DE3221613C1

DE3221613C1 - Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3221613C1
Application number: DE3221613A
Authority: DE
Inventors: Horst 7300 Esslingen Bergmann; Günther 7000 Stuttgart Perrin
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1987-10-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündete Vierkant-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Durch die DE-AS 25 12 218 ist eine fremdgezündete Vierkant-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der der größte Durchmesser des Brennraumes 55% bis 70% des Kolbendurchmessers und die Tiefe des Brennraumes etwa 15% bis 20% des Kolbendurchmessers beträgt. Die Mantelflächen des kegelstumpfförmigen Brennraumes sind gegenüber der Zylinderlängsachse etwa 10% bis 30% geneigt Die Mulde im Zylinderkopf weist einen größten Durchmesser etwa gleich dem doppelten Zündkerzengewindedurchmesser und eine Tiefe von etwa 20% bis 25% ihres Durchmessers auf. Darüber hinaus schließt sich an die Mulde als Zündkanal eine keilförmige, mit der Spitze flach zur Zylinderlängsachse A-A auslaufende Zylinder-

kopfausnehmung an. Trotz dieser relativ aufwendigen Brennraumausgestaltung hat sich gezeigt, daß insbesondere bei der Verwendung von unterschiedlichen Brennstoffen eine gute Verbrennung nicht immer sichergestellt ist, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine und deren Abgasemission negativ beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der allein durch die Beeinflussung einzelner Konstruktionsparameter auch bei der Verwendung von unterschiedlichen Brennstoffen eine gute Verbrennung gesichert ist, so daß sich ein niedriger Verbrauch, eine hohe Leistung und von schädlichen Komponenten weitgehend freie Abgase ergeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung weiterbildende Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen kompakten Brennraum mit kurzen Brennwegen auf und ermöglicht eine hohe Verdichtung, wodurch der Verbrauch und die Leistung positiv beeinflußt werden. Insbesondere bei der Verwendung eines nahezu drallfreien, auf eine optimale Zylinderfüllung ausgelegtes Einlaßsystem wird eine Verbrennung erzielt, die die Verwendung eines Brennstoff-Luft-Gemisches mit hohem Luftüberschuß ermöglicht, wodurch niedrige Schadstoffemissionen in den Abgasen erzielt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des rotationssymmetrisch zur Zylinderlängsachse angeordneten Brennraumes,

F i g. 2 eine Ansicht des Zylinderkopfes nach F i g. 1 von unten ohne Zündkerze,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des exzentrisch zur Zylinderlängsachse angeordneten Brennraumes, und

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Kolben der F i g. 3 mit dem angedeuteten Zündkerzen-Durchstoßpunkt.

Die in den Fig. 1 und 2 teilweise dargestellte Brennkraftmaschine 1 umfaßt einen Zylinderkopf 2 und eine Zylinderlaufbuchse 3, in der ein Kolben 4 geführt ist. Der Kolben 4 umfaßt einen rotationssymmetrisch zur Zylinderlängsachse A-A angeordneten, im oberen Kolbentotpunkt annähernd das gesamte Brennstoff-Luft-Gemisch aufweisenden Brennraum 5, der einen ebenen Boden 6 und die Form eines sich zum Zylinderkopf 2 hin erweiternden Kegelstumpfes aufweist. Eine außermittig zur Zylinderlängsachse A-A im Zylinderkopf 2 oberhalb des Brennraumes 5 angeordnete Mulde ist mit 7 bezeichnet. Diese Mulde 7 weist die Form eines sich zum Kolben 4 hin erweiternden Kegelstumpfes auf, in die eine Zündkerze 8 hineinragt. Die Tiefe des Brennraumes 5 beträgt 25% bis 35% des Kolbendurchmessers und die Mantelfläche 5 des kegelstumpfförmigen Brennraumes 5 ist gegenüber der Zylinderlängsachse A-A um 5° bis 15° geneigt. Die 60 Mantelfläche 10 des kegelstumpfförmigen Mulde 7 im Zylinderkopf 2 im Bereich der Zündkerze 8 ist senkrecht zur Zündkerzenlängsachse B-B angeordnet, weist eine Länge M_L von 9% bis 14% des Kolbendurchmessers auf und ist vom Zündkerzen-Durchstoßpunkt P_D (Schnitt- 65 punkt der Zündkerzenlängsachse B-B mit der Zylinderkopfebene Ez) um eine Länge M₇-von 3% bis 5,5% des Kolbendurchmessers entfernt. Die Zündkerzenlängsachse B-B verläuft um einen Winkel λ von 45% bis 64% geneigt zur Zylinderkopfebene Ezuna die kegelstumpf förmige Mulde 7 weist einen Kegelwinkel von 100° bis 110° auf. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung beträgt die Tiefe des Brennraumes 5 annähernd 30% des Kolbendurchmessers ist die Mantelfläche 9 des kegelstumpfförmigen Brennraumes 5 gegenüber der Zylinderlängsachse A-A um annähernd 10% geneigt, weist die kegelförmige Mulde 7 im Zylinderkopf 2 einen Kegelwinkel von 100° sowie die Mantelfläche 10 eine Länge von annähernd 11,5% des Kolbendurchmessers auf und ist vom Zündkerzen-Durchstoßpunkt Pp um eine Länge M₇-von annähernd 4,5% des Kolbendurchmessers entfernt, und die Zündkerzenlängsachse B-B verläuft um einen Winkel α von annähernd 56° geneigt zur Zylinderkopfebene E_z. Die dem Brennraum 5 zugewandte Stirnseite 11 des Gewindegehäuses 12 der Zündkerze 8 ist fluchtend mit der Mantelfläche 10 der kegelförmigen Mulde 7 angeordnet. Eine weitere im Zylinderkopf 2 angeordnete Mulde ist mit 13 bezeichnet, die vorzugsweise eine runde Grundfläche aufweist und sich von der Mantelfläche 10 der Mulde 7 ausgehend annähernd symmetrisch zur Zylinderlängsachse A-A oberhalb des Brennraumes 5 erstreckt. Die Mulde 13 weist eine Tiefe von 2 mm bis 4 mm, vorzugsweise eine Tiefe von 2,5 mm auf. Die Mantelfläche 9 des Brennraumes 5 ist unter Vermittlung eines Radius R\ von 0,8 bis 2,4% des Kolbendurchmessers, insbesondere eines Radius R\ von annähernd 1,6% des Kolbendurchmessers mit dem Kolbenboden und die Mantelfläche 9 des Brennraumes 5 ist mit dem Boden 6 des Brennraumes 5 unter Vermittlung eines Radius A₂ von 4% bis 8% des Kolbendurchmessers, insbesondere eines Radius R₂ von annähernd 6% des Kolbendurchmessers verbunden. Der Zylinderkopf 2 weist ein Einlaßventil 14 und ein Auslaßventil 15 auf. Ein nicht gezeigter, zum Einlaßventil 14 führender Einlaßkanal ist zweckmäßigerweise drallfrei ausgeführt.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 strömt Brennstoff-Luft-Gemisch durch das geöffnete Einlaßventil 4 in die Zylinderlaufbuchse 3 ein. Im Verdichtungstakt bildet der Randbereich des Kolbens 4 außerhalb des Brennraumes 5 zusammen mit der Unterseite des Zylinderkopfes 2 einen Quetschspalt, der dem Gemisch eine in Richtung zur Zylinderlängsachse A-A weisende Bewegungskomponente aufzwängt. Die vorstehend aufgezeigten Konstruktionsparameter ergänzen sich zu einem Brennraum, der nun eine sichere Zündung des Gemisches gewährleistet und derart kurze Brennwege aufweist, daß auch bei der Verwendung von unterschiedlichen Brennstoffen eine gute Verbrennung gesichert ist, so daß sich ein niedriger Verbrauch, eine hohe Leistung und Abgase mit niedrigen Schadstoffemissionen ergeben.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig.3 und 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 lediglich dadurch, daß in einem Kolben 16 exzentrisch zur Zylinderlängsachse ein Brennraum 17 angeordnet ist, der einen Boden 18 und eine Mantelfläche 19 umfaßt. Der Durchstoßpunkt P_D zum Kolbenmittelpunkt M_K ist dabei anhand eines kartesischen Koordinatensystems mit den Koordinaten AT und Fund der Brennraummittelpunkt M_B zum Kolbenmittelpunkt M_K mit den Koordinaten X\ und Y\ beschreibbar, wobei Xi = 60% bis 100% und Y_x = 80% bis 100% ■ Fist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims

Patenansprüche:

1. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, im oberen Kolbentotpunkt annähernd das gesamte Brennstoff-Luft-Gemisch aufnehmenden Brennraum, der einen ebenen Boden und die Form eines sich zum Zylinderkopf hin erweiternden Kegelstumpfes aufweist, und mit einer außermittig zur Zylinderlängsachse im Zylinderkopf oberhalb des Brennraumes angeordneten Mulde, die die Form eines sich zum Kolben hin erweiternden Kegelstumpfes aufweist und in die die Zündkerze hineinragt, gekennzeichnet durch

die Kombination folgender, teilweise für sich bekannter Merkmale:

die Tiefe des Brennraumes (5, 17) beträgt 25% bis 35% des Kolbendurchmessers,
die Mantelfläche (10) der kegelstumpfförmigen Mulde (7) im Zylinderkopf (2) ist im Bereich der Zündkerze (8) senkrecht zur Zündkerzenlänge (B-B) angeordnet, weist eine Länge (Mi) von 9% bis 14% des Kolbendurchmessers auf und ist vom Zündkerzen-Durchstoßßunkt (P_D) (Schnittpunkt der Zündkerzenlängsachse B-B mit der Zylinderkopfebene Ez) um eine Länge (Mt) von 3% bis 5,5% des Kolbendurchmessers entfernt,
die Zündkerzenlängsachse (B-B) verläuft um einen Winkel α von 45° bis 65° geneigt zur Zylinderkopfebene (Ez),

die kegelstumpfförmige Mulde weist einen Kegelwinkel von 100° bis 110° auf.

2. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Brennraumes (5, 17) annähernd 30% des Kolbendurchmessers beträgt.

3. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9, 19) des kegelstumpfförmigen Brennraumes (5, 17) gegenüber der Zylinderlängsachse (A-A)UVO. annähernd 10% geneigt ist.

4. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Mulde (7) im Zylinderkopf (2) einen Kegelwinkel von 100° aufweist.

5. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum (5, 17) zugewandte Stirnseite (11) des Gewindegehäuses (12) der Zündkerze (8) fluchtend mit der Mantelfläche (10) der kegelstumpfförmigen Mulde (7) angeordnet ist.

6. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (2) eine weitere Mulde (13) angeordnet ist, die vorzugsweise eine runde Grundfläche aufweist und sich von der Mantelfläche (10) der kegelstumpfförmigen Mulde (7) ausgehend annähernd symmetrisch zur Zylinderlängsachse (A-A) oberhalb des Brennraumes (5,17) erstreckt.

7. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Mulde (13) eine Tiefe von 2 mm bis 4 mm aufweist.

8. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Mulde (13) eine Tiefe von 2,5 mm aufweist.

9. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9,19) des Brennraumes (5, 17) unter Vermittlung eines Radius (Ri) von 0,8% bis 2,4% des Kolbendurchmessers mit der Kolbenbodenfläche verbunden ist.

10. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (Ri) annähernd 1,6% des Kolbendurchmessers groß ist.

11. Fremdgesteuerte Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (10) eine Länge von annähernd 11,5% des Kolbendurchmessers aufweist und vom Zündkerzen-Durchstoßpunkt (Pd) um eine Länge (Mi) von annähernd 4,5% des Kolbendurchmessers entfernt ist.

12. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzenlängsachse (B-B) um einen Winkel« von annähernd 56° geneigt zur Zylinderkopfebene (Ei?) verläuft.

13. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9, 19) des Brennraumes (5, 17) mit dem Boden (6, 18) des Brennraumes (5, 17) unter Vermittlung eines Radius (Ri) von 4% bis 8% des Kolbendurchmessers verbunden ist.

14. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r\) annähernd 6% groß ist.

15. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (5) rotationssymmetrisch zur Zylinderlängsachse (A -A) angeordnet ist.

16. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (17) exzentrisch zur Zylinderlängsachse (A-A) angeordnet ist.

17. Fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrität vom Kolbenmittelpunkt (Mk) zum Brennraummittelpunkt (Mb) in einer ΛΓ-Richtung 60% bis 100% -X=^-X₁ und in einer F-Richtung 80% bis 100% · Y= Yi beträgt, wobei Xund Fdie Exzentritätsmaße der Exzentrität sind, die zwischen dem Kolbenmittelpunkt (M_K) und dem Zündkerzen-Durchstoßpunkt (Pd) besteht.