-
Brennkammer für eine Brennkraftmaschine mit oben angeordneten Ventilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für eine 13retinkraftmaschine mit
oben angeordneten hängenden Ventilen und mit hohem Wirkungsgrad; die 1?rfindung
1te7weckt,Detonationserscheinungen, wie Knallen oder Klopfen, in der 13rentikaninier
zu verhindern oder auf ein -Minimum zii verringern; inslxsondere bezieht sich die
Erfindung auf eine Brennkatamer von der Bauart, bei der die Mischung die erforderliche
Wirbelströmung hauptsächlich durch einen Richtung gebenden Hinfluß auf die Einströmung
der -Mischung vorn Eitilaßvetitil her erhält. In diesem Fall hat sich herausgestellt,
daß die Wirbelströmungwährend des ganzenVerdichtungshubes anhält. Diese gerichtete
Wirbelströmung, die nachstehend als induzierte Wirbelströmung bezeichnet wird, übt
einen großen Einfluß auf die Größe des Flammenfortschrittes aus. Versuche haben
gezeigt, daß die Größe des Flammenfortschrittes nach dein Einlaßventil zu und entgegengf#setzt
zur Richtung der gerichteten Wirbelströmung wesentlich kleiner ist als -die Größe
desjenigen Flammenfortschrittes, der in der gleichen Richtung wie diejenige @%'irbelströmung
vor sich
gc#lit, die in Richtung auf das Auslaßventil zii verläuft.
-
Es wurde ganz allgemein erkannt. daß die Detonationserscheinungen
bzw. das Klopfen oder Knallen durch den letzten noch zu verbrennenden Teil der Füllung
verursacht werden, die durch die Expansion der bereits verbrannten Gase komprimiert
wird, und zwar in solchem Ausmaß, daß die Temperatur auf einen Punkt ansteigt, bei
dem die Verbrennung von selbst vor sich geht und auf diese Weise das charakteristische
Klol>feii veranlaßt.
-
Man hat bisher angenommen, daß das beste Verfahren zur Herabsetzung
der 1-1)etonationserscheinun-en auf ein Mindestmaß darin besteht. die Ziiticlkerze
nach dem Auslaßventil oder nach dein heißen Teil der Brennkammer hin zu verlegen.
-
Gemäß der Erfindung ist eine Brennkammer für eine Brennkraftmaschine
mit oben angeordneten Ventilen so ausgebildet und in ihr die Zündkerze so angeordnet,
daß die von der Zündkerze ausgehende Flamme jeden der beiden Teile der Brennkammer,
die in Richtung zum Einlaßventil einerseits und in Richtung zum Auslaßventil andererseits
am «-eitesten von der Zündkerze entfernt liegen, im gleichen Augenblick erreicht.
-
:auf Grund der aus Beobachtungen ge@%-otineneii Erkenntnis soll gemäß
der Erfindung für die Brennkaininer folgende Beziehung gelten:
wobei die `'Wirbelströmung im wesentlichen in der Richtung vom Einlaßventil her
an der Zündkerze vorbei zum Auslaßventil hin verläuft und wobei 1'i die Geschwindigkeit
der Brennfläche (Flammenfront) in Richtung der induzierten Wirbelströmung, h'2 die
Geschwindigkeit der Brennfläche (Flammenfront) entgegengesetzt zur Richtung der
inciuzierten Wirbelströmung, D, der Abstand des in Richtung zum Aüslaßventil bzw.
über dieses hinweg am weitesten von der Zündkerze entfernten Punktes der Brennkammer
und D2 der Abstand des in Richtung zum Einlaßventil bzw. über dieses hinweg am weitesten
von der Zündkerze entfernten Punktes der Brennkammer ist.
-
Diese gemäß der Erfindung aufgestellte Beziehung macht es notwendig,
die Flammengesohwindigkeit, d.li. die Geschwindigkeit der Brennfläche, mindestens
in zwei Hauptrichtungen zu messen. Man kann diese Messung verhältnismäßig leicht
mittels einer Ionisationsstre(#ke durchführen, die aus zwei voneinander isolierten,
aber sehr nahe beieinander angeordneten Elektroden besteht, wobei eine Elektrode
durali die Brennkammer selbst gebildet werden kann. Die Strecke bleibt nichtleitend,
bis sie von der durch die Zündkerze verursachte Brennfläche erreicht wird. Sobald
die Brennfläche an der Strecke eintrifft, wird das Gas leitend, und man kann dann
einen Impuls an ei neinKathodenstrahlenoszilloskop bzw.-oszillographen beobachten
oder aufzeichnen, wenn man die Elektroden der Strecke an einen einfachen Röhrenkreis
anschließt. Gleichfalls mit Hilfe eines einfachen Röhrenkreises bekannter Bauart
erhält und beobachtet man einen ähnlichen Impuls, wenn der Funke an der Zündkerze
überspringt.
-
Die relative Lage dieser zwei Impulse in bezug auf die Zeit oder den
Kurbelwellenwinkel kann genau mittels eines zeitabhängiggestetiertenKreises gemessen
werden, wie er zur üblichen Ausrüstung eines Oszillos'kops gehört, und zwar in Verbindung
mit zeitabhängigen Impulsen, die von irgendeinem äußeren Geber aus oder von einem
von der Kurbelwelle der Maschine gesteuerten Indikator aus eingeleitet werden. Aus
dein bekannten Abstand zwischen der Zündkerze und der Ionisation.sstrecke erhält
man auf diese Weise die Geschwindigkeit des Flammenfortschrittes.
-
Um die Erfindung auf irgendeine besondere Brennkammerform anzuwenden,
muß man zunächst nach praktischen Gesichtspunkten den geometrischen Ort der möglichen
Stellungen anmerken, wie er sich nach Gesichtspunkten für den mechanischen Aufbau
ergibt, z. 13. hinsichtlich Ventilkanälen, Wassermänteln usw. Die Zündkerze wird
dann in eine Versuchsstellung eingesetzt, und die Elektroden der Ionisationsstrecke
werden dann an den zwei von der Zündkerze entfernt liegenden Stellen der Brennkammer
angebracht. wonach man das zuvor beschriebene Verfahren durchführt.
-
Im allgemeinen wird das vorstehend angegebene erfindungsgemäße Verhältnis
noch nicht erfüllt sein, kann aber durch die folgenden ?Maßnahmen erreicht werden:
a) durch Verlegen der Zündkerze an eine günstigere Stelle auf dein geometrischen
Ort, b) durch Verkürzen oder Verlängern irgendeines der Hauptwege der Flammenfortpflanzung
durch Veränderung der Form der Brennkammer.
-
Eine Brennkammer mit den obengenannten Merkmalen ist in der Zeichnung
beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. i in etwas schematisierter Darstellung
eine Ansicht der Brennkammer einer Brennkraftmasc'hine mit oben angeordneten Ventilen
von unten, wobei die zugehörige Lage der Zylinderbohrung durch eine strichpunktierte
Linie angegeben ist, und Fig. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 2-2 .der
Fig. i.
-
In der Zeichnung stellt a den U mriß der Brennkammer in Ansicht von
unten dar. b ist das Einlaßventil, c das Auslaßventil und d die Zündkerze, die nur
in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. i ist nur die Öffnung d' für die Zündkerze dargestellt.
Ein Punkt e auf dem Umriß a ist derjenige Punkt, der sieh in Richtung zum Auslaßventit
c am «-eitesten von der Zündkerzenöffnung entfernt befindet, und f ist derjenige
Punkt des Umrisses, der sich in Richtung zum Einlaßventil b am weitesten von der
Zündkerzenöffnung entfernt befindet. Die Linie g-g ist die Mitteilinie des Maschinenzylinders
und verläuft im rechten `'Winkel zu der gemeinsamen Mittellinie der Ventile b, c.
-
Die induzierte Wirbelströmung, die hauptsächlich durch einen Richtung
gellenden Einfluß auf die
l-.in<tr(-)mting der 1(iscliung beim
Eintritt in die erbrennungskammer durch den Einlaßkanal des Ventils h hervorgerufen
wird und die während des ganzen Verdichtungshohes erhalten bleibt, verläuft im wesentlichen
in Richtung zum Auslaßventil c an der Seite der Zündkerze, wie mit Pfeilen an-"eben
ist.
-
Mit l'i ist die Geschwindigkeit der Brennfläche in 12ichtun- atit
den Punkt c zu dargestellt, die im w:sentlichen in der gleichen Richtung wie die
iniltizierte \\"irl>el.#triiinung. d. h. auf das AuslaßventiI c zti verläuft: mit
1"2 ist die Geschwindigkeit der ßrennfliiclie in Richtung auf den Punkt f entgegen
(IerRichtung der induziertenWirhelströmung dargestellt.
-
1)i ist der Abstand des Punktes e von der Zündkerze und I).>
der Abstand des Punktes f von der Zündkerze.
-
hie (Sttnun@@ für die Zündkerze ist derart andar, sich rlas X-erliältnis
| oder annähernd dieses `'erhä ltiiis ergibt. Dem- |
| zufolge liegt die Zündkerze (lein Einlaßventil |
| ii:ilier, und -zwar im Gegensatz ztt der sonst im all- |
| geIneinen üblichen Bauweise, bei der die Zünd- |
kürze, wenn sie überhaupt einem Ventil bevorzugt genähert ist, dem Auslaßventil
näher liegt.