DE4129804C2 - Brennraum eines Hubkolbenmotors - Google Patents

Brennraum eines Hubkolbenmotors

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Description

Die Erfindung betrifft einen Brennraum eines Hubkolbenmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Brennraum ist aus EP-A1-0 412 008 bekannt. Eine zylindrische Brennraummulde im Kolbenboden ist an ihren beiden Längsseiten durch zwei dachförmig zueinander geneigte, ebene Seitenflächen begrenzt, die parallel zur Zylinderachse der Brennmulde verlaufen. Oberhalb der Seitenfläche sind die Einlaßventile und Auslaßventile angeordnet und im Zylinderkopf längsgeführt. Die Seitenflächen bilden mit der Brennraummulde scharfe Kanten, die den Kolben nach oben begrenzen. Wird im Brennraum zur feineren Kraftstoffverteilung und besseren Gemischaufbereitung eine umlaufende Wirbelströmung erzeugt, so wirkt sich diese Kante sehr ungünstig aus. Sie bremst die Wirbelströmung umso stärker, je näher der Kolben dem oberen Totpunkt kommt und sich das im Zylinder eingeschlossene Gemischvolumen verkleinert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen im Kolbenboden ausgebildeten Brennraum so zu gestalten, daß eine Wirbelströmung des Kraftstoff-Luftgemisches nicht behindert, sondern verstärkt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Wenn die Mantellinien der zylindrischen Brennraummulde im Winkel zu den sie begrenzenden Seitenflächen angestellt sind, wird über dem Kolbenboden eine Ringströmung ermöglicht. Diese setzt sich aus Gemischanteilen über der rechten Seitenfläche, der rechten Hälfte der Mantellinien, der linken Seitenfläche und der linken Hälfte der Mantellinien zusammen. So wird bei jedem Kompressionshub des Kolbens auf das ober ihm liegende Gemisch ein Drall ausgeübt, der eine Wirbelbewegung entfacht oder einen bereits vorhandenen Wirbel verstärkt. Noch wirksamer wird diese durch die Brennraumgeometrie verursachte Wirbelbildung, indem in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Seitenflächen in Umfangsrichtung des Kolbens ansteigen und zusammen mit Kugelsegmentquetschflächen Keile bilden. Diese Keile bewirken am, Gemisch einen tangential wirkenden Impuls. In Richtung dieser Keilströmung liegen auch die Zündkerzen und werden so in erwünschter Weise mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches beaufschlagt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt eines Brennraums im Kolbenboden und Zylinderkopf,
Fig. 2 Draufsicht auf den kolbenseitigen Brennraum,
Fig. 3 räumliche Darstellung des Kolbens und der Zündkerzenlage.
Im Zylinderkopf 1 eines Hubkolbenmotors ist ein Kolben 2 längsgeführt; in der gezeichneten Lage nach Fig. 1 steht er kurz vor dem oberen Totpunkt. Zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderkopf 3 liegt ein Brennraum, der zum einen Teil als Brennraummulde 4 im Kolbenboden 5, zum anderen Teil als kugelige Wölbung 6 im Zylinderkopf 3 ausgebildet ist. Ein Auslaßventil 7 und ein Einlaßventil 8 sind im Zylinderkopf 3 längsgeführt. Die Stirnflächen ihrer Ventilteller 7' und 8' liegen tangential zu der Wölbung 6.
Die Brennraummulde 4 ist zylindrisch gestaltet. Die strichpunktiert gezeichneten Mantellinien 9 der zylindrischen Brennraummulde 4 sind parallel zu den beiden symmetrisch zu den Kolbenachsen 10 liegenden Muldenkanten 11. In der Draufsicht nach Fig. 2 hat die Brennraummulde 4 eine rhombusartige Gestalt. Die Länge der Mantellinien 9 wird begrenzt durch zwei symmetrisch zur Kolbenachse 10 liegende, zueinander dachförmig geneigte ebene Seitenflächen 12 und 13. Die Neigung der Seitenflächen 12, 13 ist etwas geringer als die Neigung der Stirnfläche der darüberliegenden Ventilteller 7', 8'. Um im oberen Totpunkt des Kolbens 2 eine Berührung der voll geöffneten Ventile 7, 8 mit den Seitenflächen 12, 13 zu vermeiden, sind in sie kreisförmige Taschen 14, 15 eingearbeitet. Zusätzlich sind die Seitenflächen 12, 13 gegenläufig zueinander in Umfangsrichtung des Kolbens 2 so geneigt, daß ihre Oberkanten 16, 17 Schraubenlinien darstellen. Die Seitenflächen 12, 13 bilden mit den Muldenkanten 11 bzw. den Mantellinien 9 einen Winkel α, der etwa 55° beträgt.
Die Seitenflächen 12, 13 erheben sich aus einer den Brennraum rings umgebenden Quetschfläche, die an der Trennfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben liegt. In Umfangsrichtung des Kolbens 2 erstrecken sich die Seitenflächen 12, 13 jeweils über einen Winkel von ca. 90°.
Zwischen den Seitenflächen 12, 13 befinden sich diametral am Kolben 2 gegenüberliegend zwei Kugelsegment-Quetschflächen 19, 20, deren Gestalt der kugeligen Wölbung 6 des Zylinderkopfes angepaßt ist. Sie fallen beidseitig keilförmig zu der ringförmigen Quetschfläche 18 ab. Zwischen den Kugelsegment-Quetschflächen 18, 19 der Brennraummulde 4 und den Seitenflächen 12, 13 liegen horizontale Flächenzwickel 21, 22, die den Kolben 2 nach oben abschließen.
Oberhalb der Brennraummulde 4, nahe den Muldenkanten 11 liegen die Elektroden von zwei Zündkerzen 23, 24, die im Zylinderkopf 3 eingeschraubt sind. Sie sind äquidistant zur Kolbenachse 10 angeordnet.
Insgesamt betrachtet bietet der kolbenseitige Brennraum das Bild einer leicht geschwungenen Sattelfläche. Einer umlaufenden Wirbelströmung setzt er keinen merklichen Widerstand entgegen. Bedingt durch die winkelige Zuordnung der Brennraummulde zu den Seitenflächen 12, 13 wird bei einer Kolbenbewegung auf das Brennraumgemisch ein Drall ausgeübt, der einen umlaufenden Wirbel erzeugt. Da die Seitenflächen 12, 13 auch in Umfangsrichtung des Kolbens winkelig angestellt sind, wird zusätzlich eine Keilströmung erzeugt, die über die Muldenkanten 11 hinwegläuft und auf die Zündkerzen 23, 24 gerichtet ist. Sie bläst das an den Elektroden entzündete Gemisch rasch von ihnen fort und bewirkt zusammen mit dem umlaufenden Wirbel eine erwünschte, schnelle Verbrennung des gesamten Brennraumgemisches.
Trotz der aus Strömungsgründen gewählten Sattelform des Brennraumes läßt er sich einfach spangebend herstellen, da alle Flächen auf Drehmaschinen zu fertigen sind. Das ist ein besonderer Vorteil für Präzisionskolben bzw. -Brennräume, für die ein Gießverfahren zu ungenaue Werte des Kompressionsvolumens liefert. Der Brennraum wird bevorzugt für einen gemischverdichtenden, fremdgezündeten Hubkolbenmotor verwendet. Er läßt sich jedoch mit geringfügiger konstruktiver Abwandlung auch für Hubkolbenmotoren mit Direkteinspritzung und Selbstzündung verwenden.

Claims (9)

1. Brennraum eines Hubkolbenmotors, der zum einen Teil im Zylinderkopf und zum anderen Teil im Kolbenboden ausgebildet ist und von einer ringsumlaufenden, zwischen dem Kolben und Zylinderkopf gelegenen Quetschfläche umgeben ist, wobei der Brennraumanteil des Kolbens aus einer zylindrischen Brennraummulde und beidseitig an sie angrenzenden, einander diametral gegenüberliegenden, ebenen Seitenflächen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung des Kolbens (2) verlaufenden Seitenflächen (12, 13) mit einem Winkel (α) gegenüber den Mantellinien (9) der zylindrischen Brennraummulde (4) schräg angestellt sind.
2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) 50° bis 70° beträgt.
3. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenflächen (12, 13) über den horizontal liegenden Mantellinien (9) mit gleichem Winkel dachförmig zueinander geneigt sind.
4. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Seitenflächen (12, 13) jeweils über ein viertel des Kolbenumfangs erstrecken.
5. Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenfläche (12 bzw. 13) mit der Brennraummulde (4) eine in Umfangsrichtung des Kolbens schraubenlinienförmig ansteigende Oberkante (16 bzw. 17) bildet.
6. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer ringförmigen Quetschfläche (18) die beiden Seitenflächen (12, 13) und zwei zwischen ihnen gelegene, einander diametral gegenüberliegende Kugelsegment-Quetschflächen (19, 20) nach oben ansteigen.
7. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Seitenflächen (12, 13) halbkreisförmige Taschen (14, 15) zur Aufnahme von geöffneten Ventile (7, 8) eingearbeitet sind.
8. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde (4) in der Draufsicht eine rhombusartige Gestalt hat.
9. Brennraum nach Anspruch 1, dessen Kraftstoff-Luft-Gemisch mit zwei Zündkerzen gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden der Zündkerzen (23, 24) etwa mittig zu den Mantellinien (9) der Brennraummulde (4), äquidistant zur Kolbenachse (10) angeordnet sind.
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