DE3322544A1

DE3322544A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3322544A1
Application number: DE19833322544
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7141 Freiberg Mezger; Walter Dipl.-Ing. 7251 Weissach Wurster
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1985-01-10
Also published as: IT1196135B; FR2549136B1; US4606303A; GB8415937D0; GB2144487B; JPS6011623A; DE3322544C2; SE8403306L; SE458138B; IT8421283A0; GB2144487A; FR2549136A1; SE8403306D0

Description

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Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen, aus DE-OS 20 12 632 bekannten Brennkraftmaschine besteht jede Hälfte des im Zylinderkopf ausgebildeten Brennraums aus zwei symmetrisch zur Zylinderachse liegenden, gewölbten Ausnehmung, deren Wände aus Teilugelflachen gebildet sind. Jeder Ausnehmung ist ein Auslaßventil und ein Einlaßventil zugeordnet. Die beiden Ausnehmungen sind durch einen Grat unterteilt, um ohne Verwendung von Quetschflächen die Ausbildung zweier Wirbel zu erreichen und dadurch eine gute Durchwirbelung und optimale Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches zu erzielen. Nachteilig ist dieser Grat jedoch in thermischer Hinsicht. Denn er erreicht eine höhere Temperatur als die übrige Brennraumwand und kann daher Ausgangspunkt von Klopferseheinungen sein, so daß ein solcher Brennraum kein hohes Verdichtungsverhältnis zuläßt. Außerdem behindert der Grat das übergreifen der Strömungswirbel auf eine den ganzen Brennraum umfassende Gesamtströmung, die nötig ist, wenn man nach dem Kompressionshub die Abgasreste möglichst vollständig aus dem Brennraum entfernen will, um ihn ganz mit frisch angesaugtem Gemisch zu füllen. Dieser Gesichtspunkt steht insbesondere bei Vierventil-Brennkraftmaschinen im Vordergrund, die der besseren Füllung wegen höhere Herstellkosten in Kauf nehmen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Brennraum einer Hubkolben-Brennkraftmaschine so zu gestalten, daß eine gute Füllung mit Kraftstoff-Luftgemisch und ein hohes Verdichtungsverhältnis ermöglicht werden.

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Um die Einström- und Ausströmverhältnisse an dem Brennraum weiter zu verbessern, sind je zwei Einlaßventile und zwei
Auslaßventile in Längsrichtung der Brennkraftmaschine
V-förmig zueinander geneigt; die Wölbung des Brennraumes
ist der Winkelstellung der Ventile angepaßt.

Die Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Vier-Ventil-Zylinderkopf ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend erläutert.
Es zeigen:

Querschnitt durch einen Zylinderkopf,
Längsschnitt nach Linie II-II der Fig. 1,
Ansicht einer Brennraumhälfte von unten,
Brennraumkontur in der Quer-Mittelebene IV-IV durch das Einlaßventil und das Auslaßventil, Brennraum-Ubergangsbogen für das Einlaßventil in den Ebenen a bis i,

Brennraum-Ubergangsbogen für das Auslaßventil in den Ebenen j bis r.

Im Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine ist ein nach oben gewölbter Brennraum 2 ausgebildet, wobei in die gewölbte Brennraumwand 3 zwei Einlaßkanäle 4 und zwei Auslaßkanäle 5 einmünden, die durch zwei Einlaßventile 6 und zwei Auslaßventile gesteuert sind. Jede Brennraumhälfte 2' enthält ein Einlaßventil 6 und ein kleineres Auslaßventil 7, die in ihrer Quer-Mittelebene IV-IV dachförmig zum Brennraum 2 liegen. Die
Wölbung des Brennraumes 2 ist so gestaltet, daß an jeder Stelle übergangsbogen mit maximal großen Radien von den Stirnflächen der Einlaßventile 6 und Einlaßventile 7 bzw. von deren Ventilsitzringen zu der Brennraumberandung 8 führen. Jede Hälfte der Brennraumberandung 8 setzt sich zusammen aus einem größeren Kreisbogen 9, zwei sich beidseitig anschließenden kleineren Kreisbogen 10 und zwei zu ihnen tangential liegenden parallelen Geraden 11.

Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6

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Wie die Fig. 3, 5 und 6 erkennen lassen, sind die Radien der Übergangsbogen 12 an den Schmalstellen 13 und 14, die die Ventile 6, 7 zur Brennraumberandung 8 bilden, am kleinsten, werden dann in beiden Umfangsrichtungen der Brennraumberandung 8 kontinuierlich größer und erreichen ihre Maximalwerte in den beiden zueinander senkrechten Mittelebenen 15, zwischen den Ventilen 6 und 7. Hierzu sind in Fig. 3 durch den Brennraum im Bereich des Einlaßventils 6 die Ebenen A, B, C, D, E, F , G, H, I, im Bereich des Auslaßventils 7 die Ebenen J, K, L, M, N, 0, P, Q, R gelegt. In Fig. 5 und 6 sind diese Ebenen mit den von der Brennraumberandung ausgehenden Übergangsbogen 12 zum Schnitt gebracht. Je mehr solcher Ebenen durch den Brennraum gelegt werden, um so besser läßt sich rein konstruktiv dessen Wölbung dem Ideal einer stufenlosen Vergrößerung der Radien der übergangsbogen annähern.

Die Zündkerze 17 ist auf der Schnittlinie der zueinander senkrechten Mittelebenen 15 und 16 in einer in den Brennraum hineinragenden Erhebung 18 angeordnet, die aus der Brennraumwand 3 sanft ansteigt und mit großem Radius abgerundet ist.

Die Stirnflächen der Einlaßventile 6 und Auslaßventile 7 fügen sich in die Brennraumwand 3 ohne Absätze und Kanten ein. Hierzu sind das Einlaßventil und Auslaßventil jeder Brennraumhälfte 2¹ V-förmig zueinander geneigt, ihr Neigungswinkel zur Zylinderachse 19 läßt sich aus der Beziehung

s
tano6 = ^ * ^ * f berechnen, wobei bedeuten:

e - ι

~ = Verhältnis Kolbenhub zu Zylinderbohrung

Brennraumvolumen d. Zylinderkopfes Kompressionsvolumen

Kompressionsvolumen „ -,.,,_ ,_..-n_ · = ^c ■ = Verdichtungsverhältnis

Hubvolumen

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Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung beträgt s ₌ ^ _83; ^ „ „ _{f D} » ₉₅ „„.

Wird für f = 0,7 festgelegt, so ergibt sich ein Neigungswinkel cL = 13°, wird f = 0,9 gewählt, so beträgt der Neigungswinke lo^ = 16,5°. Ausgehend von diesem Rechenergebnis wurde der Neigungswinkel oC für das Einlaßventil auf 14°, der Neigungswinkel oL' für das Auslaßventil auf 15° festgelegt.

Um die Ventil-Stirnflächen optimal der Wölbung der Brennraumwand 3 anzupassen, sind auch die beiden Einlaßventile 6, und die beiden Auslaßventile 7 in Längsrichtung der Brennkraftmaschine V-förmig zueinader geneigt. Ihr Neigungswinkel^ zur Zylinderachse 19 beträgt ca. 6°, mit demselben Winkel sind die ümfangsflächen der Nocken 20, 21 der Nockenwellen 22, 23 angeschrägt. Da diese Schrägflächen gleiche Winkel aufweisen und gegenläufig zueinander liegen, heben sich bei Betätigen der beiden Einlaßventile und Auslaßventile die auf die Nockenwellen 22 und 23 wirkenden Axialkräfte gegenseitig auf.

•I-

- Leersei te -

Claims

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Patentansprüche

Π JGemischverdichtende, mit einer Zündkerze fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit hängend und geneigt zur Zylinderachse angeordneten Ventilen, wobei ein Brennraum in einer nach oben gewölbten Ausnehmung des Zylinderkopfes gebildet ist, die symmetrisch zyr Zylinderachse liegt und deren Berandung zwei diametral gegenüberliegende größere Kreisbogen sowie mindestens zwei sich daran anschließende kleinere Kreisbogen enthält und wobei die Ventile nahe an die Brennraum-Berandung gerückt sind und mit ihr Schmalstellen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Übergangsbogen (12) von den Ventil-Stirnflächen (6¹, 7¹) zu der Brennraum-Berandung (8) von den Schmalstellen (13, 14) aus nach beiden Umfangsrichtungen der Brennraum-Berandung (8) hin kontinuierlich zunimmt und seine maximale Größe etwa auf einer Mittelebene (15) zwischen den Ventilen (6, 7) erreicht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei jeder Zylinderkopf zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßventile (6) und die beiden Auslaßventile (7) in Längsrichtung der Brennkraftmaschine V-förmig zueinander geneigt angeordnet sind und durch Nocken (20, 21) mit entsprechend geneigten Schrägflächen betätigt sind.
3., Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (17) auf einer in den Brennraum hineinragenden, abgerundeten Erhebung (18) angeordnet ist, die mit großem Übergangsradius in die zur Brennraum-Berandung (8) hin abfallende, gewölbte Brennraumwand (3) übergeht.

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4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (17) auf der Schnittlinie der beiden senkrecht zueinanderliegenden Mittelebenen (15, 16) zwischen den Ventilen (6, 7) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (6¹, 7¹) der Ventile (6, 7) etwa tangential zu den übergangsbogen (12) liegen.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine, ein Einlaßventil (6) und ein Auslaßventil (7) umschließende Hälfte der Brennraum-Berandung (8) aus einem größeren Kreisbogen (9), zwei sich beidseitig anschließenden kleineren Kreisbogen (10) und zwei an sie tangential anschließenden parallelen Geraden (11) bzw. Kreisbögen mit sehr großem Radius zusammengesetzt ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel oC der Ventile zur Zylinderachse nach der Beziehung festgelegt ist:

tan cL =

s_

4 · D

worin bedeuten: s _ Kolbenhub

D Zylinderbohrung

f = Brennraumvolumen d. Zylinderkopfes Kompressionsvolumen

C, _ Kompres s ions volumen _ Verdichtungs-Hubvolumen ^{= v}^^hältnis
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für freisaugende Brennkraftmaschinen f = 0,7 bis 0,9; für aufgeladene Brennkraftmaschinen f =0,6 bis 0,8 beträgt, wobei in beiden Fällen die größeren Werte für das Auslaßventil (7) gelten und daher der Neigungswinkel oL des Auslaßventils (7) entsprechend maximal um 3° größer ist als der Neigungswinkel O6 des Einlaßventils (6).