seite auf der die Einspritzpumpe liegt, auch die Einspritzdüse sitzen, die möglichst in der Mitte des Zylinderkopf münden soll. Die Ein- und Auslaßventile müssen demnach aus der Zylindermitte verschoben werden.

In den meisten Fällen liegt die Ventilachse in einer Ebene, die parallel zur Zylinderachse verläuft. Durch die Verschneidung der Ventilsitzwandungen mit der exentrisch dazu liegenden Kugelkalotte des Zylinderkopfbodens ergeben sich ungleich geformte Ventilfasen, die an den tieferen Stellen jeweils bei den Ein- und Auslaßventilen unerwünscht große Schadräume bilden und aufgrund des unsymmetrischen Verlaufs um den Ventilsitz Strömungsstörungen verursachen.

Auch bei zu dem Zylinderkopfboden entsprechend kalotten artig geformten Kolben treten am Rand der im Kolben rotationssymmetrisch außermittig angebrachten Brennraum mulde unerwünschte Verschneidungskanten auf. Auch die Muldenraumhöhe variiert sich in solchem Maße, daß optimale Geometrien nicht verwirklicht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem kugel kalottenförmigen Zylinderkopfboden mit einfach geneigten Ventilen und entsprechend geformtem Kolbenboden die gleichen günstigen Verhältnisse wie bei einem flachen Zylinderkopfboden zu schaffen, d.h., Schadräume weitgehend zu minimieren und Ventilüberschneidungen rotations symmetrisch im Zylinderkopfboden zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kugelmittelpunkt der Kalotte von der Zylinderachse ver schoben wird, und zwar um den gleichen Betrag wie die einfach geneigten Gaswechselventile von der geometrischen Zylindermitte, so daß die Achsen der in einer Ebene liegenden Gaswechselventile durch den Mittelpunkt der Brennraumkugel gehen. Damit entstehen an den Ventilrändern geometrisch minimierte und rundum gleiche Fasen. In vor teilhafter Ausgestaltung kann auch die Außenseite der Ventilteller der Ein- und Auslaßventile mit dem gleichen Radius der Brennraumkugelkalotte hohl bearbeitet werden, um Abflachungen auf dem passend zum Zylinderkopfboden hergestellten Kolbenoberfläche zu vermeiden.

Gemäß dem Patentanspruch 6 wird die Aufgabe auch er findungsgemäß gelöst, wenn die Mittelachse der rotations symmetrisch gestalteten Brennraummulde zur Mittelachse des Zylinders versetzt ist und zu dieser zugleich gekippt ist. Diese Ausbildung löst alternativ oder additiv zu den Aus bildungen nach den Ansprüchen 1 bis 5 die gestellte Auf gabe.

Dabei ist der Kolbenboden entsprechend der Kugelkalotten form des Zylinderkopfbodens geformt und die Brennraummulde ist so angelegt, daß ihre Achse durch das Kugelzentrum geht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Neigung der Muldenachse, da hierdurch die zwangsläufige Schrägstellung der Brennraummulde der Differenzwinkel zwischen Einspritz düse und Mulde geringer wird. Demnach wird der gleiche Effekt wie mit einer, konstruktiv meist aufwendigen steileren Einspritzdüsenpositionierung, erzielt.

Die Bearbeitung des Kolbens mit exzentrischem Kolbenboden ergibt ungleiche Feuersteghöhen. Eine vorteilhafte Wärme verteilung im Brennraum wird dadurch erzielt, indem das heiße Auslaßventil auf der Seite der größeren Feuersteg höhe liegt, und das kalte Einlaßventil auf der Seite der kleineren Feuersteghöhe liegt.

Die Erfindung ist nachstehend aus einem Ausführungs beispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter er läutert.

Der aufgezeigte Schnitt einer Brennkraftmaschine zeigt einen Kolben 2 und den dazugehörigen Zylinderkopf 1, wobei die aneinanderliegenden und den Brennraum bildenden Ebenen 14 von beiden Teilen kugelkalottenförmig gestaltet sind., deren Verlauf gleich ist, und deren Mittelpunkte der Einfachheit halber sich deckend bei dem Mittelpunkt 13 liegen. Der Zylinderkopf 1 ist mittels Dichtung 4 und Befestigungsschrauben 5 auf der Zylinderlaufbuchse 3 be festigt.

Die den Brennraum bildende gemeinsame Kugelkalotte 14 ist so gestaltet, daß ihr Mittelpunkt 13 von der Zylinderachse 9 versetzt liegt. Die Ein- und Auslaßventile 6 und 7 sind konstruktiv einfach geneigt gestaltet und so angebracht, daß ihre Achsen 10 und 11 durch den Mittelpunkt 13 der kugelförmigen Kalotte gehen. Die sich dabei in den Ventil wänden ergebenden Fasen 15 sind geometrisch rundum gleich und vom Volumen her auf ein Minimum reduziert.

Um Abflachungen auf dem Kolbenboden zu vermeiden, sind die Außenseiten der Ventilteller 6′ und 7′ der Ein- und Aus laßventile mit dem gleichen Radius der Brennraum kugelkalotte bearbeitet. Durch die Minimierung der Schad räume im Verbrennungsraum, durch Gleichgestaltung der Fasen bei den Ventilöffnungen sowie durch die Hohl gestaltung der Ventilteller, wird die Verbrennung günstig beeinflußt.

Zwecks Verbrennungsoptimierung ist die rotations symmetrisch gestaltete Brennraummulde 8 so angebracht, daß ihre Mittelachse 12 zur Mittelachse 9 des Zylinders ver setzt und zugleich gekippt liegt, wobei die Achse 12 durch den Mittelpunkt 13 der Brennraumkugelkalotte geht.

Bei dieser Brennkraftmaschine sind durch die exzentrisch gestaltete Brennraumkugelkalotte mit einfach geneigten Ventilen die Schadräume und die Verschneidungskanten des Brennraumes so minimiert, daß dabei eine otpimale Strömung bzw. Verbrennung innerhalb des Brennraumes sich ergibt. Ebenso durch Versetzung und Schrägstellung der Achse der Kolbenmulde bezüglich der Zylinderachse ergeben sich am Muldenrand rotationssymmetrische Verhältnisse, so daß die Verbrennung und die Strömung innerhalb des Brennraumes günstig beeinflußt wird. Ebenso hat die Schrägstellung der Brennraummulde am Kolben für die Verbrennungsauslegung einen weiteren Vorteil, da die Differenzwinkel zwischen der Einspritzdüse (hier nicht gezeigt) und der Mulde geringer wird, d. h. hierbei wird von der Einspritz intensität her der gleiche Effekt erzielt, wie mit einer steileren Düsenposition, deren Verwirklichung konstruktiv aufwendig ist.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit kugelkalottenförmigen Kolbenboden und Zylinderkopfboden (14), mit zumindest je einem Einlaßventil (6) und Auslaßventil (7), dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderkopfboden bildendende Kugelkalotte (14) einen Mittelpunkt (13) auf weist, der von der Zylinderachse versetzt liegt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Mittelpunkt (13) der Kugelkalotte (14) um den gleichen Betrag wie die Achsen (10 und 11) der einfach geneigten Gaswechselventile (6 und 7) aus der Zylindermitte verschoben ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Achsen (10 und 11) der in einer Ebene stehenden Gaswechselventile (6 und 7) durch den Mittel punkt der Brennraumkugelkalotte (14) gehen.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitz ränder rundum gleiche Fasen (15) aufweisen.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteller (6′, 7′) auf ihrer Außenseite mit dem gleichen Radius der Brennraumkalotte hohl bearbeitet sind.

6. Brennkraftmaschine mit kugelkalottenförmigen Kolbenboden und Zylinderkopfboden (14) und mit zumindest je einem Einlaßventil (6) und Auslaßventil (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (12) der rotationssymmetrisch gestalteten Brennraummulde (8) zu der Mittelachse (9) des Zylinders versetzt ist und zu der selben gekippt ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (12) der rotations symmetrisch gestalteten Brennraummulde (8) im Kolbenboden sich mit den Ventilachsen im Mittelpunkt (13) der Zylinderkopfkugelkalotte trifft.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Feuersteghöhe des Kolbens auf der Seite des Auslaßventils (7) liegt und die kleinere Feuersteghöhe auf der Seite des Einlaßventils (6) liegt.