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Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Einspritzung flüssigen Brennstoffes.
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung und Einspritzung flüssigen Brennstoffs, wobei eine Verbrennungskammer ausserhalb des Zylinders als Kühltasche ausgebildet ist, in deren Ausgang, der ins Zylinderende mündet, ein stopfenartiges Gebilde von beträchtlicher Dicke derartig angeordnet ist, dass der Wärmestrom von diesem zu den umgebenden Teilen eingeschränkt wird, d. h. keine freie Wärmeströmung vom stopfenartigen Gebilde aus stattfindet, und wobei durch den Stopfen hindurchgehen ein Kanal derartig gestaltet und angeordnet ist, dass beim Ende des Verdichtungshubes die Luftladung, die dann in die Verbrennungskammer gedrückt wird, innerhalb derselben in vorgeschriebener Weise eine Kreiselbewegung oder einen Kreislauf ausführen wird.
Bei dieser bekannten Maschine (z. B. britische Patentschrift Nr. 371025) ist am Ende des Verdichtungshubs der Spielraum zwischen der ganzen Kolbenstirnfläche und dem ganzen Zylinderende so gering, dass am Ende des Verdichtungshubs praktisch die ganze Luftladung in den Kanal und die aussenliegende Verbrennungskammer getrieben und darin eingeschlossen wird.
Gemäss der Erfindung wird in einer Maschine der obengenannten Art beim Ende des Verdichtungshubs nicht mehr als 50%, aber wenigstens 30% des Gesamtvolumens des Verbrennungsraums von der ausserhalb des Zylinders liegenden Kammer oder Tasche und dem Kanal durch den in der Mündung dieser Kammer angeordneten Stopfen gebildet, während der Rest des Verbrennungsraums von dem
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der Mündung des Kanals, der durch den Stopfen hindurchgeht, eine Erweiterung hat. Diese örtliche Erweiterung des Spielraums zwischen dem Kolben und dem Zylinderende kann erzielt werden, indem in der Kolbenstirn oder im Zylinderkopf eine Aussparung in unmittelbarer Nähe der Mündung des durch den Stopfen hindurchgehenden Kanals gemacht wird. Die Teilausbildung ist an Hand der Zeichnungen näher erörtert.
In diesen Zeichnungen ist : Fig. 1 ein Schnitt durch den Zylinder, den Kolben und den Zylinderkopf ; Fig. 2 ein Schnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Kolben, wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 in der Richtung der Pfeile genommen wurde ; Fig. 3 ist die Draufsicht der Kolbenstirn, wobei die Lage der äusseren Verbrennungskammertasehe hinsichtlich der in der Kolbenstirnfläche angebrachten Aussparung gestrichelt angegeben ist ; Fig. 4 ist ein Schnitt eines mit dem in Fig. 1 dargestellten Zylinderkopf zu benutzenden Kolbens mit einer anders ausgestalteten Aussparung in der Stirnfläche. Fig. 5 ist ein Schnitt des in Fig. 4 dargestellten Kolbens, welcher auf der Linie 5-5 in der Richtung der Pfeile genommen ist. Fig. 6 ist eine Draufsicht der in Fig. 4 und 5 dargestellten Kolbenstirn.
In dieser Figur, wie in Fig. 3, ist die Lage der äusseren Verbrennungskammertasehe in gestrichelten Linien angegeben. Fig. 7 zeigt eine Ausbildung, wobei die äussere Verbrennungskammertasche auf einer Seite des Zylinders angeordnet ist, statt im Zylinderkopf. Fig. 8 ist eine Draufsicht der Hauptteile des Zylindergussstüekes, wobei die Lage und der Umriss der Aussparung im Zylinderkopf hinsichtlich der äusseren Verbrennungskammertasche und der Zylinderbohrung gestrichelt angegeben sind. Fig. 9 ist ein Schnitt, der noch eine andere Gestalt darstellt, die der Aussparung gegeben werden kann, wenn sie in der Kolbenstirnfläche angeordnet ist. In dieser Figur ist der Schnitt, soweit er den Kolben betrifft, auf der Bruchlinie 9-9 in Fig. 10 genommen.
Fig. 10 ist eine Draufsicht, welche die Kolbenstirn und die Gestalt und Anordnung der darin gebildeten Aussparung zeigt, wobei die Anordnung der äusseren Tasche und der Mündung am Ende des Kanals, welcher durch den Stopfen in diese Tasche führt, gestrichelt angegeben ist.
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Bei der Ausbildung der Fig. 1, 2 und 3 ist der Kopf des Zylinders A abnehmbar und mit einer flachen Stirn Al versehen. In dieser Stirnfläche ist zusätzlich zu den Ein-und Auslässen eine Öffnung vorgesehen, welche die Mündung einer Tasche B bildet, aus der eine Verbrennungskammer besteht, welche also ausserhalb des Zylinders liegt. In der Mündung dieser Tasche liegt ein Stopfengebilde C, durch welches ein Kanal hindurchgeht. Die Tasche B kann kugelförmig sein, und der Kanal D führt tangential in die Tasche, während die Mündung D am äusseren Ende dieses Kanals in die Zylinder- bohrung E an einer Seite hievon ausmündet. Jedoch kann die Tasche auch eine zylindrische oder andere gewünschte Form haben.
Jedenfalls ist der Stopfen 0 in der Mündung der Tasche B derartig angeordnet, dass keine freie Wärmeströmung vom Stopfen zu dem gekühlten benachbarten Teil des Zylinderkopfes stattfindet. Der Brennstoff wird durch eine Düse R in die Tasche in gewünschter Richtung und Weise eingespritzt.
Der Kolben G ist mit einer Stirn ss versehen, die in der dargestellten Konstruktion flach ist, mit Ausnahme desjenigen Teiles, der gegenüber und benachbart der Mündung D des durch den Stopfen 0 gehenden Kanals liegt. In diesem Teil der Kolbenstirn ist eine Aussparung H angebracht, wovon wenigstens ein Teil unmittelbar gegenüber der Mündung D'des Kanals D liegt, so dass nach Entzündung der Ladung in der Tasche B die durch den Kanal in den Zylinder austretenden Gase in die Aussparung geleitet werden und von dort in den Hauptteil des Zylinders gelangen. Am Ende des Verdichtungshubs nähert sich der Hauptteil CTI der Kolbenstirn der Stirn Al des Zylinderkopfes, so weit es aus mechanischen Rücksichten möglich ist.
Wie man sieht, ist der am Ende des Verdichtungshubs zur Verfügung stehende Verbrennungsraum durch das Stopfengebilde 0 geteilt. Der eine Teil dieses Verbrennungsraums liegt ausserhalb des Zylinders und wird von der Tasche B und dem Kanal D gebildet. Der andere Teil des Verbrennungsraums liegt innerhalb des Zylinders und wird von dem ganzen Raum zwischen Kolbenstirn und Zylinderende gebildet, d. h. dem Spielraum zwischen der Kolbenstirn ? und der Stirn A'des Zylinderkopfes und der örtlichen Erweiterung dieses Spielraumes, die von der Aussparung H in der Kolbenstirn gebildet wird.
Das Verhältnis, in dem der Verbrennungsraum auf diese Weise geteilt ist, ist derartig, dass der Volumeninhalt desjenigen Teils, der ausserhalb des Zylinders liegt, d. h. der Tasche B und des Kanals D, nicht mehr als 50% des ganzen Verbrennungsraums beträgt.
Der Teil des Verbrennungsraums, der innerhalb des Zylinders liegt und nicht weniger als 50%, jedoch wenigstens 30% des Gesamtverbrennungsraums umfasst, kann gemäss der in Fig. 7 und 8 dargegestellten Anordnung gestaltet sein, wobei die örtliche Erweiterung in dem Spielraum zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf erhalten wird durch Anbringung einer Aussparung in der Stirnfläche des Zylinderkopfs statt in der Kolbenstirn. In der in Fig. 7 und 8 dargestellten Anordnung befindet sich die äussere Verbrennungskammertasche B an einer Seite des Zylinders.
Die Ausbildung der Aussparung H, welche eine örtliche Erweiterung des Spielraumes im Zylinder ist, kann verschieden sein. Beispielsweise kann sie gleichmässig gekrümmt sein mit in Draufsicht und Schnitt ungefähr eiförmigem Umriss, so dass die Aussparung ungefähr wie ein nach der Längsachse halbiertes Ei aussieht, dessen Enden aber wesentlich gleiche Gestalt aufweisen. Bei einer solchen Aussparung werden die aus dem Kanal D ausströmenden Gase von einer Seite der Aussparung aus, im wesentlichen längs der kurzen Achse des Ovals in die Aussparung gerichtet. Diese Gase werden nach Anprall gegen die gegenüberliegende Seite der Aussparung abgelenkt und strömen in entgegengesetzten Richtungen nach beiden Seiten ab, aber ungefähr längs der Hauptachse der Aussparung und weiter über die Kolbenstirn.
Vorzugsweise ist jedoch diese Aussparung so gestaltet, dass die von dem Kanal D in die Aussparung tretenden Gase zur Spaltung in zwei z. B. ungefähr gleiche Teile neigen, wovon jedem in der Aussparung eine bestimmte Drehbewegung erteilt wird, wenn diese Gase durch die Aussparung dem Hauptteil des Zylinders zuströmen. Eine solche Ausbildung zeigen die Fig. 1, 2 und 3.
Fig. 3 zeigt eine Aussparung, welche zwei, in diesem Falle gleiche, Vertiefungen ZP und B umfasst.
Die Vertiefungen haben die Gestalt gleich grosser Kugelkappen, wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, worin die Umrisse der Vertiefungen gestrichelt angegeben sind. Die beiden Vertiefungen treffen zusammen in einer Rippe oder einem Grat H3, der sieh in der Symmetrieebene. X-X erstreckt, welche die Mittellinie der Aussparung enthält. Zu der Aussparung gehört noch eine dritte und kleinere Vertiefung H4, die ebenfalls die Gestalt einer Kugelkappe hat und in welche die Vertiefungen JP und Ausmünden ; diese Vertiefung H4 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, seitlich hinsichtlich der grösseren Vertiefungen HP und angeordnet, und wird von der Mittellinie X-X geschnitten.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, liegen also die beiden grösseren Vertiefungen Hl und H2 in diesem Fall symmetrisch zu einander und zu der kleineren Vertiefung H4 zu beiden Seiten der Symmetrieebene X-X, innerhalb welcher die Rippe oder der Grat H3 verläuft. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, enthält die Symmetrieebene Z-Z in diesem Fall die Achse des Zylinders E und des Kolbens G und geht auch durch den Mittelpunkt der äusseren Verbrennungskammer oder Tasche B hindurch, wenn letztere, wie dargestellt, kugelförmig ist. Diese Ebene enthält die Achse der Kammer B, wenn letztere ganz oder teilweise zylindrisch ist.
Diese Ebene geht dann auch durch den Mittelpunkt der Mündung D'des durch den Stopfen 0 führenden Kanals D und teilt diesen Kanal symmetrisch der Länge nach,
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Das Aussehen der Aussparung gemäss der Draufsicht in Fig. 3 weist einige Ähnlichkeit mit der Ziffer 8 auf, deren beide Stücke von Teilen gleicher Kreise gebildet werden, welche die Grenzen der Vertiefungen JT und H2 bilden. Diese Kreise schneiden die Symmetrieebene X-X und haben ihre Mittelpunkte in gleicher Entfernung von dieser Ebene, welche also eine gemeinsame Sehne zu diesen beiden
Kreisen bildet ; diese Sehne bildet auch die "Einschnürung" der Ziffer 8.
Die kleinere Vertiefung H4 erscheint als Teil eines Kreises, der um einen Mittelpunkt in der Symmetrieebene X-X herum beschrieben ist und als Ausbauchung an einer Seite der "Einschnürung" der Ziffer 8 erscheint.
Eine derartige Gestaltung der Aussparung und ihre Anordnung einerseits hinsichtlich der Bohrung des Zylinders E, anderseits hinsichtlich des Umfanges der äusseren Kammer B und die Form sowie Anordnung des Kanals D durch den Stopfen C liefern, wenn all diese Teile in Draufsicht betrachtet werden, eine symmetrische Anordnung um die Symmetrieebene X-X, welche die Achse des Zylinders E, die Mittellinie der Aussparung H und den Mittelpunkt oder die Achse der äusseren Kammer B enthält.
Bei derartiger Gestaltung der Aussparung wird, wenn die Entzündung der Ladung in der äusseren
Kammer B stattfindet, die Flamme bei ihrem Austreten aus dem Kanal D zu Spaltung in zwei ungefähr gleiche Teile durch den Grat H3 entlang der Mittellinie der Aussparung neigen, und in den kugelteilförmigen Hauptvertiefungen Hl und ? in der Aussparung wird den Gasen eine bestimmte Drehbewegung erteilt.
Es ist zu bemerken, dass es in einigen Fällen angebracht sein kann, die Aussparung unsymmetrisch zu gestalten oder sie unsymmetrisch hinsichtlich der Ebene anzuordnen, in welcher die Zylinder-und Kolbenachse liegt.
Fig. 4, 5 und 6 erläutern eine andere Ausbildung der Aussparung, welche ebenfalls angewendet werden kann, u. zw. ist die Aussparung hier in der Kolbenstirnfläehe angeordnet. Dabei scheint, wie aus Fig. 6 hervorgeht, die Aussparung Hin Draufsicht einigermassen dreieckig. Das Dreieck ist ungefähr gleichwinklig und an den Ecken abgerundet. Ein Winkel des Dreiecks liegt über oder nahe dem Mittelpunkt der Kolbenstirn Ci, während die diesem Winkel gegenüberliegende Seite derartig ausgebaucht ist, dass sie sich bis zum Kolbenumfang oder bis in dessen Nähe erstreckt. Dieser ausgebauchte Teil liegt, wie deutlich aus Fig. 6 hervorgeht, gegenüber der Mündung D'deys Kanals durch den Stopfen C ; die Lage dieser Mündung und des Stopfens im Zylinderkopf ist in der Figur gestrichelt angegeben.
In den Schnitten des Kolbens in Fig. 4 und 5 erscheint die Aussparung H als seichte becherförmige und in diesem Fall mit ebenem Boden ausgestattete Vertiefung in der Kolbenstirn, wobei der Boden an den Seiten zum Rand der Aussparung in der Kolbenstirn leicht aufwärts gebogen ist. Eine ähnlich gestaltete Aussparung kann im Zylinderkopf vorgesehen sein, wenn die äussere Kammertasche an der Seite des Zylinders und nicht im Zylinderkopf angeordnet ist.
In Fig. 7 und 8 sieht man eine Ausbildung, worin die äussere tasehenartige Kammer B, welche einen Teil des Verbrennungsraums bildet, im Gussstück an einer Seite des Zylinders E angebracht ist. Wie in der Draufsicht Fig. 8 ersichtlich, liegen die Mündung der Tasche B und das Ende des Zylinders E in einiger Entfernung nebeneinander, während das Zylindergussstück derartig gestaltet ist, dass für Umlauf der Kühlflüssigkeit um die äussere Tasche B herum gesorgt ist. Der Stopfen C ist in der Mündung der Tasche B um die Achse des Stopfens derartig angeordnet, dass die Achse des Kanals D durch den Stopfen gegen die Achse des Zylinders E gerichtet ist und sie bei Verlängerung schneidet.
Im Zylinder A sind die Ein-und Auslassöffnungen angebracht. Ferner ist in der Vorderfläche des Kopfes die Aussparung H angebracht, welche beinahe die Gesamtheit des im Zylinder liegenden Teiles des am Ende des Verdichtungshubs zur Verfügung stehenden Verbrennungsraums bildet und in welche Aussparung die vom Kanal D nach Entzündung der Ladung in der Kammer B austretenden Gase gelangen.
Die Aussparung H im Zylinderkopf hat nach Fig. 7 und 8 eine Form, welche ähnlich derjenigen der Aussparung H im Kolbenkopf gemäss obiger Beschreibung und der Darstellung in Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist. D. h. die Aussparung umfasst zwei gleiche und kugelteilförmige Vertiefungen Hi
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Vertiefungen alle, wie in der Draufsicht Fig. 8 dargestellt, symmetrisch hinsichtlich der Symmetrieebene X-X, in welcher die Achse des Zylinders H liegt, angeordnet sind. Die kleinere Vertiefung Hç an seiner Seite der Aussparung liegt der Mündung D'des Kanals D gegenüber, während Teile der Vertiefungen ? und H2 die Bohrung des Zylinders E überlappen und demnach gegenüber einem Teil der Kolbenstirnfläche fliegen.
Die gegenseitige Lage dieser Teile ist deutlich in Fig. 8 angegeben. Bei dieser Anordnung wird am Ende des Verdichtungshubs nicht mehr als 50% des dann von der verdichteten Ladung eingenommenen Verbrennungsraums vom Volumeninhalt der Kammer B und des Kanals D umfasst, während der Rest des Verbrennungsraums zu einem geringen Teil vom Spielraum zwischen der Vorderfläche Al des Zylinderkopfes und der Kolbenstirnfläche Gl und zum grössten Teil von der örtlichen Erweiterung des Spielraumes, die von der Aussparung H gebildet wird, umfasst wird.
Wenn der Brennstoff in die Kammer B eingespritzt und die Ladung darin entzündet ist, gelangen die durch den Kanal D austretenden Gase erst in die kleinere Vertiefung H4 und neigen dann zu Spaltung durch die kleine Rippe H3 zwischen den grösseren Vertiefungen B und ss, worin den geteilten Gasen Dreh-
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bewegungen, doch in entgegengesetzten Richtungen, erteilt werden. Die Gase strömen von dort aus von der Aussparung H in den Hauptteil des Zylinderendes. Auch in diesem Fall kann, falls erwünscht, die Gestaltung und Anordnung der Aussparung asymmetrisch sein.
Fig. 9 und 10 zeigen eine andere Gestalt, die der Aussparung H gegeben werden kann, wenn diese in der Kolbenstirnfläche angebracht und die äussere Tasche B im Zylinderkopf angeordnet ist. In diesem Fall enthält die Aussparung zwei grössere Vertiefungen B und Ha, deren jede das Aussehen eines seichten runden Bechers vorzugsweise mit ebenem Boden hat, dessen Rand sich leicht aufwärts biegt zu einem kreisförmigen Rand in der Kolbenstirnfläche.
Diese Vertiefungen Hli und H6 sind in der Kolbenstirnfläche ? angeordnet und liegen in der dargestellten Konstruktion symmetrisch zu beiden Seiten der Symmetrieebene X-X, worin sich die Achse des Kolbens befindet, derartig, dass die Mittelpunkte dieser Vertiefungen, wie aus Fig. 10 ersichtlich, in gleicher Entfernung von der Symmetrieebene liegen und auf einer Linie, welche diese Ebene senkrecht schneidet. Eine derartige symmetrische Ausführung und Anordnung ist jedoch nicht notwendig. Die beiden seichten Vertiefungen HG und H6 laufen aus oder münden in die gegenüberliegenden Seiten des einen Endes einer grabenartigen Vertiefung H7. Der Graben H7 ragt in der Draufsicht, Fig. 10, der ganzen Aussparung seitlich hervor und endet nahe dem Umfang des Kolbens G.
Das äussere Ende des Grabens H7 liegt gegenüber der Mündung Z) des Kanals durch den Stopfen C. Die Lage dieser Mündung D und des Stopfens 0 ist gestrichelt in Fig. 10 angegeben. Nach Entzündung der Ladung in der Kammer B gelangen die Gase, wenn sie aus der Mündung D' austreten, in den Graben H7 und strömen diesen entlang und gelangen zur Spaltung durch die mittlere Rippe B\ welche sich beim Beginn des Überganges zwischen den Vertiefungen Rs und Ha befindet. Die derartig geteilten Gase werden in diese zwei Vertiefungen geleitet, worin sie in entgegengesetztem Sinn in drehende Bewegung geraten.
Der Boden des Grabens kann hinsichtlich einer zur Kolbenachse normalen Ebene geneigt sein, so dass er sich bis zu seiner Verbindung mit den beiden becherförmigen Vertiefungen senkt.
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gezeigt, so dass die Vertiefungen gegenüber oder ungefähr gegenüber den Ein-bzw. Auslassöffnungen im Zylinderkopf liegen, wenn letzterer sich auf seinem Platz befindet. Durch derartige Ausführung der Aussparung wird jede Notwendigkeit vermieden, die Ventilsitze im Kopf zu versenken, was sonst unnötig sein könnte, um einen Spielraum für die Ventilköpfe mit Rücksicht auf die Kolbenstirn zu erhalten.
In Fällen, wo Versenkung der Ventilsitze erwünscht scheint, bildet der derartige erzielte zusätzliche Spielraum tatsächlich nur einen Teil der becherförmigen Vertiefungen, d. h. er bewirkt Vergrösserung des Volumeninhalt der Aussparung, als Ganzes betrachtet. Wenn die Aussparung hinsichtlich der Ventile anders ausgeführt oder angeordnet ist als eben beschrieben, so kann Versenken der Ventilsitze erforderlich sein, wäre jedoch nachteilig, da dies eine geringe Vergrösserung des Spielraumes zwischen denjenigen Teilen des Kopfes und der Kolbenstirn mit sich bringen würde, deren möglichst enge gegenseitige Annäherung am Ende des Kompressionshubs wünschenswert ist, damit möglichst viel von der Luftladung der äusseren Kammer B, dem Kanal D und der Aussparung, welche eine örtliche Erweiterung dieses Spielraums bildet, zugeführt wird.
Aus Fig. 10 ist ersichtlich, dass die dort in Draufsicht gezeigte besondere Form der Aussparung noch einigermassen die Gestalt einer Ziffer 8 hat, wobei die grabenartige Vertiefung H7 als seitlicher Vor-
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recht zu einer durch die Mittelpunkte der kreisförmigen Vertiefungen H5, Rs gehende Linie sein kann.
Der grabenartige Vorsprung ist vorzugsweise an seinen Seiten und seinem Aussenende abgerundet. Das Aussenende des Grabens, in Draufsicht betrachtet, ist ebenfalls in der Ebene der Kolbenstirn gerundet.
Die Gestalt und die Abmessungen des Grabens, speziell seines Aussenendes, können, wenigstens bis zu einem gewissen Grad, von der Gestalt und den Abmessungen der Mündung DI des Kanals bestimmt sein.
Nicht nur die Tiefe des Grabens, sondern auch seine Weite kann über seine ganze Länge oder einen Teil derselben verschieden sein.
Eine Aussparung gemäss Fig. 9 und 10 und der obigen Beschreibung kann in der Vorderfläche des Kopfes vorgesehen werden, wenn die Kammer B an der Seite des Zylinders gemäss Fig. 7 angegeordnet ist.
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