DE2439806C2 - Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, seibstzündende Brennkraftmaschine, bestehend aus mindestens einem Zylinder und einem diesen abdeckenden Zylinderkopf, wobei der Zylinderkopf mit in den Zylinder mündenden Ein- und Auslaßkanälen ausgestattet und diese Kanäle an ihren zum Zylinder weisenden Öffnungen Ein- und Auslaßventile aufweisen, sowie mindestens der jeweilige Einlaßkanal im Bereich seiner zum Zylinder hin sich öffnenden Öffnung mit drallbildenden Einbauten ausgestattet ist, wie auch dieser Zylinderkopf an seiner zum Zylinder weisenden Seite mit einer wärmedämmenden Platte ausgerüstet ist sowie der Zylinder selbst einen rotationsförmigen Brennraum für eine um eine Brennraumachse rotierende Verbrennungsluft aufweist.

Es ist im Bau von Brennkraftmaschine geläufig, daü eine gute Verbrennung von Luft- mil Kraftstoffbcsiandteilen besonders dann möglich isi, wenn zum einen eine geordnete Vermischung der /u verbrennenden [eile und zum anderen eine für die Verbrennung optimale Temperatur im Brennraum cr/ieli werden. Diese Maßnahmen allein gewährleisten eine gute Kraftstoffausnutzung, d. h. einen hohen Wirkungsgrad bei niedrigem Verbrauch, so daß die Bestrebungen beim Bau von Brennkraftmaschinen dahin laufen, eine Wärmeisolierung des Brennraumes gegenüber den sonstigen, gekühlten Bauteilen der Brennkraftmaschine zu erreichen. Bei bisher üblichen Brennkraftmaschinen nach dem Ottoprinzip ist es — infolge des sich daraus ergebenden unkontrollierten Verbrennungsablarfes — schwierig, diese Erkenntnisse anzuwenden. Brennkraftmaschinen nach dem Dieselprinzip — mit Vor- oder Wirbelkammern — haben zwar bereits sehr heiße Brennräume, sie kommen aber dem vorgenannten Ziel wegen der hohen Verluste durch Luftarbeit vielfach nicht nahe.

Es ist auch schon eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bekannt, bei der ein in einem Kolben sich befindender Brennraum muldenförmig ausgeführt und dieser Brennraum von einem Zylinderkopf mit Ein- und Auslaßöffnungen sowie in den Einlaßöffnungen angeordneten Schirmventilen abgedeckt ist. Zusätzlich zu diesen ist an der zum Brennraum weisenden Seite des Zylinderkopfes ein sternförmiger Einbau an diesem angeordnet, welcher mit mehreren, in den Brennraum reichenden Leitflächen ausgestattet ist. Die Leitflächen, die als Plättchen ausgeführt sind, ragen zwischen den Ventilöffnungen in den Brennraum hinein und sind dort so angeordnet, daß vier aus einer zentral, d. h. in der Brennraumachse, angeordneten Düse radial in vier Richtungen spritzenden Kraftstoffstrahlen auf die Plättchen treffen. Die Plättchen, die der Aufheizung des Brennraumes ausgesetzt sind, weisen eine hohe, insbesondere Oberflächentemperatur, auf, so daß der aus sie gelangende Kraftstoff schnell verdampft wird, um sich dann anschließend mit einer im Brennraum sich befindenden Verbrennungsluft zu vermischen. Zwar wird mit diesen Einbauten bzw. Plättchen das Auftreffen des Kraftstoffes auf die Wand des Brennraumes verhindert, indessen sind diese Planchen nicht geeignet, den Wärmezufluß von der Mittt des Bvcnnraumes radial nach außen zu unterbinden, weil ein solcher an den Ausschnitten zwischen den Plättchen ohne Behinderung stattfinden kann. Dieser Wärmefluß führt zu einem Verlust der für eine optimale Verbrennung von Kraftstoff- mit Luftbestandteilen im Brennraum erforderlichen Wärme, so daß eine damit ausgerüstete Brennkraftmaschine die Anforderungen an eine Wärmedämmung des Brennraumes mit dem Ziel, Verringerung des Kraftstoffverbrauches bei einem Minimum an Schadstoffimmissionen und Verringerung der spezifischen Kühlleistung der Brennkraftmaschine nicht erfüllen kann (vgl. DE-AS 12 72 620, aus der eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs I zu entnehmen ist).

Um den Brennraum einer solchen Brennkraftmaschine gegen Wärmeverluste durch Wärmefluß über den Zylinderkopf abzuschirmen, ist es ferner bekannt, den Zylinderkopf an seiner zum Brennraum weisenden Seite mit einer wärmedämmenden Plaite zu versehen, und diese Platte am Zylinderkopf so anzubringen, daß diese den überwiegenden Teil der zum Zylinderkopf weisenden öffnung des Zylinders abdeckt. Die finite ist dabei an dieser Seite des Zylinderkopfes fest, d. h. durch Kinguß, angebracht und kann über den Öffnungsrand des Zylinders verlängert sein. F'ine solche Platte erlaubt /war eine Dämmung der im Brennraum entstehenden Wärme, sie ist jedoch für die Optimierung der Verhrcnmingsabläiifc insofern nicht ausreichend, als die

Wärme aus dem Brennraum über den Kolben an den Zylinder ungehindert ausweichen kann (vgl. GB-PS 10 56 499).

Für eine Vermischung und damit auch Verbrennung eines Kraftstoffes mit in einen Brennraum eingebrachten Luftbestandteilen ist neben einer Wärmedämmung des Brennraumes auch eine Rotation der Luftbestandteile um die Brennraumachse erforderlich. Zu diesem Zweck sind bei einer weiteren bekannten Brennkraftmaschine drallbiiJende Einbauten im Einlaßkanal eines Zylinderkopfes vorgesehen, und es sind diese Einbauten dort so angeordnet, daß sie einer in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft die Rotation um die Brennraumachse verleihen. Die Einbauten selbst sind dabei ringförmig ausgeführt und konzentrisch um den Schaft des jeweiligen Einlaßventils angeordnet und werden von einem Ring mit daran befestigten Leitschaufeln gebildet, deren Leitflächen so gekrümmt sind, daß sie der an ihnen vorbeistreichenden Verbrennungsluft den Drall um die Brennraumachse verleihen (vgl. FR-PS 13 38 519).

Es ist ferner eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Brennraum von zwei schalenförmigen Einsätzen gebildet wird, von denen der eine Einsatz auf dem Kopf des Kolbens und der andere Einsatz an der zum Kolben weisenden Seite des Zylinderkopfes angeordnet ist Die mit ihren Ausnehmungen zueinander gerichteten Einsätze bilden dabei einen linsenförmigen Brennraum, und es können diese Einsätze aus einem wärmebeständigen Material gebildet sein. Die Einsätze sind dabei so gestaltet, daß sie während des Betriebes der Brennkraftmaschine sich schnell mit der dünnen Koksschicht überziehen, die dauernd glühend bleibt. Durch diese sich aufbauende Koksschicht soll nicht nur eine starke Wärmestrahlung auf den in den Brennraum eingebrachten Kraftstoff ausgeübt, sondern es soll auch eine katalytische Beschleunigung für die Zündung ermöglicht werden, durch die ein Zündverzug verringert werden kann. Zwar ist der Brennraum durch diese Einsätze wärmedämmend ausgeführt, indessen ist dieser nur für die Verbrennung von Schwerölen geeignet, bei denen infolge eines sehr langen Expansionshubes weder es auf eine gute Durchmischung der Luft- mit den Kraftstoffbestandteilen noch auf eine schnelle Verbrennung derselben ankommt, so daß dieser Brennraum, insbesondere für schnellaufende Dieselmotoren, nicht geeignet ist (vgl. DE-PS 4 71 644).

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Brennkiaftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß sie selbst bei kleinem Hubvolumen einen geordneten Mischvorgang bei erhöhter Wärmedichtheit des Brennraumes erlaubt, und der Verbrennungsablauf von Kraftstoff- mit Luftbestandteilen unter geringem Anfall an Blaurauch abläuft.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die wärmedämmende Platte mindestens den überwiegenden Teil des Zylinders abdeckt, und daß diese Platte die drallbildenden Einbauten mindestens im Einlaßkanal und hier im Bereich der in den Brennraum mündenden Öffnung dieses Kanals aufweist.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelost, sondern es wird zudem der Vorteil erzieh, daß die erfindungsgemüße Wärmedämmung des Brennraumes auch ohne grollen Aufwind an schon bestehender!

Brennkraftmaschinen leicht angebracht werden kann. Hinzu kommt, daß durch Einsetzen der drallbildenden Einbauten auch bei solchen Brennkraftmaschinen ein Drall, insbesondere der zu verbrennenden Frischluft, -, erzeugt werden kann, bei denen mangels entsprechender, drallbtldender Organe in den Ansaugkanälen eine solche Drallbildung bisher nicht möglich gewesen war. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können insbesondere den verbleibenden Unteransprü-

Ui chen entnommen werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. I einen Längsmittelschnitt durch einen Zylinder mit darin geführten Kolben sowie den Zylinder

ι« abdeckenden Zylinderkopf mit der an diesem angebrachten Einrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine solche über zwei Ventilöffnungen reichenden Einrichtung, wobei diese von Ventilsitzringen am Zylinderkopf gehalten wird,

2it F i g. 3 eimn Schnitt durch eine Einrichtung mit nur im Frischluftkalal vorgesehenem, dr..bildendem Einbau und

Fig.4 eine Draufsicht auf einen drallbildenden Einbau mit den an ihm vorgesehenen Leitschaufeln.

2> An einem Zylinderkopf 1 mit Einlaßkanal 2 für die Frischluft und Auslaßkanal 3 für das Abgas ist an der einem Brennraum 4 zugewandten Seite die Einrichtung vorgesehen, welche im wesentlichen von einer Platte 5 gebildet wird, die entsprechende Ventilöffnungen 6, 7

ίο für die Ein- und Auslaßkanäle 2 und 3 aufweist und die gegen den Zylinderkopf wärmeisoliert ist. Die Wärmeisolation ist bei dieser Ausführung durch ein Luftvolumen gegeben, welches sich in einem Spalt 8 zwischen der Platte 5 und dem. Zylinderkopf 1 befindet. Die Platte

η 5, die bei dieser Ausführung über den Durchmesser des Zylinders 10 reicht, ist an ihrem Rand über eine Kopfdichtungen 9 gegen den Zylinder gedichtet. Um insbesondere der in den Brennraum 4 einströmenden Frischluft einen Drall um die Brennraumachse X zu

to verleihen, weist die Platte 5 an ihrer Einlaßventilöffnung 6 einen drallbildenden Einbau 11 auf, der wiederum je nach Ausführung desselben mit der Platte aus einem S'.ück besteht oder als besonderes Bestandteil gefertigt ist. Zum Durchführen, beispielsweise sines Kraftstoff-

Ii Strahles einer Einspritzdüse 13 in den Brennraum 4 ist in der axialen Verlängerung eines im Zylinder 10 geführten Kolbens 14 eine Bohrung in der Platte 5 vorgesehen, und es weist diese Bohrung einen Einsatz 12 auf, der fest und dicht mit der Platte 5 verbunden ist und auf dessen

^r,d den Brennraum 4 abgewandten Seite die Einspritzdüse über eine Dichtung sich abstützt. Aufbauend auf der Erkenntnis, daß eine optimale Verbrennung der Kraftstoff- mit den Luftbestandteilen besonders dann möglich ist, wenn der Brennraum 4 nach einem

-.-, vorgegebenen Wärmebild temperiert wird, ist vorzugsweise der Brennrarrn 4 im Kolben 14 mltlHs eines besonderen Einsatzes 15 gegen den Kolbenmantel, als auch die Platte 5 gogen den Zylinderkopf wärmeisoliert. Diese Wärmeisolierungen an Kolben 14 und Platte 5

mi erlauben kaum Wär.neverluste, so daß der Brennraum 4 die gewünschte Temperatur erreichen und aufrechterhalten kann.

Die Anbringung der Platte 5 am Zylinderkopf 1 kann verschieden ausgeführt sein und zwar entweder durch

.,, Angießen, wl·.· in F i g. 1 dargestellt, oder durch Hefestigen denselben iiiittels Ventilsitzringen 18, wie in I ι g. 2 dargestellt oder durch Anschrauben und Ijriset/en besonderer, drallbiklendcr Einbauten, wie sie

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auch in F ig 3 dargestellt sind. In allen vorbeschricbc die lirennraumachsc Λ verleihen.

ncn Ausführungen sind du· lünbaiitcii Ib mit schrauben- Hie Darstellung der Lrfindung gemäß F i g. 1 /eigl

förmig gewundenen l.ciischaufcln 17 versehen, und es eine /enirisch angeordnete fünspriizdüse IJ, was jedoch

sind diese Leitschaufel so gerichtet, daß sie der durch nicht ausschließt, diese auch exzentrisch anzuordnen, sie stromenden, insbesondere f-'rischlufi. einen Drall um

I Iier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bestehend aus mindestens einem Zylinder und einem diesen abdeckenden Zylinderkopf, wobei der Zylinderkopf mit in den Zylinder mündenden Ein- und Auslaßkanälen ausgestattet und diese Kanäle an ihren zum Zylinder weisenden Öffnungen Ein- und Auslaßventile aufweisen, sowie mindestens der jeweilige Einlaßkanal im Bereich seiner zum Zylinder hin sich öffnenden Öffnung mit drallbildenden Einbauten ausgestattet ist, wie auch dieser Zylinderkopf an seiner zum Zylinder weisenden Seite mit einer wärmedämmenden Platte ausgerüstet ist sowie der Zylinder selbst einen rotationsförmigen Brennraum für eine um eine Brennraumachse rotierende Verbrennungsluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmedämmende Platte (5) mindestens den überwiegenden Teil des Zylinders (10) abdeckt, und daß diese Platte die drallbildenden Einbauten (11) mindestens im Einlaßkanal (2) und hier im Bereich der in den Brennraum (4) mündenden Öffnung (6) dieses Kanals aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) einen fest und dicht mit dieser verbundenen Einsatz (12) für ein in den Brennraum (4) mündendes Teil (Einspritzdüse 13) aufweist, und daß dieser Einsatz an seiner dem Brennraum abgekehrten Seite an diesem Teil abgedichtet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn«;·, daß die Platte (5) über den Durchmesser des Zylinders (10) hinausreicht und an ihrem Rand eine zwischen diesem Rand und dem Zylinder liegende Dichtung (fr) aufweist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) sich über mindestens zwei Zylinder (10) erstreckt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) zusammen mit in einem Kolben (14) einer Brennkraftmaschine angeordneten und der Wärmedämmung dienenden Mittel (15) anwendbar ist.