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Zweitaktbrennkraftmasehine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine im Zweitakt arbeitende Brennkraftmaschine, bei der die Verdichtung so hoch getrieben wird, dass eine Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffs eintritt und bei der ein Zylinderstern mit drei oder mehr als Zylinder dienenden Schenkeln vorgesehen ist, deren Kolben auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeiten. Um dabei einen hinreichend kleinen Verbrennungraum zu erhalten, hat man vorgeschlagen, den Kolbenböden die Form eines Daches zu geben.
Erhalten die Böden der Kolben die Gestalt eines symmetrischen Daches, so besteht der Verdichtungsraum aus einer Anzahl verhältnismässig enger von einem Mittelpunkt sternförmig ausgehender Sp. alten. Es ist schwierig, den Brennstoff auf diesen zerklüfteten Raum so zu verteilen, dass die in den Spalten befindliche, verdichtete Verbrennungsluft so mit dem Brennstoff vermischt wird, dass eine vollständige Verbrennung eintritt.
Nach der Erfindung ist bei Maschinen dieser Art eine rauchlose Verbrennung dadurch erreicht,
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organ ein Verdichtungsraum vorgelagert ist, der zwischen den seitlich vom Brennstoffstrahl und sym- metrisch zu diesem liegenden Dachflächen der dem Einspritzorgan benachbarten Spülluftkolben belassen ist, und dass der oder die Auspuffkolben den andern Dachflächen der Spülluftkolben möglichst genähert werden, wobei der oder die Auspuffkolben voreilen. Dadurch, dass der Verdichtungsraum zu einem Raum zusammengefasst ist, der unmittelbar vor der Einspritzdüse liegt, wird dieser Raum so von dem Brenn- stoff bestrichen, dass sich der Brennstoff gleichmässig über den Raum verteilt und daher auch gleichmässig mit der in diesem Raum befindlichen Verbrennungsluft mischt.
Die symmetrische Lage der seitlich vom Brennstoffstrahl liegenden Kolbenböden gibt dabei die Gewähr, dass die dem Brennstoffstrahl vor- gelagerte Luft gleichmässig in dem Verdichtungsraum gelagert ist, und dass keine Wirbel entstehen, welche die gute Verteilung des Brennstoffes stören könnten. Die vollständige Verbrennung des Brenn- stoffes in diesem Raum ist daher gewährleistet.
Die unvermeidlichen Toträume, welche zwischen den Spülluftkolben und dem oder den Auspuff- kolben verbleiben und in die der Brennstoffstrahl nicht unmittelbar gelangen kann, sind dadurch auf ein Mindestmass gebracht, dass im Zeitpunkt des höchsten Verdichtungsdruckes der oder die Auspuff- kolben möglichst nahe an die Dachflächen der Spülluftkolben gebracht sind. Die verdichtete Verbren- nungsluftmenge, welche sich in den engen Spalten zwischen dem oder den Auspuffkolben und den Spül- luftkolben noch befindet, ist aber immerhin noch so bedeutend, dass die Leistung der Maschine erheblich beeinträchtigt wird, wenn man diese Luft nicht mit zur Verbrennung heranzieht. Die Ausnutzung auch dieser Luftmenge ist dadurch erreicht, dass man den oder die Auspuffkolben voreilen lässt.
Da der oder die Auspuffkolben schon kurz vor dem höchsten Verdichtungsdruek, also vor der Selbstzündung des
Brennstoffes, ihren Auswärtshub beginnen, wird aus dem Verbrennungsraum, in welchem sich zu diesem
Zeitpunkt zerstäubter Brennstoff befindet, durch die Saugwirkung des oder der Auspuffkolben Brenn- stoff in die Spalten zwischen diesen und den Spülluftkolben hineingesaugt. Dieser Brennstoff mischt sich mit der dort befindlichen verdichteten Luft, so dass auch diese Luftmengen zur Verbrennung mit herangezogen werden.
Man hat bereits bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffs und drei in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeitenden Kolben vorgeschlagen,
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den Kolben, welcher den Auslass steuert, voreilen zu lassen. Auch hat man schon die Einspritzdüse zwischen zwei Zylindern angeordnet. Bei diesen bekannten Maschinen sind aber an dem Kolben Verdrängeransätze angeordnet, um eine innige Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft durch Wirbel zu erzielen.
Es hat sich aber herausgestellt, dass sich die Luftwirbel nicht gleichmässig über den ganzen Verdichtungsraum verteilen, sondern dass der Brennstoff nur durch einzelne schnellfliessende Fasern des Wirbels mitgerissen wird, und dass der ausserhalb dieser Fasern befindliche Brennstoff mit der Luft nicht in innige Berührung kommt. Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung sind demgegenüber Wirbel nach Möglichkeit vermieden und die innige Vermischung des Brennstoffes mit der Luft ist durch eine besondere Ausgestaltung des Verdichtungsraumes zwischen den gegenläufigen Kolben erreicht, u. zw. unter Verwendung dachförmiger Kolbenböden, die den kleinsten Brennraum und damit den höchsten Verdichtungsdruck erzielen lassen.
Der auf den oder die Kolbenböden auftreffende Brennstoff soll dabei möglichst schon mit Luft gemischt und in Dampfform verwandelt sein. Diese Vorbereitung des Brennstoffes für die Verbrennung ist dadurch erzielt, dass im Zylinderstern zwischen den dem Einspritzorgan benachbarten Zylindern ein
Vorraum vorgesehen ist, der sich an den von den Böden der zugehörigen Kolben gebildeten Durchlass- kanal unmittelbar anschliesst und in den das Einspritzorgan mündet. Während des Einspritzvorganges wird aus dem Verdichtungsraum zwischen den Kolben in den Vorraum ein Luftstrom eingeblasen, der eine dem Brennstoffstrahl entgegengesetzte Richtung hat. Dadurch entsteht eine starke Reibung zwischen Ladestoff und Brennstoffstrahl, so dass dieser zum Teil zerstäubt und dabei mit Luft durchsetzt wird.
Dadurch, dass bei-der Zündung aus dem Zündraum ein Gaskolben dem Brennstoffstrahl entgegengetrieben wird, tritt ferner in dem Vorraum eine Stauung ein, die bewirkt, dass der in diesem Vorraum befindliche Brennstoff verteilt, mit der dort vorhandenen Luft vermischt und zur Entzündung gebracht wird. Eine vorzeitige Zündung des Brennstoffes in diesem Vorraum kann durch Kühlung desselben vermieden werden.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine nach der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Maschine schematisch im Längsschnitt durch den Zylinderstern und veranschaulicht den Antrieb der Kolben ; Fig. 2 ist ein Teil der Fig. 1 in grösserem Massstab.
Bei der im Zweitakt arbeitenden Dreizylindermaschine spielen in einem Zylinderstern 1 mit drei Zylindern 2,2, 3 die Kolben 4, 4, J, von denen die beiden Kolben 4 mittels der in den Zylindern 2 vorgesehenen Schlitze 6 die Spülluft und der Kolben 5 mittels der Schlitze 7 den Auspuff steuern. Die drei Kolben werden durch Kurbeln 8, 8, 9 angetrieben, deren Bewegung durch Zahnräder 10, 11 weitergeleitet wird.
Die drei gegenläufigen Kolben arbeiten auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum, der im inneren Totpunkt der Kolben zwischen ihren Böden belassen ist. Diese Böden sind dachförmig ausgestaltet.
Der Auspuffkolben 6 hat die normale dachförmige Gestalt mit den Dachflächen 12, 13. Die
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den Dachflächen 12, 13 des Auspuffkolbens 6 gegenüberliegen und dessen längere Dachflächen 35 einander gegenüberliegen und parallel zur Achse des Auspuffkolbens 6 gerichtet sind. Der Auspuffkolben eilt den Spülluftkolben um einen gewissen Winkel vor.
Die Böden der Spülluftkolben 4 sind an ihren längeren Dachflächen 36 so verkürzt, dass im Zeitpunkt des höchsten Verdichtungsdruekes zwischen diesen Dachflächen der Verbrennungsraum 36 verbleibt. Die Lage der Kolben in diesem Zeitpunkt ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei sind die Verhältnisse so getroffen, dass der Auspuffkolben 6 mit seinen Dachflächen12, 13 den kürzeren Dachflächen 34 der Spülluftkolben 4 dicht gegenübersteht, also zwischen diesen Kolbenflächen nur enge Spalten J7 verbleiben.
Beim Verdichtungshub der drei Kolben 4,4, 5 wird die Luft in dem Raum zwischen den Kolben- böden verdichtet und der Brennstoff durch das Brennstoffventil M in den Verbrennungsraum 36 fächer- förmig eingespritzt. Dieser Verbrennungsraum, der sich zwischen den beiden Dachflächen : 35 der Spülluftkolben 4 befindet, hat die Form einer Scheibe, die in der Ebene des fächerförmigen Brennstoffstrahles liegt. Der Brennstoff gelangt daher unmittelbar an alle Teile dieses Verbrennungsraumes, so dass er auf die in dem Raum befindliehe, hoch verdichtete Luft gut verteilt wird.
Der Auspuffkolben 5 ist dabei der Spülluftkolben 4 schon sehr nahe gekommen, so dass sich in den Spalten 3"1 im wesentlichen nur verdichtet Luft befindet. Kurz bevor nun der Verdichtungshöchstdruck erreicht wird, also noch vor der Zündung, beginnt der Auspuffkolben 5 infolge seiner Voreilung bereits seinen Auswärtshub, während die beiden Spülluftkolben 4 sich noch etwas nahern. Durch diese Bewegung des Auspuffkolbens 5 entsteht in den engen Spalten 3"1 ein Unterdruck, der zur Folge hat, dass aus dem Verbrennungsraum 36 ein Brenn- stoffluftgemisch in die Spalten hineingesaugt wird. Es tritt darauf die Zündung ein.
Da einerseits in dem Verbrennungsraum der Brennstoff durch die Anpassung dieses Raumes an die fächerförmige Gestalt des Brennstoffstrahles auf die Luft gut verteilt ist und anderseits sich auch noch in den Spalten ein brennbares Gemisch befindet, wird eine restlose Verbrennung erzielt.
Das Brennstoffventil 14 mündet nicht unmittelbar in den Durchlasskanal zwischen den beiden Spülluftkolben 4, es ist vielmehr zwischen diesem Kanal und dem Brennstoffventil in dem Zylinder-
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stern 1 ein Raum 26 vorgesehen, der sich an den Raum. 36 unmittelbar anschliesst und in den die Düse des Einspritzventils mündet. Dieser Raum 26 ist von einem Kühlwassermantel 27 umgeben.
Der Raum 26 hat die Aufgabe, den Brennstoffstrahl für die Verbrennung vorzubereiten. Zu
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ein Luftstrom aus dem Raum 36 in den Vorraum 26 eingeblasen, also entgegengesetzt zur Richtung des
Brennstoffstrahles. Der Strahl wird dadurch schon in dem Vorraum 26, insbesondere durch Reibung an der entgegenströmenden Luft, zerstäubt und mit Luft durchsetzt, wodurch er für die spätere Ver- brennung gut vorbereitet ist.
Die in dem Vorraum 26 gegen Ende der Einspritzung befindliche Brennstoffmenge wird dadurch, dass nach erfolgter Zündung aus dem Zündraum dem Brennstoffstrahl Gas entgegengetrieben wird, in dem Vorraum angestaut, da sich die durch die Zündung im Zündraum verursachte Druckwelle durch den Raum 36 auf den Vorraum 26 fortpflanzt. Durch diese Stauung wird die Brennstoffmenge in dem
Vorraum verteilt, mit der dort vorhandenen Luft innig vermischt und zur Entzündung gebracht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes und drei oder mehr in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeitenden Kolben mit dachförmigen Böden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung des Einspritzorgans (14) zwischen zwei Zylindern gleichlaufender Kolben (4, 4) dem Einspritzorgan ein Verdichtungsraum (36) vorgelagert ist, der zwischen den seitlich vom Brennstoffstrahl liegenden Dachflächen der dem Einspritzorgan benachbarten Spülluftkolben belassen ist, und dass der oder die Auspuffkolben (5) den andern Dachflächen der Spülluftkolben möglichst genähert werden, wobei der oder die Auspuffkolben voreilen.
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Two-stroke combustion engine with auto-ignition of the injected fuel.
The invention relates to a two-stroke internal combustion engine in which the compression is driven so high that auto-ignition of the injected fuel occurs and in which a cylinder star with three or more legs serving as cylinders is provided, the pistons of which work on a common combustion chamber . In order to obtain a sufficiently small combustion chamber, it has been proposed to give the piston crown the shape of a roof.
If the bottoms of the pistons are given the shape of a symmetrical roof, the compression space consists of a number of relatively narrower columns that extend in a star shape from a center point. It is difficult to distribute the fuel in this fissured space in such a way that the compressed combustion air located in the crevices is mixed with the fuel in such a way that complete combustion occurs.
According to the invention, smokeless combustion is achieved in machines of this type,
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Organ a compression chamber is upstream, which is left between the roof surfaces of the scavenging air piston adjacent to the injector and lying symmetrically to the side of the fuel jet, and that the exhaust piston or pistons are as close as possible to the other roof surfaces of the scavenging air piston, with the exhaust piston or pistons leading. The fact that the compression space is combined to form a space immediately in front of the injection nozzle means that the fuel sweeps this space in such a way that the fuel is evenly distributed over the space and therefore also mixes evenly with the combustion air in this space .
The symmetrical position of the piston heads lying to the side of the fuel jet ensures that the air in front of the fuel jet is evenly stored in the compression chamber and that no eddies arise which could disturb the good distribution of the fuel. Complete combustion of the fuel in this room is therefore guaranteed.
The unavoidable dead spaces that remain between the scavenging air piston and the exhaust piston (s) and into which the fuel jet cannot reach directly are reduced to a minimum by ensuring that the exhaust piston or pistons are as close as possible to the roof surfaces at the time of the highest compression pressure the purge air piston are brought. The compressed amount of combustion air, which is still in the narrow gaps between the exhaust piston (s) and the scavenging air piston, is still so significant that the performance of the machine is considerably impaired if this air is not used for combustion . The use of this amount of air is achieved by letting the exhaust piston or pistons lead.
Since the exhaust piston or pistons are shortly before the highest compression pressure, i.e. before the auto-ignition of the
Fuel, its outward stroke begins, is from the combustion chamber, in which it is located
Time atomized fuel is, by the suction of the exhaust piston or pistons, fuel is sucked into the gaps between these and the purge air piston. This fuel mixes with the compressed air located there, so that this amount of air is also used for combustion.
It has already been proposed in internal combustion engines with self-ignition of the injected fuel and three pistons working in a cylinder star on a common combustion chamber,
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to advance the piston that controls the outlet. The injection nozzle has also been arranged between two cylinders. In these known machines, however, displacement attachments are arranged on the piston in order to achieve an intimate mixing of the fuel with the combustion air by means of vortices.
It has been found, however, that the air vortices are not evenly distributed over the entire compression space, but that the fuel is only carried away by individual fast-flowing fibers of the vortex, and that the fuel outside these fibers does not come into intimate contact with the air. In the internal combustion engine according to the invention, on the other hand, eddies are avoided as far as possible and the intimate mixing of the fuel with the air is achieved through a special design of the compression chamber between the opposing pistons, u. alternatively using roof-shaped piston heads, which allow the smallest combustion chamber and thus the highest compression pressure to be achieved.
The fuel hitting the piston crown or crowns should, if possible, already be mixed with air and converted into vapor form. This preparation of the fuel for combustion is achieved in that there is a cylinder star between the cylinders adjacent to the injector
An antechamber is provided which directly adjoins the passage channel formed by the bottoms of the associated pistons and into which the injection member opens. During the injection process, an air flow is blown from the compression chamber between the pistons into the antechamber, which has a direction opposite to the fuel jet. This creates strong friction between the charge substance and the fuel jet, so that it is partially atomized and permeated with air.
Because a gas piston is driven out of the ignition chamber against the fuel jet during ignition, a congestion also occurs in the antechamber, which causes the fuel in this antechamber to be distributed, mixed with the air present there and ignited. Premature ignition of the fuel in this antechamber can be avoided by cooling it.
The drawing shows an embodiment of the internal combustion engine according to the invention. Fig. 1 shows an embodiment of the machine schematically in longitudinal section through the cylinder star and illustrates the drive of the pistons; Fig. 2 is a part of Fig. 1 on a larger scale.
In the three-cylinder engine working in the two-stroke cycle, pistons 4, 4, J play in a cylinder star 1 with three cylinders 2, 2, 3, of which the two pistons 4 use the slots 6 provided in the cylinders 2, the scavenging air and the piston 5 using the Slots 7 control the exhaust. The three pistons are driven by cranks 8, 8, 9, the movement of which is passed on through gears 10, 11.
The three pistons rotating in opposite directions work on a common combustion chamber, which is left in the inner dead center of the pistons between their bottoms. These floors are designed like a roof.
The exhaust piston 6 has the normal roof shape with the roof surfaces 12, 13. Die
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the roof surfaces 12, 13 of the exhaust piston 6 are opposite and its longer roof surfaces 35 are opposite one another and are directed parallel to the axis of the exhaust piston 6. The exhaust piston leads the purge air piston by a certain angle.
The bottoms of the scavenging air pistons 4 are shortened on their longer roof surfaces 36 in such a way that the combustion chamber 36 remains between these roof surfaces at the time of the highest compression pressure. The position of the pistons at this point in time is shown in FIG. The conditions are such that the exhaust piston 6 with its roof surfaces 12, 13 is close to the shorter roof surfaces 34 of the scavenging air piston 4, that is to say only narrow gaps J7 remain between these piston surfaces.
During the compression stroke of the three pistons 4, 4, 5, the air in the space between the piston crowns is compressed and the fuel is injected through the fuel valve M into the combustion space 36 in a fan shape. This combustion chamber, which is located between the two roof surfaces: 35 of the scavenging air piston 4, has the shape of a disk which lies in the plane of the fan-shaped fuel jet. The fuel therefore reaches all parts of this combustion chamber directly, so that it is well distributed over the highly compressed air in the room.
The exhaust piston 5 has already come very close to the scavenging air piston 4, so that essentially only compressed air is in the gaps 3 "1. Shortly before the maximum compression pressure is reached, that is, before the ignition, the exhaust piston 5 begins as a result of its lead already its outward stroke, while the two scavenging air pistons 4 are still getting closer. This movement of the exhaust piston 5 creates a negative pressure in the narrow gaps 3 ″ 1, which has the consequence that a fuel-air mixture is sucked into the gaps from the combustion chamber 36 . The ignition then occurs.
Since, on the one hand, the fuel is well distributed in the air by adapting this space to the fan-shaped shape of the fuel jet and, on the other hand, there is also a combustible mixture in the gaps, complete combustion is achieved.
The fuel valve 14 does not open directly into the passage channel between the two scavenging air pistons 4, rather it is between this channel and the fuel valve in the cylinder
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star 1 a room 26 is provided, which is attached to the room. 36 directly connects and into which the nozzle of the injection valve opens. This space 26 is surrounded by a cooling water jacket 27.
The room 26 has the task of preparing the fuel jet for combustion. To
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an air flow is blown from the space 36 into the anteroom 26, that is, opposite to the direction of the
Fuel jet. As a result, the jet is already atomized in the antechamber 26, in particular by friction with the air flowing in the opposite direction, and permeated with air, so that it is well prepared for the later combustion.
The amount of fuel in the antechamber 26 towards the end of the injection is accumulated in the antechamber due to the fact that gas is driven from the ignition chamber against the fuel jet after the ignition has taken place, since the pressure wave caused by the ignition in the ignition chamber spreads through the chamber 36 to the antechamber 26 propagates. This stowage increases the amount of fuel in the
Distributed anteroom, intimately mixed with the air present there and caused to ignite.
PATENT CLAIMS:
1. Two-stroke internal combustion engine with self-ignition of the injected fuel and three or more pistons with roof-shaped floors working in a cylinder star on a common combustion chamber, characterized in that when the injection member (14) is arranged between two cylinders, pistons (4, 4) running at the same time as the injection member have a compression chamber (36) is upstream, which is left between the roof surfaces lying to the side of the fuel jet of the scavenging air piston adjacent to the injector, and that the exhaust piston (s) (5) are brought as close as possible to the other roof surfaces of the scavenging air piston, with the exhaust piston or pistons leading.