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Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung Die Erfindung
bezieht sich auf eine gemischverdichtende Brennkraftmasehine mit Fremdzündung und
einer im Zylinderkopf liegenden, im Querschnitt durch die Zylindecrachse dachförmigen
Brennkammer, welche die Ein- und AuslaBventile sowie die im wesentlichen in der
Kolbenlängsachse liegende Zündkerze enthält, wobei die Brennkammer und der in diese
eintretende erhöhte Kolbenkopf symmetrisch zu einer* durch die Kolbenlängsachse
gehenden Ebene ausgebildet sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß der im Querschnitt kegelstumpfförmige
Kolbenkopf etwa bis zur Hälfte in die eine elliptische Grundfläche aufweisende Brennkammer
eintaucht und daß ferner die Brennkammer und der erhöhte Kolbenkopf flache Seitenwände
und gewölbte Endwände haben, die derart gegen die Zylinderachse geneigt sind, daB
sie zusammen mit dem erhöhten Kolbenkopf in der oberen Totpunktlage des Kolbens
einen an sich bekannten Quetschraum bilden.
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Bei bekannten Brennkraftmaschinen der erwähnten Gattung ist kein Quetschraum
vorgesehen, während solche mit Quetschraum die Merkmale dieser Gattung nicht aufweisen.
Die
Ausgestaltung der Brennkammer nach der erfindungsgemäßen Kombination verbessert
die detonationsfreie Verbrennung der Ladung ohne die Gefahr von Frühzündungen und
läßt damit einen weichen Lauf der Maschine erreichen. Die von der etwa in der Mitte
der Brennkammer liegenden Zündstelle fortschreitende laufend größer werdende Flammenfront
erreicht die am meisten entfernten und einander gegenüberliegenden Teile der Brennkammer
etwa zu gleicher Zeit. Die Form .den Brennkammer ist der Ausbildung der Flammenfront
angepaßt, da sie in der einen Ebene erweitert ist, also das Volumen der Ladung am
Ende der Kammer größer als an deren Seiten. Die Brennkammer erhält somit eine Zündkammer
länglicher Form von beträchtlich geringerer Tiefe als Breite und Länge. Der Quetschraum
liegt in der Verlängerung der schräg angeordneten Wände des Zylinderkopfes und des
Kolbens, so daß sich der Querschnitt des Quetschraumes laufend vergrößert, wenn
die Flammenfront diesen Raum erreicht. Die erfindungsgemäße Bauart ergibt eine gleichmäßigere
Wirbelung der Ladung in allen Teilen der Brennkammer, durch die eine Spülung aller
die Brennkammer bildenden Wandungen erzielt wird. Dieses Spülen wird der Bildung
von Kohleniederschlägen entgegenwirken und vorstehende Kohleteile oder Teile sonstiger
Niederschläge kühlen, die sich anderenfalls lebhaft bilden würden und überhitzt
werden könnten, wodurch eine Vorzündung verursacht würde. Wenn sich der Kolben beim
Verdichtungshub der äußeren Totpunktlage nähert, wird die Form der Brennkammerwände
eine nach innen gerichtete kegelförmige Strömung der Ladung veranlassen. Die verschiedenen
Teilströme dieser Strömung werden den hauptsächlichsten Wandungen der Brennkammer
parallel verlaufen, die erwähnten vorstehenden Teilchen sammeln und auf die Zündmittel
hin zusammenströmen. Hierbei reinigen sie die Zündmittel und verhindern die Bildung
solcher Teilchen an den Zündmitteln oder in deren Nähe. Wenn sich die Einzelströme
dieser kegelförmigen Strömung in der Nähe der Zündmittel treffen, entsteht eine
kräftige und konzentrierte Strömung im Bereich der Zündmittel, die sich in Richtung
auf die Zündmittel umkehrt. Diese Umkehr der Ladungsströmung wird die Dichte und
die Güte des Gemisches im Bereich der Zündmittel so erhöhen, daß es unter gewissen
Umständen möglich ist, magere Gemische in der Maschine zu verbrennen. Diese Umkehr
der Strömung im Bereich der Zündmittel und die Neigung der Ladung, danach in axialer
Richtung .des Zylinders gegen den Kolbenboden zu strömen, wird in dem in der Zündkammer
verdichteten Teil der Ladung eine örtliche kräftige Durchwirbelung erzeugen. Dies
wird eine schnelle Verbrennung des größeren Teils der Ladung verursachen, der sich
in unmittelbarer Nähe der Zündmittel befindet. Nachdem dieser größere Teil der Ladung
verbrannt ist, werden die Teile der Ladung langsamer verbrennen. Diese langsame
Verbrennung wird sich aus den verhältnismäßig kühleren Wandungen ergeben. In der
Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. In
der Zeichnung zeigt Fig. i einen zum Teil: .geschnittenen Aufriß eines Teils eines
Achtzylinder-V-Motors mit einem Öffnungswinkel von go° nach der Erfindung, Fig.
2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i, Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt
nach Linie 3-3 der Fig.i und Fig.4 eine teilweise Draufsicht auf die Ebene des Schnittes
4-4 der Fig. i.
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Die nach der Erfindung ausgebildete Maschine io enthält einen Zylinderblock
ii, in dem Zylinderreihen 12 und 13 mit Zylindern 14 gebildet sind. Diz Längsachsen
der Zylinder 14 stehen in einem Winkel von 9o° zueinander.
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Die Zylinder 14 enthalten Kolben 16, die über Pleuelstangen 17 mit
der nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden sind. Die Zylinderreiben 12 und 13
tragen Köpfe 18 bzw. ig, in denen Ein- und Auslaßkanäle 21 bzw. 22 für jeden der
Zylinder 14 vorgesehen sind. Diese Köpfe sind in Reihen zu jeder Zylinderreihe angeordnet,
wobei die Ventile in Ebenen liegen, die parallel zu einer den vertikalen Winkel
zwischen den Kolben halbierenden Ebene liegen. Die Ventile 23 und 24 haben übliche
Ventilsteuerungen, die aus Federn 26, Schwinghebeln 27, Nockenwellen 28 und Stoßstangen
29 bestehen.
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Die Brennkammern 31 umfassen eine Zündkammer 32 und einen Quetschraum
33. Die Brennkammern 31 werden durch Hohlräume 34 in den Innenwandungen 36 der Köpfe
i$ und i9 und durch nach oben ragende Endflächen 37 der Kolben i6 gebildet. Die
Hohlräume 34 in den Köpfen i8 und ig haben verlängerte schräge Seitenwände 38 und
39, die, von den Enden der Zylinder 14 ausgehend, aufeinander zu laufen. Die Wände
39 in jeder Reihe der Zylinder 14 sind in einer Ebene angeordnet, die normal die
Mittel.längsebene der Maschine schneidet. Die Wände 38 liegen rechtwinklig zu den
Wänden. 39, also in Ebenen, die auf entgegengesetzten Seiten parallel zur Mittellängsebene
der Maschine verlaufen. Die Endwände der Hohlräume 34 werden durch abgeschrägte,
bogenförmige Wände 4i gebildet, die von einander gegenüberliegenden Teilen des Zylinders
14 gegen die Achse des Zylinders hin zusammenlaufen. Die Endwände 41 gehen in die
Seitenwände 38 und 39 in bogenförmigen Ecken über, so daß an den Enden der Hohlräume
34 mit den Enden des Zylinders zusammenhängende ovale Öffnungen 41 entstehen.
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Die Innenoberflächen der Hohlräume 34 können abschließend durch Bohr-,verkzeuge_
bearbeitet werden, deren Drehachse senkrecht zu der Ebcne der Wandungen 3$ bzw.
39 liegen und die in diesen Ebenen zwischen den Endwänden 41 bewegbar sind. Die
. Endflächen dieser Werkzeuge können senkrecht zur Drehachse liegen, und die Ecken
können nach innen kurvenförmig ausgebildet sein, so daß das Werkzeug bei der Arbeit
innerhalb der normalen Ebenen eine kontinuierliche Kurve an dem übergang der Flächen
38 in die Flächen 39
erzeugt. Die Innenflächen der Wände 39 werden
etwas tiefer durch ein zweites Bohrwerkzeug abgesetzt, dessen Arbeitsfläche eine
mehr ebene Ausgestaltung hat und dessen Drehachse in einer senkrecht zu der Ebene
der Flächen 39 liegenden Ebene liegt.
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Die Ausneh.mungen 42 schaffen genügendes Spiel im Bereich der Ventile,
so daß der Durchstrom durch diese durch die Endwände 41 der Hohlräume 34 nicht eingeschnürt
wird. Die Kolben 16 haben vorragende Köpfe 37, die aus Seitenwänden 43 und 44 und
Endwänden 46 gebildet sind. Die Seitenwände 43 und 44 liegen parallel zu den Seitenwänden
38 bzw. 39 des Hohlraumes 34 und befinden sich, wenn der Kolben 16 in dem Zylinder
14 die obere Totpunktlage erreicht, dicht neben den Wänden 38 und 39, wobei sie
den Quetschraum 33 bilden.
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Die Endwände 46 des aufgesetzten Kopfes 37 des Kolbens 16 sind ebenfalls
so geformt, daß sie im wesentlichen parallel zu den Innenflächen der Wände 41 des
Hohlraumes 34 liegen, wenn der Kolben 16 in der oberen Totpunktlage im Zylinder
14 ist. Auch die Endwände 46 liegen in Abstand zu den Endwänden 41 und bilden damit
den übrigen Teil des Quetschraumes 33. Die nach außen gerichteten Enden der Seitenwände
43 und 44 und die Endwände 46 geben in eine senkrecht hierzu liegende Kopffläche
47 über, die die Stirnfläche des Kolbens 16 und die innere Begrenzung der Zündkammer
32 bildet, wenn der Kolben 16 in der oberen Totpunktlage im Zylinder 14 ist. Die
Lage dieser Kopffläche 47 in bezug auf die oberen Endflächen des Hohlraumes 34 ist
so gewählt, daß eine verhältnismäßig schmale Zündkammer 32 gebildet wird, die beträchtlich
länger als tief ist. Die Fläche 47 tritt in den Hohlraum 34 etwa um den Betrag der
Hälfte der Tiefe dieses Hohlraumes ein.
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Das in der Verbrennungskammer 31 beim Verdichtungshub verdichtete
Gemisch wird durch Zündkerzen 48 gezündet. Die Zündkerzen. 48 sind in Reihe in den
Zylinderkopfreihen 18 und 19 so angeordnet, daß der Spalt zwischen .den Elektroden
im wesentlichen in der Ebene der Achsen der Zylinder 14 liegt. Die Elektroden der
Zündkerzen ragen ferner etwas über die Innenfläche des Hohlraumes nach innen hinaus
und sitzen insbesondere im Bereich des Scheitels der die Wände und den oberen Teil
des Hohlraumes ,34 bildenden Flächen. Die Ein- und Auslaßventile sind in der gleichen
Seitenfläche des Hohlraumes 34 vorgesehen, und die Elektroden der Zündkerze liegen
etwas mehr zu dem Teil der Zündkammer 32, in dem das Auslaßventil 24 liegt.
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Dies ist durch die Lage der Elektroden einer der Zündkerzen 48 von
der Linie 49 (Fig. 2) angedeutet, welche die Achse des Zylinders 14 andeutet.
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Bei einer derart ausgebildeten Brennkammer wird die Ladung- augenscheinlich
an den Zündkerzen entzündet werden und von dort in einer annähernd kugelförmigen
Front fortschreitend in der Mitte der Zündkammer verbrennen. Die Ladung der Zündkammer
wird hierbei gewissermaßen in zwei Teile geteilt, die jeder für sich gegen die Enden
der Zündkammer zu verbrennen werden. Nach der Verbrennung in der Zündkammer wird
die Flamme in die an den Seiten der Verbrennungskammer liegenden Quetschräume übertreten,
bis auch die. in diesen Teilen befindliche. Ladung in zwei Teile geteilt wird. Anschließend
daran wird dann die Flamme gegen die Enden der Brennkammer fortschreiten, und zwar
sowohl von der Mitte der Quetschräume aizs als auch von den Enden der Zündkammer,
wobei sich die zuletzt verbrennenden Teile der Ladung in den an entgegengesetzten
Teilen der Brennkammer liegenden Quetschräumen befinden. Da die Zündkammer schmal
genug ist, kann die Ladung in zwei Teilen verbrennen, ohne daß Detonationen, eintreten,
und da der Quetschraum große und einander gegenüberliegende Wände von zunehmendem
Flächeninhalt besitzt, werden auch die in den einander gegenüberliegenden Teilen
des Quetschraumes befindlichen Ladungsteile ohne bemerkenswerte Detonation verbrennen,
dank der Abnahme der Brenngeschwindigkeit im Quetschraum zwischen den dort verhältnismäßig
kühlen Wandungen.