Kolbenbrennkraftmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf Kolben- 1>rennkraftmaschinen jeden Taktverfahrens zeit Ventilsteuerung, die mit Verdrängerwir- kung des bewegten Kolbens oder zusammen arbeitender bewegter Kolben arbeiten, um die Gemischbildung vor allem bei Einspritz motoren nicht allein den eingespritzten Brennstoffstrahlen zu überlassen, sondern durch erzwungene Bewegung der Luft zu unterstützen.
Bekannte derartige Bauarten zeigen bei spielsweise 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 zW@ Sehen Kolbenfläche und Brennraumein- trittsfläche erzielt werden. Es könnte auch Spülung durch Anbringen von Ventiltaschen erreicht werden. Die dadurch entstehende Zerklüftung des Brennraumes würde jedoch keine günstige Gemischbildung zulassen.
In Fig. 2 ist eine Bauart gezeigt, die auch Spülung erlaubt und bei der die Ven tile 1 im Brennraum koaaia.l und gegenläufig angeordnet sind; auf diese Weise ist. es wohl möglich, den Brennraum gut zu durchspülen, eine wirksame Kühlung des Kolbenbodens, die im Hinblick auf die, Füllung besonders bei aufgeladenen Maschinen eine unerläss liche Bedingung ist, kann aber nicht erreicht werden. Zudem wird der Brennraum beinahe an seiner ganzen Oberfläche von aussen ge kühlt:, so dass neben unvermeidlichen Wärme- verlusten eine gute Verbrennung nur schwer zu verwirklichen ist. In der Tat konnte sich diese llotorenbauart 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 par allel zu der Achse des Zylinders verlaufen. .Da die Ventilkammer dabei aber zum gröss ten Teil im gekühlten Zylindermantel unter gebracht ist,
entsteht bei Einspritzbrenn- kraftmaschinen die Gefahr des Niederschla- gens von Brennstoff an gekühlten Flächen und einer schlechten Verbrennung. Die Wir- belbewegung kann dabei durch .ein mit Durchlassöffnungen versehenes, wulstartiges, zwischen Verdränger- und Brennraum sitzen des Abschlussorgan gesteuert werden.
Die Vorteile, welche die bekannten An ordnungen in sich .schliessen, sind beim Ge genstand der Erfindung übernommen, die Nachteile jedoch weitgehend umgangen wor den.
Die Erfindung ist in Fig.3 bis 8 der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen einer Viertakt-Dieselmaschine mit je einem Ein- und Auslassventil dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 3 eine erste Bauart im Schnitt durch den Zylinder nach Linie IH-III der Fig. 5.
Fig. 4 den Schnitt dazu durch den Zylin der nach Linie IV-IV der Fig. 1 und 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 Grund riss,
Fig. 8 den Kolben mit Zylinderdeckel im Schnitt nach Linie VIII-VIII von Fig. 7 in Richtung der Pfeile A gesehen, Fig. 9 ein Diagramm der Strömungs geschwindigkeit.
Bei den Bauarten nach Fig. 3 bis 8 lie gen die Achsen der Ventile 1 in einer Ebene, die nach Fig. 4 zur Zylindermitte 2 um die Strecke g exzentrisch ist. Der Neigungswin kel der Ventilachsen gegenüber der Zylinder achse 2 betrage zum Beispiel a - 15 . Bei voller Öffnung berühren sich die Ventilteller 3 beinahe, wie in Fig. 3 gestrichelt angedeu tet ist.
Die für den Ventilhub im Kolben hoden 4 benötigten zylindrischen Taschen 5 sind zu einem strömungs- und fabrikations- technisch günstigen Brennraum ausgebildet Lind .so tief ausgenommen,
dass die Ventile 1 bei Spültotpunktlage mindestens annähernd voll in den Brennraum hinein geöffnet wer den können. Dies gestattet saubere Spülung und gute Kühlung der Brennkammer. Die Einspritzdüse 7 ist nach Fix. 4 und 6 seitlich und zur Zylinderachse 2. geneigt im Zylin derdeckel 8 angeordnet. Mit einer Mehrloch düse kann auf diese Art der ganze Brenn- raum bestrichen werden.
Zur Verbesserung der Gemischbildung wird eine zweifache Querströmung hoher Ge schwindigkeit angewandt. Diese wird beim gezeichneten Beispiel durch eine kleine, einen Kreisabschnitt mit geradem Schnitt bildende Verdrängerfläche 10 (Fig.4, 5, 6, 7) mit Gegenfläche 11 am Zylinderdeckel 8 zustande gebracht.
Um der verdrängten Luft die ge wünschte Richtung und Geschwindigkeit aufzuzwingen, ist der Verdrängerraum mit einer wulstartigen Erhöhung 12 abgeschlos sen, die an beiden Enden eine zu den Ventil taschen 5 führende Öffnung 15 aufweist. Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt bei der Anordnung der Düse 7 nach Fig.4 an nähernd mit der Luftströmung, bei der An ordnung der Düse nach Fig.6 mehr gegen die Luftströmung der verdrängten Luft. Die zusammenarbeitenden abschliessenden ganten 13, 14 an der Erhöhung 12 bzw. am Zylin derdeckel 8 gleiten mit einem Zwischen raum von weniger als 1 mm aneinander vor bei.
Die Oberkante 13 des Wulstes 12 er reicht die Höhe der Unterkante 14 der Ge genfläche 11 (Fig.4 und 6) im Zylinder deckel etwa 30 bis 40 Kurbelwinkel vor dem obern Totpunkt. Durch ein bestimmtes Ver hältnis der Abstände h, <I>i</I> und<I>7c</I> (Fix. 8) und durch besondere Gestaltung der Strömungs durchgänge 15 kann die günstigste Strö mungsgeschwindigkeit im Brennraum und damit eine sehr gute Gemischbildung erreicht werden.
Im Diagramm Fig. 9 ist die Strömungs geschwindigkeit an der Stelle 15 des Kolbens in Funktion der Kurbelstellung bei einer be- stimmten Drehzahl dargestellt, und zwar in Linie 16 bei Einbau eines Wulstes 12, in Linie 17 bei Fehlen eines solchen. Die ausser ordentlich günstige Wirkung des Abschluss- organes oder Wulstes 12 ist aus dem Dia gramm ersichtlich und wurde durch die Mes sungen an einem Versuchsmotor klar er wiesen.
Durch die beschriebene Anordnung und durch Führung der bei 15 in den Brennraum eintretenden Luftströmung an ihrem Umfang längs der annähernd zylindrischen Wand teile 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 Anordnung vorgesehen sein, bei der nur ein Wirbel oder mehr als zwei Wirbel entstehen oder bei der die bei den Wirbel.gleiche Drehrichtung haben.
Bei mehreren Wirbeln können alle Wirbel glei che oder aber verschiedene Drehrichtung .haben. Die Wände der Ventiltaschen könnten wenigstens teilweise etwas niedriger als in der Zeichnung gezeigt ausgeführt sein, so dass die Wirbel zu einem geringen Teil auch doch durch die dabei blossgelegte Zylinder wand geführt würden.
Die Brennkraftmaschine: könnte auch eine Cegenkolbenmaschine sein. Die dem Brenn- raum zugewandte Oberfläche des Gegenkol bens hat dann die in der Zeichnung gezeigte Form dieses Teils des Zylinderdeckels B.
Die Einspritzdüse 7 kann statt geneigt zur Zylinderachse parallel dazu angeordnet sein.
Die Ebene der Ventilachsen kann zen trisch statt exzentrisch zur Zylinderachse vorgesehen werden. Das den Kreisabschnitt 10 begrenzende Abschlussorgan 12 könnte statt von gerader Form leicht bogenförmig sein.
Eine einfache Bearbeitung ist durch die ebenen Flächen und einfachen Formen der Kanten der Wirbelorgane 10, 11, 12, 18, 14 gewährleistet.
Bei Anordnung von mehr als zwei Ven tilen kann mehr als ein Abschlussorgan 12 zur Steuerung der Wirbel vorgesehen sein.
Auch bei gasförmigem Brennstoff bleibt die erwähnte Wirkung bestehen.
Der Verdrängerwulst 12 kann statt am Kolben sinngemäss am Zylinderdeckel vor gesehen sein.
Piston internal combustion engine. The invention relates to piston 1> racing engines every cycle process time valve control that work with the displacement effect of the moving piston or moving pistons working together in order to leave the mixture formation, especially in injection engines, not only to the injected fuel jets, but by forced movement to support the air.
Known such types show in example Fig. 1 and 2 of the drawing. According to FIG. 1, the combustion chamber is provided entirely or partially in the piston 4 and is usually adapted to a specific jet shape. With this design, a favorable ratio between the piston area and the combustion chamber inlet area can be achieved. Flushing could also be achieved by attaching valve pockets. However, the resulting fissures in the combustion chamber would not allow a favorable mixture formation.
In Fig. 2, a design is shown, which also allows flushing and in which the valves 1 in the combustion chamber koaaia.l and are arranged in opposite directions; that way is. It is probably possible to flush the combustion chamber thoroughly, but effective cooling of the piston crown, which is an indispensable condition with regard to the filling, especially in turbocharged engines, cannot be achieved. In addition, almost the entire surface of the combustion chamber is cooled from the outside, so that, in addition to unavoidable heat losses, good combustion is difficult to achieve. In fact, this type of engine was not able to establish itself in any way.
It is also known, in engines in which the valve chamber also serves as a combustion chamber, to move the air displaced by the piston into the combustion chamber in vortices whose axis of rotation is parallel to the axis of the cylinder. Since most of the valve chamber is housed in the cooled cylinder jacket,
In the case of internal combustion engines, there is a risk of fuel depositing on cooled surfaces and poor combustion. The vortex movement can be controlled by .a bead-like, bead-like, seated between the displacement and combustion chamber of the closing element, which is provided with passage openings.
The advantages that the known arrangements .schliessen in itself have been adopted in the subject matter of the invention, but the disadvantages are largely avoided.
The invention is shown in FIGS. 3 to 8 of the drawing in two exemplary embodiments of a four-stroke diesel engine, each with an inlet and outlet valve, namely: FIG. 3 shows a first design in section through the cylinder along line IH-III of FIG. 5.
4 shows the section through the cylinder according to line IV-IV of FIGS. 1 and 5, FIG. 5 shows the piston of FIGS. 3 and 4 in a view from above, FIG. 6 shows a second embodiment with the nozzle connector on the opposite side , in the section along line VI-VI of Fig. 7, Fig. 7 shows the piston of Fig. 6 in the base,
Fig. 8 the piston with cylinder cover in section along line VIII-VIII of Fig. 7 in the direction of arrows A, Fig. 9 is a diagram of the flow speed.
In the designs according to FIGS. 3 to 8, the axes of the valves 1 lie in a plane which, according to FIG. 4, is eccentric to the cylinder center 2 by the distance g. The angle of inclination of the valve axes in relation to cylinder axis 2 is, for example, a - 15. When fully open, the valve head 3 almost touch, as indicated by dashed lines in FIG. 3.
The cylindrical pockets 5 required for the valve stroke in the piston testicle 4 are designed to form a combustion chamber that is favorable in terms of flow and fabrication technology and is so deep that
that the valves 1 can be at least almost fully opened into the combustion chamber at the scavenging dead center. This allows clean purging and good cooling of the combustion chamber. The injection nozzle 7 is after Fix. 4 and 6 laterally and inclined to the cylinder axis 2 in the Zylin derdeckel 8 arranged. In this way, the entire combustion chamber can be coated with a multi-hole nozzle.
To improve the mixture formation, a double cross flow of high speed is used. In the example shown, this is brought about by a small displacement surface 10 (FIGS. 4, 5, 6, 7) with counter surface 11 on the cylinder cover 8, forming a segment of a circle with a straight section.
In order to force the displaced air in the desired direction and speed, the displacement space is closed with a bead-like elevation 12, which has an opening 15 leading to the valve pockets 5 at both ends. With the arrangement of the nozzle 7 according to FIG. 4, the fuel is injected approximately with the air flow, with the arrangement of the nozzle according to FIG. 6 more against the air flow of the displaced air. The cooperating final ganten 13, 14 on the elevation 12 or on the cylinder cover 8 slide with a gap of less than 1 mm in front of each other.
The upper edge 13 of the bead 12 he reaches the height of the lower edge 14 of the Ge counter surface 11 (Fig. 4 and 6) in the cylinder cover about 30 to 40 crank angle before top dead center. With a certain ratio of the distances h, <I> i </I> and <I> 7c </I> (Fix. 8) and the special design of the flow passages 15, the most favorable flow velocity in the combustion chamber and thus a very good mixture formation can be achieved.
The diagram in FIG. 9 shows the flow speed at point 15 of the piston as a function of the crank position at a certain speed, namely in line 16 when a bead 12 is installed, and in line 17 when there is no such bead. The extremely favorable effect of the closing organ or bead 12 can be seen from the diagram and was clearly demonstrated by measurements on a test engine.
Through the arrangement described and by guiding the air flow entering the combustion chamber at 15 on its circumference along the approximately cylindrical wall parts 20 of the valve pockets 5, two very rapid flow vortices are generated, the axes of which are at least partially approximately parallel to the cylinder axis and have the opposite direction of rotation . However, an arrangement can also be provided in which only one vortex or more than two vortices arise or in which the direction of rotation of the vortices is the same.
If there are several vortices, all vortices can have the same or different directions of rotation. The walls of the valve pockets could at least partially be made somewhat lower than shown in the drawing, so that the eddies would also be guided through the exposed cylinder wall to a small extent.
The internal combustion engine: could also be a counter-piston engine. The surface of the counter-piston facing the combustion chamber then has the shape of this part of the cylinder cover B shown in the drawing.
Instead of being inclined to the cylinder axis, the injection nozzle 7 can be arranged parallel thereto.
The plane of the valve axes can be provided centrally instead of eccentrically to the cylinder axis. The closing member 12 delimiting the circular segment 10 could be slightly curved instead of a straight shape.
Simple processing is ensured by the flat surfaces and simple shapes of the edges of the vertebral organs 10, 11, 12, 18, 14.
If more than two valves are arranged, more than one closing element 12 can be provided to control the vortex.
The mentioned effect persists even with gaseous fuel.
The displacement bead 12 can be seen on the cylinder cover instead of on the piston.