AT97574B - Vorrichtung zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung der Ladung bei Verbrennungskraftmaschinen. - Google Patents

Description

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  Vorrichtung zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung der Ladung bei Verbrennung- kraftmaschinen. 



   Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Organe, durch welche die Luft bzw. das Luftgasgemisch in den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingeführt wird, derart zu gestalten bzw. zu verlegen, dass diese Luft oder dieses Gemisch beim Eintritt in den Zylinder den Zylinderinhalt in eine kreisende Bewegung versetzt. Durch eingehende Versuche ist festgestellt worden, dass hiebei der Winkel, den die Luft oder das Luftgemisch während der Dauer der   Brennstoffeinspritzung   durchläuft, für eine richtige Verteilung des Brennstoffes auf die Verbrennungsluft und damit für die Brennstofferspamis, insbesondere bei voller und noch mehr bei maximaler Belastung von allergrösster Bedeutung ist. 



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung der Ladung bei Verbrennungskraftmaschinen, bei der erfindungsgemäss Einrichtungen vorgesehen sind, durch die die Eintrittsgeschwindigkeit oder Eintrittsrichtung der Luft oder auch den Widerstand gegen die genannte Drehung während des Verdichtungshubes geändert oder voreingestellt werden kann, um irgendwelche gewünschte Geschwindigkeit der Drehung des Zylinderinhaltes zu erreichen. 



   Die Zeichnungen stellen mehrere beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dar. Fig. 1 ist ein Längsschnitt und Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie   A-A   der Fig. 1 des oberen Teiles einer Verbrennungskraftmaschine. Fig. 3 ist eine teilweise gebrochene Draufsicht des Zylinders einer Zweitaktmaschine. Fig. 4,6 und 8 zeigen   Längsschnitte   durch je ein Lufteinlassventil in teilweise geschlossenem Zustand und Fig. 5,7 und 9 entsprechende Schnitte derselben Ventile im gänzlich geöffneten Zustand. 



   Unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 der Zeichnung kann der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wie folgt erklärt werden : Es sei angenommen, der Brennstoff werde beispielsweise durch zwei einander 
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 dass er in der Gestalt von zwei Bündeln a, b eintritt, die der Einfachheit halber in derselben Axialebene dargestellt sind. Die Luft tritt durch das an der einen Seite durch einen Schirm 4 geschlossene Ventil 3 annähernd in der durch den Pfeil f in Fig. 2 angedeuteten Richtung in den Verbrennungsraum 1 ein, so dass die Luft eine kreisende oder drehende Bewegung um die Achse des Zylinders im Raum 1 ausführt.

   Falls jetzt bei der   Höchstbelastung   der Maschine die Luft genau eine halbe Umdrehung in dem Zylinderraum während derjenigen Zeit macht, während welcher der Brennstoff durch die Löcher der Düse 2 eingespritzt wird, so ist ohneweiteres verständlich, dass der Brennstoff um den ganzen Umfang des Raumes   1   herum gleichförmig verteilt worden ist. Ist die Geschwindigkeit der kreisenden Luftbebewegung eine geringere, so folgt daraus, dass ein Sektor der kreisenden Luftmasse keinen Brennstoff erhält, d. h. die maximale Leistung wird eine geringere. Wenn die Geschwindigkeit der kreisenden Luftbewegung dagegen eine grössere ist (wie z.

   B. um eineinhalbmal vergrössert), so ergibt es sich, dass einem Sektor der Luftmasse eine zu grosse Brennstoffmenge zugeteilt wird, u. zw. erhält in dem gegebenen Beispiel die eine Hälfte der Luftmasse eine etwa doppelt so grosse Ölmenge wie die andere Hälfte. In der Wirklichkeit liegen aber die Verhältnisse nicht so einfach, weil das Brennöl unmittelbar nach der Einspritzung zu verbrennen beginnt, u. zw. unter Volumenvergrösserung und Druckerhöhung. Es entstehen somit örtliche Erweiterungen oder Volumenvergrösserungen der Luftgasmasse, die zu örtlichen 

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 Volumenverminderungen an andern Stellen Veranlassung geben. Im grossen Ganzen stellen jedoch die obigen Ausführungen den tatsächlichen Vorgang dar. 



   Wenn   dieDüse2einenLochkreis   besitzt, der mehr als zwei unter dem gleichen Winkel zur Zylinderachse und auf dem gleichen gegenseitigen Winkelabstand liegende Löcher enthält, so ist die Geschwindigkeit der Drehung der Luft oder des Luftgasgemisches entsprechend herabzusetzen. Für jede verschiedene Anzahl Löcher in der Düse gibt es eine gewisse vorteilhafteste Geschwindigkeit der kreisenden Luftoder Luftgasgemischbewegung. Diese Geschwindigkeit ist für gewöhnlich die möglichst geringste, d. h. diejenige, bei der jedes Ölbündel nur einmal von dem entsprechenden Luftsektor getroffen wird. 



   Die Geschwindigkeit der kreisenden Luft kann u. a. auf irgendeine der nachstehenden Weisen geregelt werden. 1. Durch entsprechende Wahl der Eintrittsgesehwindigkeit der Luft in den Zylinder. 



   2. Durch die Wahl der Richtung der Luft beim Eintritt. 3. Durch die Wahl des Widerstandes gegen die kreisende Bewegung während des Verdichtungshubes. 4. Durch Hervorrufen zweier oder mehrerer Luftströme verschiedener Richtung und verschiedener Grösse im Zylinderraum, die sich zu einem resultierenden Strom zusammensetzen. 



   Eine Regelung der Eintrittsgeschwindigkeit der Luft kann zwar mit Hilfe mehr oder weniger verwickelter Einrichtungen erreicht werden ; eine Einstellung auf diesem Weg ist jedoch unpraktisch. 



  Auch lässt sieh eine Regelung des Widerstandes gegen die kreisende Bewegung nach Punkt 3 nur mit Schwierigkeit   praktisch durchführen.   Aus diesen Erwägungen heraus wird deshalb in erster Linie die gewünschte Feststellung der zweckmässigsten Geschwindigkeit der kreisenden Luftbewegung nach Punkt 2 oder 4 bewirkt. 



   Eine Regelung der Richtung nach Punkt 2 kann in verschiedener Weise erreicht werden. In Fig. 1 und 2 ist zu diesem Zwecke das nahe an dem Umfang des Verbrennungsraumes verlegte Lufteinlassventil 3 drehbar angeordnet und besitzt an seiner einen Seite einen etwa um halben Umfang des Ventils sich erstreckenden Schirm 4, der dazu dient, ein Ausströmen der Luft in einer mehr oder weniger tangentialen Richtung zu verursachen. Die   Lufteinlassventilstange   5 ist durch eine drehbare Hülse 6 verschiebbar aber nicht drehbar geführt. Diese Hülse trägt oberhalb des Ventilgehäuses eine Handkurbel oder einen Arm   7,   womit die Hülse 6 mit dem Ventilkörper gedreht werden kann. Zum Festhalten des Ventils in eingestellter Lage dient eine im Arm 7 eingesetzte Schraube 8.

   Unterhalb dieser Schraube kann zweckmässig eine Gradeinteilung vorgesehen werden. 



   Der genaue Erfolg der Drehung des Lufteinlassventils kann allerdings nicht im voraus festgestellt werden ; ausgeführte Versuche haben jedoch ergeben, dass schon eine Drehung des Lufteinlassventils um einige Grade eine Herabsetzung des Brennstoffverbrauches um 10 vom Hundert oder mehr zur Folge haben kann sowie dass es eine Stellung gibt, in welcher der Brennstoffverbrauch einen Mindestwert aufweist. Gemäss den obigen Ausführungen entspricht diese Stellung derjenigen Geschwindigkeit der kreisenden Luftbewegung, bei der jedes Brennstoffbündel durch den entsprechenden   Luftsektor   nur einmal geschnitten wird. 



   Die oben beschriebene Ausführungsform eignet sich besonders für Viertaktmaschinen. Für Zweitaktmasehinen kann beispielsweise die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform benutzt werden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Leitvorrichtung zur Führung der Luft beim Einströmen in den Verbrennungsraum vorgesehen. In der Zylinderwand ist eine ringsum verlaufende Reihe schräger Luft-   einlassöffnungen   10 vorgesehen und zu jeder dieser Öffnungen gehört eine Leitschaufel 11. Die Leitschaufeln sind in einem den Zylinder konzentrisch umgebenden Raum 12 angeordnet, der mit der Druckseite der Luftpumpe in Verbindung steht.

   Die Einstellung der Leitschaufeln zwecks Feststellung der   Einströmungsrichtung   der Luft erfolgt mit Hilfe des drehbar gelagerten Zahnkranzes   U,   der in Zahnräder 14 auf den Wellen der Leitschaufeln eingreift. Eine dieser Wellen ist mit einer nicht dargestellten Einstellungs-oder Antriebseimichtung verbunden. 



   In den oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgt die Feststellung der Geschwindigkeit nach Punkt 2 durch Änderung der Richtung der eintretenden Luft. 



   Eine Feststellung oder Änderung der betreffenden Geschwindigkeit kann aber auch gemäss Punkt 4 dadurch erfolgen, dass die Luft auf mehrere Ströme verschiedener Grösse und verschiedener Richtung verteilt wird, die sich dann im Zylinderraum zu einem resultierenden Strom zusammensetzen. 



   Eine solche Verteilung erfolgt   zweckmässig   mit Hilfe eines Schirmes, der nicht nur in der Umfangsrichtung, sondern auch in der Längsrichtung des Lufteinlassventils begrenzt ist. In Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform eines solchen Schirmes dargestellt. Auf der Ventilstange 5 des Lufteinlassventils 3 ist ein Schirm 15 befestigt, der in das Ventilgehäuse passt und einen gewissen Abstand vom Ventilkörper 3 besitzt, so dass zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Schirm 15 ein Zwischenraum 16 bestimmter axialer Länge besteht. Beim Öffnen dieses Ventils strömt zunächst die Luft nach allen Seiten gleichförmig aus. Dies dauert so lange, bis der untere Rand des Schirmes 15 in der gleichen Ebene wie die untere Fläche des Ventilsitzes liegt (Fig. 4).

   Sobald das Ventil so weit geöffnet wird, dass der untere Rand des Schirmes 15 unterhalb des unteren Randes des Ventilgehäuses ragt, so erhält man eine   grössere Durchtnttsöffnung 17 (Fig.   5) an dem vom Schirm 15 nicht umfassten Teil des Ventilumfanges. Man erhält somit zwei Luftströme, u. zw. einen schwächeren durch 16 und einen stärkeren 

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 durch 17 ; diese Ströme setzen sich im Zylinderraum zu einer der kreisenden Bewegung entsprechend herabgesetzten Geschwindigkeit in der Richtung des stärkeren Stromes zusammen. 



   Nach Fig. 6 und 7 kann der Schirm auch auf dem Ventilkörper selbst sitzen. Es bezeichnet hier 3 den Ventilkörper und 18 den auf letzterem sitzenden Schirm. Beim Beginn der Öffnungsbewegung findet das Ausströmen der Luft nur auf der einen Seite statt, während bei weiterem Öffnen (Fig. 7) Luft auch über den Schirm strömt. Letzerer Strom wird jedoch stets schwächer als der erstgenannte sein, so dass eine kreisende Bewegung entsprechend der herabgesetzten Geschwindigkeit in der Richtung des ersteren Stromes erreicht wird. 



   Gemäss Fig. 8 und 9 ist ein Schirm   19   an der unteren Seite des Zylinderdeckels oder auf dem
Ventilgehäuse angeordnet. Dieser Schirm wirkt auf die gleiche Weise wie der in Fig. 6 und 7 dargestellte.
Die resultierende Wirkung beruht selbstverständlich in jedem Fall auf der Höhe und Winkelweite des Schirmes. 



   In den Ausführungen gemäss Fig. 4-9 wird die Winkellage des Schirmes je nach den örtlichen
Verhältnissen gewählt. In jedem Fall ist es von Bedeutung, das Ventil in entsprechender Weise zu führen, so dass die Lage des Schirmes vollkommen bestimmt wird. 



   Selbstredend können weitere Abänderungen ohne Abweichen vom Wesen der Erfindung durch- geführt werden. Beispielsweise kann der Schirm 4 in Fig. 1 durch einen fest am Ventilgehäuse sitzenden ersetzt werden. Die Höhe dieses Schirmes soll dem Ventilhub entsprechen. 



   Zu bemerken ist,. dass die beiden oben beschriebenen Verfahren zur Erreichung der gewünschten Drehungsgeschwindigkeit der Luft, d. h. durch Regelung der Richtung der einströmenden Luft oder Verwendung zweier Luftströme verschiedener Stärke, gleichzeitig benutzt werden können, indem z. B. ein sowohl in der Längsrichtung, als auch in der Umfangsrichtung entsprechend bemessener Schirm in der Umfangsrichtung verstellbar angeordnet wird. Die Winkelweite des Schirmes ist je nach der gewünschten Wirkung anzupassen. 



   Bei Viertaktmaschinen mit zwei oder mehreren   Lufteinlassventilen   kann die Einrichtung so getroffen werden, dass nur gewisse dieser Ventile mit Einrichtungen zum Erzeugen einer kreisenden Luftbewegung ausgerüstet sind. 



   In bezug auf Zweitaktmaschinen ist folgendes zu bemerken : Wenn die Spülung durch Ventile im Zylinderdeckel erfolgt, können die gleichen Einrichtungen wie bei Viertaktmaschinen benutzt werden. Wenn sowohl Öffnungen in der Zylinderwand als auch Ventile im Zylinderdeckel zwecks Spülung vorgesehen sind, so kann die kreisende Luftbewegung durch entsprechende Ausbildung dieser Öffnungen oder dieser Ventile oder beider erreicht werden. Am vorteilhaftesten dürfte es sein, Ventile zwecks Erzeugens der kreisenden Bewegung zu benutzen. 



   Beim Spülen durch Öffnungen kann entweder die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung oder auch eine abgeänderte Ausführung verwendet werden. Ferner kann das die kreisende Bewegung erzeugende Mittel in Verbindung mit nur gewissen Öffnungen angeordnet werden. Beim Spülen durch eine Öffnung in der Zylinderwand unmittelbar oberhalb des Kolbenbodens in der untersten Stellung des Kolbens und Überladung des Zylinders durch eine höher liegende Öffnung kann das die kreisende Bewegung erzeugende Mittel in Verbindung mit der letztgenannten Öffnung angeordnet werden.

   Beim Spülen durch Öffnungen, worin ein Steuermittel vorgesehen ist, kann eine derartige Einrichtung getroffen werden, dass das Steuermittel während des ersten Teiles der Spülperiode auf   gewöhnliche   Weise ohne kreisende Bewegung gegen das Ende der Spülperiode aber so verstellt wird, dass eine kreisende Luftbewegung erreicht wird. Die hiezu erforderlichen Mittel können verschiedenartig sein. 



   PATENT-ANSPRÜCHE : 
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung der Ladung bei Verbrennungskraft maschinen,   dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, durch die dieEintrittsgeschwindig-   keit oder Eintrittsrichtung der Luft oder auch der Widerstand gegen die genannte Drehung während des Verdichtungshubes geändert oder voreingestellt werden kann, um irgendwelche gewünschte Geschwindigkeit der Drehung des Zylinderinhaltes zu erreichen. 
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Claims (1)

1. Winkel dreht, der annähernd gleich der Winkelweite zwischen zwei benachbarten Brennstoffeinspritz- öffnungen ist.

   3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nahe an dem Umfange des Verbrennungsraumes angeordnete Lufteinlassventil eine exzentrisch verlegte Ausströmungs- öffnung besitzt und in beliebige Winkellage eingestellt werden kann.

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel des Lufteinlassventils drehbar gelagert ist und einen um einen gewissen Teil des inneren Umfanges des Ventilgehäuses sich erstreckenden Schirm trägt, der gegen die Bohrung des Ventilgehäuses genau anliegt. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 axiale Länge dem Hub des Lufteinlassventils entspricht, an der die Ventilkammer begrenzenden Wand oder an einem andern geeigneten Teil fest angeordnet ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lufteinlassventil zwei oder mehrere in verschiedenen Richtungen sich öffnende Austrittsöffnungen besitzt.

   7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil des Lufteinlassventils einen um einen gewissen Teil des Umfanges des Ventils sich erstreckenden Schirm EMI4.2 feststehenden Teil des Ventils angeordnet ist.

   9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8 für Viertaktmaschinen mit zwei oder mehreren Lufteinlassventilen, dadurch gekennzeichnet, dass nur gewisse dieser Ventile mit Einrichtungen zur Erreichnng einer kreisenden Lllftbewegung mit einstellbarer Geschwindigkeit versehen sind.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Zweitaktmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit sämtlichen oder gewissen der in der Wand des Zylinders vorgesehenen schrägen Luft- einlassöffnungen eine einstellbare Leitvorrichtung vorgesehen ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Zweitaktmaschinen, bei denen die Luftzu- führung teils durch im Zylinderdeckel vorgesehene Ventile, teils durch schräge Öffnungen in der Zylinderwand erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit diesen Ventilen Einrichtungen nach einem der Ansprüche 4 bis 8 oder in Verbindung mit den schrägen Öffnungen Einrichtungen nach Anspruch 10 vorgesehen sind.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Zweitaktmaschinen, bei denen die Spülung durch eine Öffnung in der Zylinderwand unmittelbar oberhalb des Kolbenbodens in der untersten Stellung des Kolbens und Überladung des Zylinders durch eine höher liegende Öffnung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannte Öffnung mit Einrichtungen zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung des Zylinderinhaltes mit der im Anspruch 2 angegebenen Geschwindigkeit versehen ist.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Zweitaktmaschinen, bei denen die Luftzufuhr durch Öffnungen erfolgt, worin ein Steuermittel eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Steuermittel derart angeordnet ist, dass während des ersten Teiles der Spülperiode die Spülung in gewöhnlicher Weise vor sich geht, während gegen das Ende der Spülperiode das Steuermittel so verstellt wird, dass eine kreisende Luftbewegung erreicht wird.

   14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lufteinlassventil einen sowohlin der Längsrichtung als auch in der Umfangsrichtung begrenzten und in der Umfangsrichtung einstellbaren Schirm besitzt.