Brennkr aftmaschine. Die Erfindung betrifft Brennkraftma.sclii- nen, insbesondere Einspritzbrennkraftmaschi- nen, mit in der Verlängerung der Zylinder aelise angeordnetem Verbrennungsraum.
Sie bestellt darin, dass dieser Verbrennungsraum einen kleineren Querschnitt besitzt: als der Z" linderraum, und dass im Verbrennungs raum dem Kolben gegenüber ein Auslass- organ und am Umfang des Verbrennungs raumes mehrere Einlassorgane angeordnet sind, derart dass die eintretende Ladung am äussern Umfang des Verbrennungsraumes so wie des Arbeitszylinders schraubenlinienför mig nach dem Arbeitskolben strömt, um von dort innen im Zylinder und im Verbrennungs raum ebenfalls wieder schraubenförmig gegen das Auslassorgan zu strömen.
Der Kolben boden kann dabei so geformt sein, dass die aussen schraubenlinienförmig gegen den Kol ben strömende Ladung dort bei ihrer Bewe gung gegen die Zylinderachse möglichst un ter Vermeidung einer Störung der Drehbe wegung gegen das Auslassorgan umgeleitet wird.
Das Auslassorgan ferner kann so ge formt sein, dass der in der Verlängerung der Zylinderachse sich bildende Wirbel sich möglichst verlustlos gegen den Offnungs- querschnitt desselben erweitert: U m die schraubenlinienförmig naeh dem Kolben ge richtete Bewegung der Ladung zu bewirken, können vor den Einlassventilen Schirme bezw. Lenkei angeordnet sein. Die Einlassorgane können aber auch derart im Verbrennungs raum eingebaut werden, dass die Ladung ihre schraubenlinienförmige Bewegung nach dem Kolben beim Eintritt in den Verbrennungs raum erhält.
Hinter dem Auslassorgan kön nen flügelartige Lenker- angeordnet werden, welche während des Auslass- und Spülvor ganges den Gasen einen Drehimpuls erteilen und damit den Ausströmvorgang unter stützen. Ferner kann der Austrittsstutzen der Abgase spiralförmig mit diffusorartiger Er weiterung ausgebildet sein. Der Kolbenkopf kann mit einem in den Verbrennungsraum hineinragenden Ansatz versehen werden und entsprechend gestaltete Nuten in demselben können der Ladung beim Hochgehen des Kolbens einen weiteren Drehimpuls erteilen.
Als Einlassorgane können gesteuerte oder selbsttätig wirkende Abschlussorgane vorge sehen sein. Die Brennstoffzufuhr kann bei Einspritzbrennkraftmasehinen durch ein oder mehrere Brennstoffventile erfolgen. Zweck mässigerweise erfolgt die Einspritzung von Stellen ausserhalb des Auslassorganes gegen den Kolben, so dass der eingeführte Brenn stoff durch die von aussen nach dem Kolben und dann innen nach dem Auslassorgan gehen den Luftwirbel gut verteilt wird.
In den beiliegenden Zeichnungen sind als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes einige vertikale, im Viertakt arbei tende Einspritzbrennkraftmaschinen schema tisch dargestellt.
Fig. 1 und 2 sind zwei Vertikalschnitte durch den Verbrennungsraum einer Brenn- kraftmaschine bei verschiedenen Kolbenstel lungen; Fig. ,3 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie I-I in den Fig. 1 und 2;
Fig. 4 und 5 sind der Fig. 3 entspre chende Horizontalschnitte anderer Brenn- kraftmaschinen; Fig. 6 zeigt einen Vertikalschnitt, und Fig. 7 stellt einen Horizontalschnitt durch den Verbrennungsraum eines weiteren Ver brennungsmotors dar;
Fig. 8 veranschaulicht eine besondere Ausbildung des Austrittskanals hinter dem Ausströmorgan; Fig. 9 zeigt die Bewegung der Ladeluft, sowie der Abgase während des Spülvor ganges, und Fig. 10 einen Vertikalschnitt durch den Verbrennungsraum einer letzten Brenukraft- maschine.
Nach Fig. 1 bis 3 ist 1 der Zylinder deckel eines Zylinders 2. 3 ist der Arbeits kolben, der mittelst einer nicht gezeichneten Schubstange mit der Kurbelwelle der Brenn- kraftmaschine verbunden ist. 5 ist das Aus lassventil, welches von einer Feder 6 auf sei nen Sitz gedrückt wird. 6' ist der Auslass- ventilhebel. Die Abgase verlassen den Zy linderdeckel 1 durch das Gehäuse 7, in wel chem das Ventil 5 geführt ist. Ringsum diese Führung ist im Gehäuse 7 der Kühlraum 8 angeordnet. 9 sind Augen für Brennstoff ventile, durch welche der Brennstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. 10 ist der Eintrittsstutzen für die Frischluft.
Am Umfang des zylindrischen Verbrennungs raumes 12 sind sechs selbsttätige Einlass- ventile mit :Schliessfedern 11 radial angeord net. Die Zutrittskanäle 44 zu den Abschluss- öffnungen dieser Ventile sind infolge der be sonderen Form der gekühlten Rippen 13 so ausgebildet, dass die Luft in Fig. 3 im ent gegengesetzten Sinn zum Uhrzeiger rotierend in den Verbrennungsraum eintritt und dort einen Wirbel erzeugt. Eine gegen den Kolben gerichtete Bewegungskomponente wird durch gegen ihn geneigte Wände 14 erzielt.
In folgedessen entsteht am äussern Umfang des Verbrennungsraumes eine schraubenlinienför mige Bewegung nach dem Arbeitskolben, die dann auf den Kolbenboden aufstösst und von dort in der Nähe der Zylinderachse gegen das Auslassventil abströmt, solange dieses offen ist. Fig. 1 zeigt die Stellung am Ende des Auslasshubes. Ein- und Auslassventile sind zwecks Spülung gleichzeitig offen. Der Weg der eintretenden Spülluft bezw. der aus tretenden Auspuffgase ist durch die dünne Linie 15 angedeutet. Fig. 2 zeigt eine Stel lung während des Saughubes. Nur noch die Einlassventile sind geöffnet.
Die Frischluft hat eine schraubenlinienförmige Bewegung gegen den Arbeitskolben, die sich bis gegen den Kolbenboden erstreckt und durch die dünn gezeichneten Linien 16 dargestellt ist. In Fig. 3 sind sämtliche Einlassorgane ge schlossen. Die Pfeile 17 zeigen die Richtung der Bewegung der Frischluft vor den Ein lassorganen beim Eintritt und die Pfeile 18 die Drehbewegung derselben im Verbren nungsraum 12.
Nach Fig. 4 sind sechs gesteuerte Ein lassorgane rund' um den Verbrennungsraum herum angeordnet. Vier dieser Ventile, mit 4 bezeichnet, stehen mit ihren Spindeln radial und zwei derselben, mit 4' bezeichnet, sind mit ihren Achsen neben der Mitte des Ver brennungsraumes angeordnet. Der auf der einen Seite hart neben jedem Einlassventil 4' in nicht gezeichneter Weise eingebuchtete Teil 19 der Wand des Verbrennungsraumes bewirkt, dass die Frischluft beim Eintritt durch die Ventile 4' eine Drehbewegung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn erhält.
Durch diese Drehbewegung wird auch die durch die übrigen Ventile 4 eintretende Luft im Verbrennungsraum in drehende Bewe gung versetzt. Durch nicht gezeichnete schief nach abwärts gehende Wände 14 (Fig. 1 und 2) wird die gegen den Kolbenboden gerich tete Bewegungskomponente erzeugt. Die Steuerung der Einlassventile erfolgt durch die zwei Nockenwellen 20, die beidseitig des Zylinderdeckels 1 angeordnet sind. 21 sind die Einlassnocken, 22 die Ventilhebel, wel che mit Rollen auf den Nocken 21 aufliegen und auf die Ventile 4 bezw. 4' wirken.
Nach Fig. 5 sind im Verbrennungsraum vier selbsttätige Einlassventile 4' mit ihren Achsen neben der Mitte des Verbrennungs raumes angeordnet. Durch in nicht gezeich neter Weise eingebuchtete 'feile 19 der Wand des Verbrennungsraumes wird wieder eine Drehbewegung im Verbrennungsraum erzielt, deren Drehsinn durch die Pfeile 23 angedeutet ist. Selbstverständlich könnten die Einlassventile auch von einer Steuervorrich tung geöffnet werden.
In Fig. 6 und 7 sind sechs Einlassventile 4 und 4' mit ihren Spindeln senkrecht zur Achse des Zylinders angeordnet und in der konischen Wand 24 des Verbrennungsraumes sind oberhalb der Ventilsitze Einbuchtungen 25 vorgesehen. Beim Austreten der Ladung durch die Einlassventile wird dieselbe durch diese Einbuchtungen 25 am Austreten nach oben verhindert. Deshalb geht der Hauptteil der eintretenden Luft, wie der Pfeil 26 zeigt, nach unten.
Da das Auslassventil 5 nahe bei den Einlassventilen 4 und 4' angeordnet ist, wird dadurch auch verhindert, dass ein erheb licher Teil der eintretenden Luft direkt zum Auslassventilsitz überströmt und für die Aus- Spülung des Zylinders verloren geht. Die Drehbewegung im Verbrennungsraum ent sprechend den Pfeilen 23 -wird durch die exzentrische Anordnung der Einlassventile 4' hart an Einbuchtungen 19 bewirkt, die die eintretende Luft in der Hauptsache in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn ab lenken.
Der Sitz der Ventile 4' steht gegen über dem Sitz des direkt daneben liegenden Einlassventils 4 vor, so dass sich die durch beide Ventile eintretenden Luftströme nicht stören. Die Einlassventile 4 sind radial an geordnet. Der Boden des Kolbens besitzt in der Mitte einen Aufsatz 27, der die gegen ihn strömenden Gase bei ihrer Bewegung von aussen nach innen und gegen das Auslass- organ leitet. Des weiteren ist der Kolben mit einem Ansatz 28 versehen, der während des letzten Teils des Verdichtungshubes und des Ausstosshubes in den Verbrennungsräum 12 hineindringt.
Dabei werden die über dem äussern Kolbenbodenteil 29 sich befindende Luft bezw. Abgase mit grosser Geschwindig keit durch den engen Spalt zwischen dem Ansatz 28 und der Wand 24 des Verbren nungsraumes in den Verbrennungsraum ge trieben. Im Ansatz 28 sind zwei nach oben auslaufende Nuten 30 angeordnet, welche der durch die Kolbenstelle 29 verdrängten La dung bezw. den Abgasen - ebenfalls einen Drehimpuls im Sinn des Pfeils 23 erteilen. Dadurch wird erreicht, dass am Ende des Verdichtungshubes, also kurz vor der Brenn stoffeinspritzung die im Zylinder herr schende Drehbewegung verstärkt wird, was für die Brennstoffverteilung von Vorteil ist.
Die am Ende des Auspuffvorganges erfol gende Unterstützung der Drehbewegung hilft der vollständigen Entladung des Zylinders und erleichtert damit den Einlassvorgang. Auch das Auslassventil 5 besitzt auf dem Ventilteller einen Aufsatz 31, der das Ab strömen in der Richtung der Zylinderachse gegen den Sitz 32 des Auspuffventils er leichtert. Damit das Ventil 5 nicht zu schwer ausfällt, ist es innen entsprechend der Linie 33 ausgenommen.
Im Auspuffkanal sind fer ner schraubenförmige Führungen 34 einge- baut, welche den austretenden Gasen eben falls eine Drehbewegung im Sinn der Pfeile 33 erteilen und das Austreten aus dem Ven til und das Übertreten in den Ausströmkanal 36 erleichtern. Zufolge des derart ausgebil deten Verbrennungs- bezw. Zylinderraumes findet während der Verbrennung und Aus dehnung eine Drehbewegung um die Zylin derachse statt, die oben von innen nach aussen, dann nach unten und unten von aussen nach innen und dann in der Mitte des Zy linders nach oben geht. Der Brennstoff wird beispielsweise von oben aussen gegen die Mitte des Kolbens eingespritzt und der Brennstoffstrahl wird dabei in allen Rich tungen auseinander geblasen.
Der Ausströmkanal 36 ist diffusorartig erweitert, damit ein Teil der hohen Ge schwindigkeit, mit welcher die Auspuffgase austreten, wieder in Druck zurückverwandelt wird. Dies ist besonders bei Brennkraft- maschinen von Vorteil, bei welchen die Aus puffgase nach Verlassen des Zylinders noch zum Beispiel in einer Abgasturbine ausge nützt werden.
Um die Drehbewegung durch die Ventil spindel des Ventils 5 nicht zu stören, ist nach Fig. 8 der Austrittskanal 36 spiralförmig um die Ventilspindel herum angeordnet.
In Fig. 9 ist die Luft- bezw. Gasbewe gung im Zylinder während der Spülperiode dargestellt. Von den Einlassventilen stösst die Ladung bezw. Spülluft ständig sich drehend auf den Kolbenboden, steigt im mittleren Teil des Zylinders immer in der gleichen Richtung kreisend hoch und stösst die Aus puffgase über den Teller des Auspuffventils 5 hinweg in den Austrittsstutzen nach dem Auslass.
Nach Fig. 10 ist der Verbrennungsraum wenigstens auf der Auslassseite kugelförmig ausgebildet, wodurch seine Oberfläche klei ner wird.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die kalte Ladung zuerst nur an die äussern Wan dungen des Verbrennungsraumes und des Verbrennungszylinders gelangt und die wär- meren Gase in der Mitte desselben auf steigen.
Die Verbrennungszylinder können nicht nur vertikal, wie in den Zeichnungen darge stellt ist, sondern auch einander vis-ä-vis oder in V- oder Sternform angeordnet sein.
Als selbsttätige Eintrittsorgane können auch Platten- oder Ringventile verwendet -erden. Die Ein- und Auslassorgane können auch pneumatisch oder hydraulisch gesteuert sein.