DE1083084B

DE1083084B - Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzuendung

Info

Publication number: DE1083084B
Application number: DEL19607A
Authority: DE
Original assignee: Lister & Co Ltd R A; RA Lister and Co Ltd
Current assignee: Lister & Co Ltd R A; RA Lister and Co Ltd
Priority date: 1954-08-11
Filing date: 1954-08-11
Publication date: 1960-06-09

Description

Luftverdichtende'trennkraftmasdiine mit Selbstzündung Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und einem Kolben, dessen Boden eine Brennkammer mit einer Brennkammeröffnung aufweist, an die sich ein vom Kolbenboden ausgehender, zur Kammer hin sich verjüngender Brennkammerhals anschließt, während die Wandung der Brennkammer als Rotationsfläche ausgebildet ist und eine gipfelförmige, sich vom Boden der Brennkammer bis zur Brennkammeröffnung erstreckende Erhebung aufweist und die Achse der Rotationsfläche, die Erhebung sowie die Brennkammeröffnung koaxial liegen.
Es sind Brennkraftmaschinen mit einer Vorkammer ' bekannt, bei denen der Brennstoff nicht in die Kolbenbrennkammer gespritzt wird, sondern in die Vorkammer, die über seitliche Ausblasöffnungen mit der Brennkammer in Verbindung steht. Außerdem prallen die Luftströme frontal und seitlich zusammen, so daß ungeordnete Wirbel entstehen, welche Druckverluste verursachen. Die Brennkammer hat im wesentlichen konische Form.
Bei einer anderen bekannten Brennkr aftmaschine ist die Brennkammer kreisförmig gestaltet und zwischen Brennkammer und Brennkammeröffnung ein Kanal vorgesehen, der Drosselverluste auf die in die Brennkammer einströmende Luft ausübt. Hierbei wird zudem der Brennstoff nicht auf eine gjpfelförmige Erhebung an der Brennkammer aufgespritzt, sondern der Brennstoff soll ohne Wandberührung im Kanal in der Luft verteilt werden.
Auch sind Einrichtungen bekannt, bei denen der Brennstoff auf die gipfel- oder sattelförmig ausgebildete Erhebung in der Brennkammer aufgespritzt wird, wobei die Brennka-inmer derart ausgebildet ist, daß eine höchst ungünstige Luftführung vorhandenist, wodurch Druckverluste auftreten.
Alle bisher bekannten Ausführungen haben den Nachteil, daß in der Nähe der Wandung der Brennkammer unkontrollierbare und ungesteuerte Wirbelungen erzeugt werden, die Druckverluste und entsprechenden Brennstoffverbrauch zur Folge haben.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, durch Erzielung einer schnelleren und gründlicheren Durchmischung von Kraftstoff und Luft als bei den bekannten Kolbenausbildungen für eine wesentliche Verbesserung der Verbrennung zu sorgen.
. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Brennstoff in an sich bekannter Weise auf die gipfelförmige Erhebung des Brennkainmerbodens aufgespritzt wird und daß die Erzeugungslinie der Wandung der Brennkammer eine gekrümmte Linie ist, die in der Nachbarschaft der gipfelförtnigen Erhebung einen größeren Krümmungsradius besitzt als in der Nachbarschaft der Brennkammeröffnung, wobei sich der Endabschnitt dieser Linie nahe der Brennkammeröffnung in einer Richtung auf die gipfelförmige Erhebung hin erstreckt und dabei eine Schürze bildet, die sich in der Kammer rund um das angrenzende Ende des Brennkammerhalses erstreckt '.
Diese'neue Lehre hat unter anderem den Vorteil, daß ungeordnete Wirbel vermieden werden und dadurch die Rotationsgeschwindigkeit der Luft erhöht wird, was seinerseits wiederum begünstigt, daß der auf die gipfelförmige Erhebung aufgetroffene Brennstoff, d. h. der hierdurch entstehende Brennstoffdampf, besser mit Luft vermischt wird. Hierdurch erhält man eine bessere -#Jerbrennung und hat geringeren Brennstoffverbrauch. Durch die an sich bekannte Aufspritzung des Brennstoffes auf den Brennkammerboden wird weiterhin eine Verminderung des Zündverzuges erreicht, wodurch die Maschine einen weicheren und geräuschärmeren Lauf hat. Überdies werden durch die Luftströme in der Brennkammer' und die'Aufspritzung bessere thermische Verhältnisse geschaffen, es erfolgt eine bessere Spülung, wodurch die Kolbentemperatur sich -besser beherrschen läßt.
Vorteilhafterweise kann die Erzeugungslinie der Brennraumwandung auch als ein Teil einer Spirale ausgebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolbenboden, Fig. 3 die Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 4 die Ansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
Die luftverdichtende Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 1 mit einer Mittellinie la sowie einen Zylinderkopf 2 auf, in welchem eine Bohrung 4 zur Aufnahme einer Brennstoffeinspritzdüse angeordnet ist. Diese Bohrung besitzt eine Mittellinie4a, welche gegen die Mittellinie 1 a geneigt ist. Die Ebene, welche beide Mittellinien la und 4a enthält, ist in Fig. 2 durch die Linie4b angedeutet.
Die Maschine weist ferner einen Lufteinlaßkanal 6 auf, der in einer Lufteinlaßöffnung 5 endet. Die Lage dieser Teile ist in Fig. 2 angedeutet. Die in den Zylinder eintretende Luft erfährt tangential zum Zylinderumfang eine Drehbewegung, wie mit dem Pfeil 7 angedeutet. Die Maschine weist des weiteren einen Kolben 3 mit einem flachen Boden und eine in diesem vorgesehene Brennkammer 8 auf.
Der Zugang zur Brennkammer 8 wird durch eine Brennkammeröffnung 9 mit einem Brennkammerhals erreicht, wobei die Brennkammer 8 und die Brennkammeröffnung 9 von den Wänden 8 b, 10 b und 9 a begrenzt werden, welche Umdrehungsflächen um eine Achse 8 a sind. Die Brennkammerwandung ist am Rand der öffnung 9, wie dargestellt, unterschnitten. Die Brennkammer 8 wird von den Wänden 8 b und 10 b be-Z, Crrenzt, welche beide Rotationsflächen von Kreisbogen sind. Der Mittelpunkt 8 c des die Wand 8 b bildenden Bogens ist von der Achse 8a um einen Betrag verschoben, welcher gleich dem Radius des die Wand 8 b bildenden Bogens ist. Der Mittelpunkt 10 c des den Wandteil 10 b bildenden Bogens, der einen kleineren Krümmungsradius hat als der, welcher den Wandteil 8 b bildet, ist in der den Mittelpunkt enthaltenden Horizontalebene seitlich verschoben. Die Mittelpunkte 8 c und 10 c haben einen Abstand, der gleich der Differenz der Krümmungsradien der die Wände 8 b und 10b bildenden Bogen ist. So treffen sich die von der Achse8a entfernten Enden der die WändeSb und 10b darstellenden Bogen in einer gemeinsamen Tangente.
Weil der Mittelpunkt8c in einer Entfernung von der Achse 8a liegt, welche dem Radius des die Wand 8b bildenden Bogens gleich ist, wird im Mittelpunkt der Brennkammer eine gipfelförmige Erhebung 11 gebildet. In den Fig. 1 und 3 ist die Erhebung abgerundet, so daß sie in einem Abstand unterhalb der die Mittelpunkte 8c und 10c enthaltenden Ebene endet, der ungefähr zwei Fünftel des Radius des die Wand 8 b bildenden Bogens beträgt. In Fig. 4 ist die Erhebung 11 abgeflacht und trägt in an sich bekannter Weise einen pilzförmigen Kopf 14, dessen Zweck weiter unten näher beschrieben wird.
Die zur Brennkammer führende Brennkammerhalsöffnung 9 ist verjüngt ausgebildet, und zwar konisch mit einem Scheitelwinkel von beispielsweise 15'.
Die verjüngte Form des Halses bewirkt eine Beschleunigung der Luft, welche durch die Öffnung 9 in die Brennkammer 8 strömt. Die Form der Brennkammer ist so ausgebildet, daß in der Brennkammer 8 keine starke Wirbelbildung eintritt.
Der Durchmesser der Verjüngung des Brennkammerhalses ist im Vergleich zum Durchmesser des Kolbens 3 klein. Das Verhältnis der beiden Durchmesser im engsten Punkt liegt zweckdienlich innerhalb des Bereiches 0,15:1 und 0,25:1. Die Form des Halses trägt auch zur Beschleunigung des Luftstromes in die Brennkammer hinein bei. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die durch den Punkt A bezeichnete Achse 8 a von der die Zvlinderachse la und die Achse 4a der Brennstoffeinspritzbohrung enthaltenden Ebene 4 b versetzt; der Betrag, um welchen sie versetzt ist, wird so gewählt, daß er der Verteilung des Brennstoffstrahles angepaßt ist, welche unter einem Winkel zur Mittellinie la erfolgt und durch die durch die Öffnung 5 in den Zylinder eintretenden Luftströme (Pfeil 7) bedingt ist.
Wie ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Achse Sa (Punkt A) sowohl gegenüber der Achse la als auch im rechten Winkel zur Ebene 4 b versetzt, wobei der Betrag, um welchen sie von dieser Ebene versetzt ist, so gewählt wird, daß der in den Zylinder eingespritzte Brennstoff in die Brennkammer 8 eintreten kann, ohne gegen die Wände der Brennkammeröffnung 9 zu stoßen.
Bei jeder der geschilderten Anordnungen werden der Wandteil 10 b und die Brennkammeröffnung 9 von einem Ring 10 gebildet, welcher in eine Aussparung im Kolbenboden eingeschraubt ist. Dies erleichtert die Herstellung des Kolbens. Der Ring 10 braucht nicht aus demselben Material wie der Kolben 3 zu bestehen; er kann z. B. aus einem anderen hitzewiderstandsfähigen Material, wie keramischem Material, als der Kolben 3 hergestellt sein, oder er kann mit einem höchsthitzewiderstandsfähigen Material, wie z. B. keramischem Material, überzogen sein.
Der Wandteil 8 b der Brennkammer 8 und die gipfelförmige Erhebung 11 können auf verschiedene Arten ausgebildet sein. So ist mit Bezug auf Fig. 1 der Boden der Aussparung derart geformt, daß er den Wandteil 8 b und die gipfelförmige Erhebung 11 sowie einen Ansatz 12 bildet, gegen den der Ring 10 stößt, wenn er in die Aussparung eingeschraubt wird.
In Fig. 3 und 4 ist die Aussparung im Kolbenboden im wesentlichen zylindrisch, und der Wandteil 8 b sowie die gipfelförmige Erhebung 11 werden durch einen scheibenartigen Einsatz 15 gebildet, welcher in den Boden der Aussparung eingesetzt wird und eine geeignete obere Oberfläche hat; die untere Oberfläche des Einsatzes 15 drückt gegen den Boden der Aussparung. Zwecks Isolierung des Kolbenbodens von der Brennkammer 8 ist der Einsatz 15 so angeordnet, daß er gegen den Boden der Aussparung, jedoch nur über einen Teil ihrer unteren Oberfläche aufliegt, wo ein erhöhter Rand 16 rund um den Boden der Aussparung herumläuft. Der Einsatz 15 besteht vorzugsweise aus hochhitzewiderstandsfähigem Material, und zwar beispielsweise aus keramischem Material, und isoliert somit die Brennkammer 8 vom Kolbenboden.
Der pilzförmige Kopf 14 (Fig. 4) besteht aus einem hochhitzewiderstandsfähigen Material und ist Umdrehungskörper um die Achse 8a. Er hat einen maximalen Durchmesser von ungefähr dem 0,15- bis 0,25fachen des Kolbendurchmessers und ist so geformt, daß der Brennstoffstrahl, welcher ihn in Aufwärtsrichtung trifft, gegen die Oberfläche10b abgelenkt wird. Der Rand des Kopfes überragt die gipfelförrnige Erhebung 11, so daß der an der Oberfläche des Kopfes herablaufende Brennstoff in eine Wirbelzone in der Nähe des Kopfrandes fällt. Die Spitze des Kopfes liegt etwa in gleicher Höhe wie die die Mittelpunkte 8 c, 10 c enthaltende Ebene. Der Kopf 14 kann (wie dargestellt) vom Einsatz 15 getrennt angeordnet und an demselben durch z. B. einen Niet 14a verbunden sein oder mit dem Einsatz 15 aus einem Stück bestehen.
Der an sich bekannte Kopf 14 trägt zur Verminderung des Zündverzuges und des Verbrennungsgeräusches durch die Verbesserung der Vermischung von Brennstoff und Luft in der Brennkammer bei und hilft bei der Zündung durch Aufspeicherung der Wärme. Die Kopfanordnung ist besonders bei kleinen Motoren nützlich.
Wie gezeigt, ist die Mittellinie des Brennstoffstrahles vorzugsweise so angeordnet, daß der Brennstoff auf den Scheitel der gipfelförmigen Erhebung innerhalb eines mit der Brennkammer konzentrischen Kreises auftrifft, der einen Radius von 0,1r hat, wobei r der Radius des im Radius größeren Bogens der Erzeugungslinie der Brennkammer ist.
Die Brennkammer kann an Stelle der Rotationsfläche aus zwei Kreisbogen eine Oberfläche haben, -welche durch die Umdrehung eines Teiles einer echten Spirale gebildet wird, wobei der Krümmungsradius der Spirale von der Brennkammeröffnung zur gipfelförmigen Erhebung hin zunimmt; jedoch wird die veranschaulichte Darstellung vorgezogen, weil sie die Bearbeitung erleichtert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und einem Kolben, dessen Boden eine Brennkammer mit einer Brennkammeröffnung aufweist, an die sich ein vom Kolbenboden ausgehender, zur Kammer hin sich verjüngender B rennkammerhals anschließt, während die Wandung der Brennkammer als Rotationsfläche ausgebildet ist und eine gipfelförmige, sich vom Boden der Brennkammer in Richtung zur Brennkammeröffnung erstreckende Erhebung aufweist und die Achse der Rotationsfläche, die Erhebung sowie die Brennkammeröffnung koaxial liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in an sich bekannter Weise auf die gipfelförmige Erhebung (11) des Brennkammerbodens aufgespritzt wird und daß die Erzeugungslinie der Wandung der Brennkammer (8) eine gekrümmte Linie ist, die in der Nachbarschaft der gipfelförmigen Erhebung (11) einen größeren Krümmungsradius besitzt als in der Nachbarschaft der Brennkammeröffnung (9), wobei sich der Endabschnitt dieser Linie nahe der Brennkammeröffnung (9) in einer Richtung auf die gipfelförmige Erhebung (11) hin erstreckt und dabei eine Schürze bildet, die sich in der Kammer (8) rund um das angrenzende Ende des Brennkan-imerhalses erstreckt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungslinie der Brennkammerwandung ein Teil einer Spirale ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 699 425, 696 077, 850 361, 498 699, 478 930, 751721; österreichische Patentschrift Nr. 143 553; britische Patentschriften Nr. 289 273, 421836.