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Ventilgesteuerte Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen jeden Taktverfahren mit Ventilsteuerung, bei der ein Teil des Kolbens kurz vor Kompressionsende in einem Verdrängerraum befindliche komprimierte Luft verdrängt, um die Gemischbildung vor allem bei mit flüssigem Brennstoff betriebenen Motoren nicht allein den eingespritzten Brennstoffstrahlen zu überlassen, sondern durch erzwungene Bewegung der Luft zu unterstützen.
Bekannte derartige Bauarten zeigen beispielsweise Fig. 1 und 2 der Zeichnung. Nach Fig. 1 ist der Brennraum ganz oder teilweise im Kolben 4 vorgesehen und meist einer bestimmten Strahlform angepasst. Bei dieser Bauart kann ein günstiges Verhältnis zwischen Kolbenfläche und Brennraumeintrittsfläche erzielt werden. Es könnte auch Spülung durch Anbringen von Ventiltaschen erreicht werden. Die dadurch entstehende
Zerklüftung des Brennraumes würde jedoch infolge ungenügender Durchwirbelung von Brennstoff-und Luftteilchen keine günstige Gemisch- bildung zulassen.
In Fig. 2 ist eine Bauart gezeigt, die auch
Spülung erlaubt und bei der die Ventile 1 im
Brennraum koachsial und gegenüberliegend an- geordnet sind ; auf diese Weise ist es wohl möglich, den Brennraum gut durchzuspülen, eine wirksame
Kühlung des Kolbenbodens, die im Hinblick auf die Aufladung eine unerlästliche Bedingung ist, kann aber nicht erreicht werden. Zudem wird der
Brennraum beinahe an seiner ganzen Oberfläche vom Kühlmittel bestrichen, so dass neben un- vermeidlichen Wärmeversten eme gute Ver- brennung nur schwer zu verwirklichen ist. In der Tat konnte sich diese Motorenbauart auch in keiner Weise durchsetzen.
Es ist ferner bekannt, bei Motoren, bei denen die Ventilkammer gleichzeitig als Brennkammer dient, die durch den Kolben in die Brennkammer verdrängte Luft in Wirbeln zu bewegen, deren
Drehachse parallel zu der Achse des Zylinders verlaufen. Da die Ventilkammer dabei zum grössten
Teil im gekühlten Zylindermantel untergebracht ist, entsteht bei Einspritzbrennkraftmaschinen die
Gefahr des Niederschlagen von Brennstoff an gekühlten Flächen und einer schlechten Ver- brennung.
Die Vorteile, welche die bekannten Anordnungen in sich schliessen, sind beim Gegenstand der Er-5 findung übernommen, die Nachteile jedoch weitgehend umgangen worden, indem erfindunggemäss ein kreisabschnittähnlicher Teil der Kolbenstirnfläche als Verdrängerteil dient und der übrige, grössere Teil der Kolbenstirnfläche, der vom 5 ersten Teil durch einen wenigstens annähernd nach der Sehne des kreisabschntttähnhchen Ver- drängerteües verlaufenden, mit Öffnungen für den Durchtritt der komprimierten Luft versehenen Wulst getrennt ist, als Ventiltasche für die Ventile < ausgebildet ist und die kolbenseitige Begrenzung des Brennraumes bildet, wobei die Führung der Luftströmung und Erzeugung der Wirbel mindestens zum Teil durch die annähernd zylindrisch geformten Wände der Ventiltaschen bewirkt wird.
Die Erfindung ist in den Fig. 3 bis 9 der Zeich- nung in zwei Ausführungsbeispielen einer Vier- takt-Dieselmaschine mit je einem Ein-und Auslass- ventil dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 3 eine erste
Bauart im Schnitt durch den Zylinder nach
Linie III-III der Fig. 5, Fig. 4 den Schnitt dazu durch den Zylinder nach Linie IV-IV der Fig. 5,
Fig. 5 den Kolben von Fig. 3 und 4 in Ansicht von oben, Fig. 6 eine zweite Ausführung mit dem
Düsenstutzen auf der Gegenseite, im Schnitt nach
Linie VI-VI von Fig. 7, Fig. 7 den Kolben von
Fig. 6 im Grundriss, Fig. 8 den Kolben mit
Zylinderdeckel im Schnitt nach Linie VIII-VIII von Fig. 7 in Richtung der Pfeiler gesehen, Fig. ; ; ein Diagramm der Strömungsgeschwindigkeit.
Bei den Bauarten nach Fig. 3 bis 8 liegen die
Achsen der Ventile 1 in einer Ebene, die nach
Fig. 4 zur Zylindermitte 2 um die Strecke g exzentrisch ist. Der Neigungswinkel der Ventil- achsen gegenüber der Zylinderachse 2 beträge z. B. 11 = 15 o. Bei voller Öffnung berühren sich die Ventilteller 3 beinahe. Die für den Ventilhub im Kolbenboden 4 benötigten zylindrischen
Taschen 5 sind zu einem strömungs-und fabri- kationstechnisch günstigen Brennraum ausgebildet.
Dies gestattet saubere Spülung und gute Kühlung der Brennkammer. Die Einspritz. douse 7 ist nach
Fig. 4 und 6 seitlich und zur Zylinderachse 2 geneigt im Zylinderdeckel 8 angeordnet. Mit einer Mehrlochdüse kann auf diese Art der ganze
Brennraum bestrichen werden.
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Zur Verbesserung der Gemischbildung wird eine zweifache Querströmung hoher Geschwindigkeit angewandt. Diese wird durch eine kleine Verdrängerfläche 10 (Fig. 4,5, 6,7) mit Gegenfläche 11 am Zylinderdeckel 8 zustandegebracht. Um der verdrängten Luft die gewünschte Richtung und Geschwindigkeit aufzuzwingen, ist der Verdrängerraum mit einer wulstartigen Erhöhung 12 abgeschlossen, die an beiden Enden eine zu den Ventiltaschen 5 führende Öffnung 15 aufweist. Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt bei der Anordnung der Düse 7 nach Fig. 4 annähernd mit der Luftströmung, bei der Anordnung der Düse nach Fig. 6 mehr gegen die Luftströmung der verdrängten Luft. Die zusammenarbeitenden abschliessenden Kanten 13, 14 an der Erhöhung 12 bzw. am Zylinderdeckel 8 gleiten mit einem Zwischenraum von weniger als 1 mm aneinander vorbei.
Die Oberkante 13 des Wulstes 12 erreicht die Höhe der Unterkante 14 der Gegenfläche 11 (Fig. 4 und 6) im Zylinderdeckel zirka 30-40 0 Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt. Durch ein bestimmtes Verhältnis der Abstände h, i und k (Fig. 8) und durch besondere Gestaltung der Strömungsdurchgänge 15, kann die günstigste Stromungsgeschwindigkeit im Brennraum und damit eine sehr gute Gemischbildung erreicht werden.
Im Diagramm Fig. 9 ist die Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle 15 des Kolbens als Funktion der Kurbelstellung bei einer bestimmten Drehzahl dargestellt, u. zw. in Linie 16 bei Einbau eines Wulstes 12, in Linie 17 bei Fehlen eines solchen. Die ausserordentlich günstige Wirkung des Abschlussorgans oder Wulstes 12 ist aus dem Diagramm ersichtlich und wurde durch die Messungen an einem Versuchsmotor klar erwiesen.
Durch die beschriebene Anordnung und durch die Führung der bei 15 in den Brennraum eintretenden Luftströmung an ihrem Umfang längs der annähernd zylindrischen Wände 20 der Ventiltaschen 5, werden zwei sehr rasante
Strömungswirbel erzeugt, deren Drehachsen mindestens zum Teil annähernd parallel zur
Zylinderachse liegen und die entgegengesetzte
Drehrichtung haben. Es kann aber auch eine An- ordnung vorgesehen sein, bei der nur ein Wirbel oder mehr als zwei Wirbel entstehen, oder bei der die beiden Wirbel gleiche Drehrichtung haben.
Bei mehreren Wirbeln können alle Wirbel gleiche oder aber verschiedene Drehrichtung haben.
Die Erfindung kann auch auf Gegenkolbenmaschinen angewandt werden. Die dem Brennraum zugewandte Oberfläche des Gegenkolbens hat dann die in der Zeichnung gezeigte Form dieses Teiles des Zylinderdeckels 8.
Die Einspritzdüse 7 kann statt geneigt zur Zylinderachse parallel dazu angeordnet sein.
Die Ebene der Ventilachsen kann. zentrisch statt exzentrisch zur Zylinderachse vorgesehen werden.
Eine einfache Bearbeitung ist durch die ebenen Flächen und geraden Kanten der Wirbelorgane 10, 11, 12, 13, 14 gewährleistet.
Bei Anordnung von mehr als zwei Ventilen kann mehr als ein Abschlussorgan 12 zur Steuerung der Wirbel vorgesehen sein.
Auch bei gasförmigem Brennstoff bleibt die erwähnte Wirkung bestehen, so dass die Erfindung an keinen bestimmten Brennstoff gebunden ist.
Der Verdrängerwulst 12 kann anstatt auf dem Kolben sinngemäss auch im Zylinderdeckel angebracht sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, bei der durch einen Verdrängerteil des Kolbens kurz vor Kompressionsende komprimierte Luft derart in den Brennraum getrieben wird, dass die Bildung eines oder mehrerer Wirbel mit zur Zylinderachse etwa paralleler Wirbelachse im Brennraum bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein kreis- abschnittähnlicher Teil (10) der Kolbenstirnfläche als Verdrängerteil dient und der übrige, grössere Teil der Kolbenstirnfläche, der vom ersten Teil durch einen wenigstens annähernd nach der Sehne des kreisabschnittähnlichen Verdrängerteiles verlaufenden, mit Öffnungen für den Durchtritt der komprimierten Luft versehenen Wulst fol2) getrennt ist, als Ventiltasche (5) für die Ventile (1)
ausgebildet ist und die kolbenseitige Begrenzung des Brennraumes bildet, wobei die Führung der
Luftströmung und Erzeugung der Wirbel min- destens zum Teil durch die annähernd zylindrisch geformten Wände (20) der Ventiltaschen (5) bewirkt wird.