DE623207C - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzuendung und einer im Kolbenboden angeordneten offenen Brennkammer - Google Patents

Description

• Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und einer im Kolbenboden angeordneten offenen Brennkammer Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und einer im Kolbenboden angeordneten offenen Brennkammer von zylindrischer bis zwiebelförmiger Gestalt, in die der Brennstoff eingespritzt wird und in die, vom Zylinderumfang ausgehend, tangential zu ihrem Außenumfang angeordnete, ebenfalls offene Kanäle einmünden.
• Bei den bekannten Ausführungen dieser Maschine sind die in die Kammer einmündenden Kanäle mit gleicher Höhe und durchlaufend scharfen Kanten ausgebildet. Die während des Verdichtungshubes von der Kolbenoberseite durch -die Kanäle in die Kammer überströmende Luft kann in diesem Fall nicht derart in die Kammer eingeführt und an deren Wandung umgelenkt werden, daß ein im wesentlichen geschlossener Kreiswirbel entsteht. Die über diese Kanäle in die Kammer eingeführte Luft bildet vielmehr mit der unmittelbar über die Kammerkante eintretenden Luft ein im wesentlichen ungeordnetes Wirbelfeld aus, in welchem der eingespritzte Brennstoff nicht richtig verteilt und auch nicht in wünschenswerter Weise aufbereitet werden kann. Es sind zwar auch Ausführungen dieser Maschine bekannt, bei welchen die mit der Kammer zusammenwirkenden Kanäle mit zunehmender Höhe gegen die Kammer hin ausgebildet sind. Die Kanäle liegen jedoch in diesem Fall von der Kammer räumlich getrennt, und der in ihnen geführte Luftstrom muß daher erst am Kanalende nach der Kammer hin umgelenkt werden, wobei er von dem unmittelbar über die Kammerkante übertretenden Luftstrom gekreuzt wird. Dadurch entsteht ein so ungeordnetes Wirbelfeld in der Kammer, daß ebenfalls keine günstige. Verteilung und Aufbereitung des Brennstoffs in dieser möglich ist.
• Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß die Höhe der Kanäle vom Zylinderumfang aus bis auf die Höhe der Kammer stetig zunimmt und die Kanalkanten in umgekehrter Richtung von der scharfen Kammerkante aus mit stetig zunehmenden Abrundungen versehen sind. Dadurch ist erreicht, daß die Luft während des Verdichtungshubes im wesentlichen nur über die Kanäle auf dem Wege des für sie geringsten Widerstandes in die Kammer übertritt, während der unmittelbare Übertritt der Luft in die Kammer durch die scharfe Kammerkante gehemmt und dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt ist. Die in den Kanälen erzeugten kräftigen Luftströme werden nun von der ganzen Höhe der Kammerwandung umgelenkt und in sich geschlossen, wodurch in der Kammer ein völlig geordnetes Kreiswirbelfeld erzeugt wird. Von diesem, Kreiswirbel wird der eingespritzte Brennstoff gleichmäßig erfaßt und verweht, in der Verbrennungsluft in günstiger Weise zusätzlich aufbereitet, so daß eine vollkommene Verbrennung desselben gewährleistet ist.
• Eine besonders zweckmäßige Ausführung der Erfindung für Maschinen mit im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslaßventilen besteht darin, daß die Brennkammer exzentrisch, und zwar unterhalb des Einlaßventiles angeordnet ist und die Einspritzung des Brennstoffs dusch eine zur Zylinderachse im wesentlichen senkrecht angeordnete Einspritzdüse von der dem Zylinderumfang am nächsten liegenden Stelle der Kammerwandung aus erfolgt. Durch die exzentrische Anordnung der Kammer kann der'unmittelbare Übertritt der Luft über die Kammerkante noch weiter eingeschränkt, die Strömung in den Kanälen somit ,weiter verstärkt werden. Durch die seitliche- Anordnung der Einspritzdüse kann genügend Platz für die Unterbringung der Ventile geschaffen und mit einer sehr einfachen Düse gearbeitet werden. Bei den bekannten Ausführungen, die diese Anordnung aufweisen, ist eine solche Wirbeleinrichtung bisher nicht verwendet worden.
• Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen, und zwar jeweils in Anwendung auf Viertaktmaschinen, näher veranschaulicht.
• Es zeigt: Fig. i einen senkrechten -Hauptschnitt @durch den Zylinder (längs der Linie I-I in Fig. 2), Fig. 2 den dazugehörigen Grundriß, Fig. 3 einen senkrechten Hauptschnitt durch einen anderen Zylinder (längs der Linie III-III in Fig.4). Fig.4. den dazugehörigen Grundriß, Fig.5 zwei Schnitte durch die Kanäle (längs den Linien V-V in den Fig. 2 und 4) und Fig.6 ein Schaubild der Zylinderdrücke während des Verdichtungshubes.
• Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. i und 2 ist in der Mitte des Kolbenbodens ; eine flache Kammer 2 von etwa zwiebelförmiger Gestaltausgebildet, die nach oben offen steht. Die Kammerkante 4 ist scharfkantig ausgebildet. In die Kammer 2 münden tangential zu ihrem .Außenumfang vier muldenförmige Kanäle 3, die gleichfalls nach oben cften stehen. Die Höhe der Kanäle 3 nimmt vom Zylinderumfang aus bis auf die Höhe der Kammer 2 stetig zu. Die Kanalkanten sind von der scharfen Kammerkante 4 aus mit stetig zunehmenden Abrundungen 4a, 4a versehen. Die Kanäle 3 liegen gleichmäßig über dem Kolbenboden 5 verteilt. Die Einspritzdüse 6 ist gleichachsig zur Kammer 2 zwischen den Ventilen 7, 8 im Zylinderkopf ioU eingesetzt. Die Einspritzdüse 6 spritzt den Brennstoff in vier flachen Strahlen 9 unmittelbar in die Kammer 2 ein. In der oberen Totpunktstellung des Kolbens i ist nahezu die gesamte Verbrennungsluft in die Kammer 2 verdrängt.
• Beim Ausführungbeispiel nach den Fig.3 und 4 ist die Kammer 2 um den Beträg e exzentrisch zum Zylinder unterhalb des Einlaßventils 8 angeordnet. Die Kammei- 2 weist etwa Zylinderform auf. Die Kammerkante 4 ist scharfkantig ausgebildet. In die Kammer 2 münden drei tangential an ihren Außenumfang gerichtete Kanäle 3, deren Höhe bis auf die Höhe der Kammer stetig zunimmt. Die Kanäle 3 liegen im Kolbenboden 5 derart verteilt, daß das Verhältnis der von ihnen bzw. von der Kammer 2 begrenzten Flächenstücke des Kolbenbodens 5 annähernd gleich ist. Die Kanalkanten sind von der scharfen Kammerkante 4 aus mit stetig zunehmenden Abrundungen 4a, 4v versehen. Die Einspritzdüse 6 ist im wesentlichen senkrecht -zur Zylinderachse im Zylinder io angeordnet. Die Einspritzung erfolgt von der dem Zylinderumfang am nächsten liegenden Stelle der Kammerwandung aus, die an dieser Seite durchbrochen ist. Die Einspritzdüse 6 spritzt den Brennstoff in zwei Strahlen 9 flach in die Kammer 2 ein. In der oberen Totpunktstellung des Kolbens i nimmt die Kammer 2 nahezu die gesamte Verbrennungsluft in sich auf.
• Die Wirkungsweise dieser Maschinen ist die folgende: Bis zum Hub x vor dem oberen Totpunkt erfolgt die Verdichtung im Zylinderraum gleichmäßig entsprechend der Linie p in Fig. 6. Vom Druck po ab steigt der Druck über dem Kolbenboden 5 gemäß der Linie p11 .schneller und der Drück über dem Kammerboden gemäß der Linie pt weniger an, als dem .normalen D-ruckverlaüf entsprechen würde. Die Folge davon ist, daß sich die Drücke pf, p11 auszugleichen trachten, indem ein Teil der durch den Kolbenboden 5 verdichteten Luft unter Umwandlung des Druckgefälles pIl - pl in Geschwindigkeitsenergie nach der Kammer 2 abströmt. Nun ist der Umfang -der Kammerkante 4 teils so klein bemessen, teils so scharfkantig ausgebildet, daß die Luft nicht unmittelbar über die Kammerkante 4 übertreten kann, sondern auf dem Wege des kleineren Widerstandes über die ausgerundeten Känalkanten 4a, 4b in die Kanäle 3 übertritt. Die in die Kammer 2 verdrängte Luft wird somit im wesentlichen nur über die Kanäle 3 zugeführt, an deren Mündungsstellen fast über die ganze Höhe der Kammerwandung umgelenkt, so daß ein kräftiger, in sich geschlossener Kreiswirbel P in der Kammer 2 entsteht. Beim Hub y vor oberem Totpunkt ist das diese Querströmung im Zylinderraum erzeugende Druckgefälle ptt-pl am größten und damit auch die Energie des Kreiswirbels P am stärksten. In diesem Zeitpunkt beginnt die Brennstoffeinspritzung. Die symmetrisch über die Kammer z verteilten Brennstoffstrahlen 9 werden in der Wirbelrichtung verweht und dabei so innig mit der hocherhitzten Verbrennungsluft gemengt, daß sie rasch zünden und vollkommen verbrennen können. Im oberen Totpunkt, nachdem Wirbel P zu voller Stärke angewachsen ist, würde der Druckausgleich beendet sein und ein der Linie p entsprechender Endverdichtungsdruck pc im Zylinder herrschen. Doch ist zu diesem Zeitpunkt der Brennstoff bereits gezündet, wodurch der Druck in der Kammer z bis auf den Verbrennungsdruck ansteigt und den Druckausgleich verhindert. Beim Rückgang des Kolbens r verläuft die Strömung naturgemäß umgekehrt aus der Kammer 2 über die Kanäle 3 in den Zylinderraum, wobei das in letzterem verwirbelte Gemisch restlos verbrannt werden kann.
• Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Je nach Bauart des Zylinders kann die Anordnung von Kammer und Kanälen verschieden sein, sofern nur dafür gesorgt ist, daß diese in der geschilderten Weise zusammenwirken. Auch die Lage der Einspritzdüse sowie die Art der Einspritzung kann dabei wechseln. So ist es z. B. möglich, den Brennstoff in einem einzigen tangential zum Umfang der Kammer geführten und dem Wirbel entgegengesetzt gerichteten Strahl einzuspritzen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Luftverdichtende Einspxitzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und einer im Kolbenboden angeordneten offenen Brennkammer von zylindrischer bis zwiebelförmiger Gestalt, in die der Brennstoff eingespritzt wird und in die vom Zylinderumfang ausgehend, tangential zu ihrem Außenumfang angeordnete, ebenfalls offene Kanäle einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Kanäle (3) vom Zylinderumfang aus bis auf die Höhe der Kammer (2) stetig zunimmt und die Kanalkanten in umgekehrter Richtung von der scharfen Kammerkante (4) aus mit stetig zunehmenden Abrundungen (4a bis 4b) versehen sind. ?. Luftverdichtende Einspritzviertaktbrennkraftmaschine nach Anspruch z mit im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslaßventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) exzentrisch, und zwar unterhalb des Einlaßventiles (8) angeordnet ist und die Einspritzung des Brennstoffs durch eine zur Zylinderachse im wesentlichen senkrecht angeordnete Einspritzdüse (6) von der dem Zylinderumfang am nächsten liegenden Stelle der Kammerwandung aus erfolgt.