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Brennkraftmaschine, insbesondere Zweitaktbrennkraftmaschine, mit luftloser Brennstoffeinspritzung und ringförmiger Verbrennungskammer.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere eineZweitaktbrennkraft- maschine mit luftloser Brennstoffeinspritzung und ringförmiger Verbrennungskammer, deren Innen- wand durch einen in der oberen Totpunktstellung des Kolbens in den Verbrennungsraum hineindringenden
Kolbenaufsatz gebildet wird.
Brennkraftmaschinen mit einem ringförmigen Verbrennungsraum der genannten Art sind an sich bekannt. Es ist weiterhin auch bekannt, im Inneren eines solchen ringförmigen Verbrennungsraumes einen Luftwirbel von solcher Richtung zu erzeugen, dass die Luftteilchen an der Wand des Kolbenauf- satzes entlang von dessen Fuss nach dessen freiem Ende strömen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einer Ver- brennungskammer und einer Luftwirbelung der genannten Art den Bedürfnissen der luftlosen Brennstoff- einspritzung anzupassen, um die Vorteile, die die in Rede stehende Form des Verbrennungsraumes und die in ihm herrschende Luftwirbelung haben, auch bei luftloser Brennstoffeinspritzung voll zur Geltung zu bringen. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass der Brennstoffstrahl, der axial aus der im
Deckel der Maschine angeordneten Brennstoffdüse austritt, auf die kegelförmige Spitze des Kolbenauf- satzes zum Aufprallen gebracht wird. Die Folge davon ist, dass der Brennstoff fein zerstäubt und nach allen Richtungen seitlich abgelenkt ungefähr senkrecht zur Zylinderachse in die wirbelnde Verbrennungsluft hineingeschleudert wird.
Hiedurch wird eine sehr gute und rasche Verbrennung herbeigeführt, so dass der Brennstoffbedarf der Maschine mit Bezug auf die abgegebene Leistungseinheit gegenüber den bekannten Brennkraftmaschinen wesentlich verringert wird.
Besonders zweckmässig ist es, die kegelförmige Spitze des Kolbenaufsatzes mit einem kleinen Radius abzurunden, der ungefähr gleich der Hälfte bis dem Doppelten des Durchmessers ist, welchen der Brennstoffstrahl an der Stelle seines Aufprallens auf den Kolbenaufsatz hat. Die besondere vorteilhafte Wirkung, die mit dieser Ausbildung der Kolbenaufsatzspitze verbunden ist, wird weiter unten näher erläutert werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, u. zw. zeigt die Fig. 1 den oberen Teil des Zylinders und Kolbens einer erfindungsgemäss ausgebildeten Brennkraftmaschine im Axialschnitt, u. zw. befindet sich der Kolben in seiner oberen Totpunktstellung. Fig. 2 stellt die gleiche Einrichtung mit dem in der Nähe des unteren Totpunktes befindlichen Kolben dar. Fig. 3 ist ein durch die Ein-und Auslassöffnungen gelegter Querschnitt durch Fig. 2. Die Fig. 4,4a und 5 veranschaulichen ähnlich wie die Fig. 1 den oberen Teil des Zylinders und Kolbens in drei weiteren Ausführungsformen gemäss der Erfindung. Fig. 6 veranschaulicht den zu der Ausführungsform gemäss Fig. 5 gehörenden Kolbenboden mit Kolbenaufsatz in einer weiteren Ausführungsform.
Die Brennkraftmaschine kann abgesehen von der Gestaltung ihrer Verbrennungskammer und des Bodens ihres Arbeitskolbens und gegebenenfalls abgesehen von den Einlass-und Auslassöffnungen des Zylinders, falls solche überhaupt vorhanden sind, in beliebiger Weise ausgebildet sein.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht die Kolbenstirnfläche aus einem ringförmigen Umfangsteil 1, der ohne Absatz vorzugsweise tangential in einen Kolbenbodenaufsatz 3 übergeht. Der ringförmige Teil 1 der Kolbenstirnfläche schmiegt sich bis auf ein sehr geringes Spiel dem ringförmigen
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werden durch die Strahlen der zerstäubten Flüssigkeit, welche sich in der Luft gleichmässig verteilen, getroffen.
Der Vorteil der Ausbildung des Kolbenaufsatzes gemäss den Fig. 5 und 6 gegenüber der Ausbildung des Kolbenaufsatzes gemäss den Fig. 1, 2 und 4 besteht darin, dass bei der erstgenannten Ausbildung die ) längs des Kolbenaufsatzes aufwärts strömende Luft mit der Wandung des Kolbenaufsatzes bis zur Er- reichung seiner obersten Spitze in Berührung bleibt und das Auftreten eines Unterdruckes in der Nähe der
Kolbenaufsatzspitze vermieden wird. Dieser Vorteil wird naturgemäss nur dann erreicht, wenn die
Erzeugende der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kolbenaufsatzspitze konkav nach innen gewölbt oder geradlinig ist, dagegen tritt er bei einem Kolbenaufsatz, dessen Erzeugende eine konvexe Kurve ist, ) nicht auf.
Nachdem der Kolben die aus den Fig. 1, 4 und 5 ersichtliche Totpunktlage erreicht hat, wird der
Brennstoff eingespritzt. In Fig. 5 ist der aus der Brennstoffdüse 5 austretende Brennstoffstrahl mit b bezeichnet. Der Brennstoffstrahl wird bei seinem Aufprall auf die Spitze des Aufsatzes 3 zum grössten
Teil zerstäubt und nach der Seite geschleudert. Wegen des gleichzeitigen Vorhandenseins des in Richtung
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nähernd horizontal in den Luftwirbel hinein gerichteten Brennstoffnebel, der in der Fig. 5 mit dem Buch- staben e bezeichnet ist. Ein restlicher Teil des Brennstoffes bildet auf der Aussenwandung 3'des Auf- satzes 3 einen in dünner Schicht nach abwärts fliessenden Brennstoffluss f, der durch die Wärme des Auf- satzes 3 und unter der Wirkung der an ihm vorbeistreichenden Luftteilchen des Luftwirbels g rasch ) zum Verdampfen gebracht wird.
Mit dieser Verdampfung ist gleichzeitig eine Kühlung des Kolben- aufsatzes 3 verbunden. Da die Luft bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Aufsatzform mit der Seiten- wand des Aufsatzes bis zur Erreichung seiner obersten Spitze unverändert gut in Berührung bleibt, ist die in Rede stehende Aufsatzform gerade für die Verdampfung des Brennstofflusses f besonders vorteilhaft.
Was die Verbindung des Kolbenaufsatzes mit dem Kolben anbelangt, so können die beiden Teile i vorzugsweise aus einem Stück bestehen, wie dies in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Man kann aber auch beide Teile durch zwei Stücke, die gegebenenfalls aus verschiedenem Material bestehen können, her- stellen. In diesem Fall kann insbesondere der Aufsatz 3 aus einem gegen hohe Temperaturen sehr wider- standsfähigen Material bestehen. Gemäss Fig. 1 ist an dem einen Ende des Aufsatzes 3 eine mit Gewinden versehene Stange 10 angeordnet, die durch den Kolbenboden hindurchgeführt ist. Auf das Ende der ) Stange 10 ist eine Haltemutter 11 aufgeschraubt.
Die Basis des Aufsatzes 10 kann einen verhältnismässig grossen Durchmesser, der beispielsweise ein Drittel des Durchmessers der Zylinderbohrung beträgt, haben. Auch die Stange 10 kann einen ver- hältnismässig grossen Durchmesser besitzen, in welchem Fall diese Stange zweckmässigerweise hohl aus- gebildet wird (s. Fig. 4). Auch kann zwischen dem eigentlichen Aufsatz 3 und der Befestigungsstange 10 ein konischer Sockel vorgesehen sein, der in einer entsprechenden Ausnehmung des Kolbenbodens ge- lagert ist (s. Fig. 4a). In gewissen Fällen kann die Mutter 11 dazu dienen, einen Körper 12 an seinem
Platz zu halten, der aus einem die Wärme gut leitenden Material besteht. Die innere Ausnehmung dieses Körpers kann in bekannter Weise die Form eines Spitzbogens haben, wodurch ein guter Wärme- fluss von dem Kolbenboden nach dem Kolbenmantel erzielt wird.
Was die Einlassöffnungen 18 anbelangt, die die Brennkraftmaschine unter Umständen aufweist, so werden sie zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass die Luft in einer zur Zylinderachse schräg geneigten Richtung in den Zylinder eindringt und dann nach oben gegen den Zylinderdeckel strömt.
Zweckmässigerweise sind die Einlassöffnungen paarweise diametral einander gegenüber angeordnet, so dass sich die eintretende Luft in der Mitte des Zylinders sammelt und dort in Form eines aufsteigenden
Luftstromes unmittelbar in die Ausnehmung 4 hineindringt und letztere vollkommen reinigt. Die
Neigung der Leitungen, welche die Luft zu den Einlassöffnungen führen, kann gleich der Neigung der
Erzeugenden der peripherische Ringfläche des Kolbenbodens sein, wenn dieser konvex gestaltet ist.
Besser ist es noch, wenn man diesen Leitungen in allen Fällen eine grössere Neigung gibt, u. zw. eine
Neigung von 35 bis 70 mit Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zur Zylinderachse steht. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die in die Ausnehmung 4 eindringende Spülluft infolge der Form dieser Aus- nehmung eine Wirbelbewegung in dem gleichen Sinn erhält wie die Wirbelbewegung, die auftritt, wenn der Kolben bis zu seiner oberen Totpunktstellung hochgestiegen ist.
Wenn die Brennkraftmaschine Auslassöffnungen 14 aufweist, die am unteren Ende des Zylinders angeordnet sind, so steigt die eingelassene Luft, die zuerst in der zentralen Zone des Zylinders aufwärts geströmt ist, in der peripheralen Zone des Zylinders wieder abwärts und treibt dabei die in dem vorhergehenden Arbeitsspiel verbrannten Gase vor sich her, so dass letztere zu den Austrittsöffnungen gelangen.
Um soweit wie möglich : eine Vermischung der eintretenden Frischluft mit den austretenden Ver- brennungsgasen zu verhindern, ist es zweckmässig, dass die Auslassöffnungen sich mit Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Zylinderachse in andern Zonen befinden als die Einlassöffnungen. Dies ist besonders dann wesentlich, wenn die Einlassöffnungen zum mindesten teilweise in der gleichen Höhe angeordnet sind wie die Auslassöffnungen. Besonders empfehlenswert ist die in Fig. 3 dargestellte Anordnung. Gemäss
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dieser Fig. 3 sind die Auslassöffnungen in Zonen angeordnet, die zwischen den Zonen der Einlassöffnungen liegen.
Die austretenden Gase haben dann genügend Platz, um zu den Auslassöffnungen gelangen zu können, und die Berührungsflächen zwischen dem Strom der eintretenden Luft und dem Strom der austretenden Verbrennungsgase haben einen Geringstwert.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung dürfte aus den vorstehenden Darlegungen ohne weiteres hervorgehen, so dass ein besonderes Eingehen hierauf unnötig ist.
Wie sich von selbst versteht und wie auch aus den obigen Darlegungen hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die beschriebenen Ausführungsformen und Anwendungsarten beschränkt, sondern es sind zahlreiche abgeänderte Ausführungsformen möglich, die ebenfalls in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen. So sei darauf hingewiesen, dass die Erzeugenden und die Leitkurven der Kompressionskammer nicht Kreise zu sein brauchen, sondern auch andere Kurven, wie eiförmige Ellipsen u. dgl., darstellen können. Ferner kann die beschriebene Anordnung der Einlass-und Auslassöffnungen auch bei einer Brennkraftmaschine angewendet werden, bei der der die Ausnehmung 4 aufweisende Zylinderdeckel oder der Zylinderboden eine andere Form haben als die oben beschriebene.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschine, insbesondere Zweitaktbrennkraftmaschine, mit luftloser Brennstoffeinspritzung und ringförmiger Verbrennungskammer, deren Innenwand durch einen in der oberen Totpunktstellung des Kolbens in den Verbrennungsraum hineindringenden Kolbenaufsatz gebildet wird und in deren Inneren ein Luftwirbel von solcher Richtung erzeugt wird, dass die Luftteilchen an der Wand des Kolbenaufsatzes entlang von dessen Fuss nach dessen freiem Ende strömen, dadurch gekennzeichnet. dass der axial aus der Brennstoffdüse austretende Brennstoffstrahl auf die kegelförmige Spitze des Kolbenaufsatzes (3) zum Aufprallen gebracht wird.