CH314994A - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

  Brennkraftmaschine    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  eine Brennkraftmaschine, deren Zylinder mit  einem     kreisrunden    Brennraum versehen ist,  der einen kleineren maximalen Durchmesser  als der Zylinderdurchmesser und eine Ventil  öffnung mit kegelmantelförmigem Ventilsitz  aufweist.

   Erfindungsgemäss ist der     Brenn-          rahm    zum einen Teil von einer     kegelstumpf-          förnigen,    gegen den Kolbenboden sich erwei  ternden Ausnehmung im Zylinderdeekel und  zum andern Teil von einer im Kolbenboden an  geordneten Vertiefung gebildet, wobei die  Ausbildung derart getroffen ist, dass die  Wand der Ausnehmung im Zylinderdeekel  tun dazu koaxialen, kegelmantelförmigen Ven  tilsitz besinnt und bei im     innern    Totpunkt.

       be-          findlichem    Kolben annähernd mit gleicher Nei  gung wie der Ventilsitz gegen den Rand der  Vertiefung im Kolbenboden verläuft und der  Rand der Vertiefung mit dem äussern Rand  der Ausnehmung im Zylinderdeekel in Achs  richtung des Zylinders gesehen mindestens  annähernd übereinstimmt.  



  Die beiliegenden Zeichnungen betreffen  Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen  standes. Entsprechende Teile sind bei allen  Ausführungen mit den gleichen Zahlen oder  Buchstaben bezeichnet.  



  Die Fig. 1 stellt einen Schnitt durch einen  Teil eines Zylinders einer     Viertakteinspritz-          brennkraftmaschine,    entsprechend dem Linien  zug I-I von Fig. 2, dar, und    Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend den  Linienzügen II-II bzw.

   III-III in Fig. 1;  Fig. 3 zeigt den obern Teil des Zylinders  bei geöffnetem Einlassventil;  Fig. 4 zeigt dieselben Teile im innern Tot  punkt des Kolbens während der Verbrennung  und  Fig. 5 bei geöffnetem Auslassventil;  Fig.6 zeigt eine Variante während der  Spülperiode;  Fig. 7 ist ein Horizontalschnitt     entspre-          ehend    dem Linienzug IV-IV in Fig. 3 und  Fig. 8 ein Horizontalschnitt entsprechend  dem Linienzug V-V in Fig. 5;  Fig. 9 und 10 stellen Vertikalschnitte     senk-          reeht    zur Kurbelwelle weiterer     Brennkraft-          maschinen    dar;  Fig. 11 zeigt im Schnitt entsprechend  Fig.2, als Variante zu Fig.10 einen Gas  motor.  



  Nach den     Fig.1-5,    7 und 8 besitzt der  Zylinder der     Brennkraftmaschine    einen kreis  runden Brennraum, der einen kleineren maxi  malen Durchmesser als der Zylinderdurch  messer     (Fig.l)    und eine Ventilöffnung mit       kegelmantelförmigem    Ventilsitz 3 besitzt. Der  Brennraum wird zum einen Teil durch eine       kegelstumpfförmige,    gegen den Kolbenboden  sich erweiternde     Ausnehmung    5 im Zylinder  deckel 2 und zum andern Teil durch eine im  Boden des Kolbens 6 vorgesehene Vertiefung 7  gebildet. Der Rand der Vertiefung 7     stimmt         in Achsriehtung des Zylinders gesehen mit  dem äussern Rand der Ausnehmung 5 überein.

    Die Bodenfläche der Vertiefung 7 im Kolben  und die gegenüberliegende Fläche 8 des Ven  tiltellers im Zylinderdeckel sind als parallele,  kreisförmige Flächen ausgebildet. Die     Aus-          nehmung    und die Vertiefung sind zum Ven  tilsitz koaxial angeordnet. Die Wand 4 der  Ausnehmung im Zylinderdeckel beginnt am  dazu koaxialen, kegelmantelförmigen Ventil  sitz und verläuft annähernd mit gleicher       Neigung    wie der Ventilsitz gegen den Rand  der Vertiefung 7 im Kolbenboden. Diese hat  am obern Rand den grössten Durchmesser.  



  In der Ventilöffnung sind zwei ineinander  geführte Ventile 9 und 11 mit den Ventil  tellern 8 bzw. 10 vorgesehen. Das Ventil 9  ist das Auslassventil, das Ventil 11 das Ein  lassventil. In Fig. 1 sind die Ventile 9 und 11  in ausgezogenen Linien in geschlossenem Zu  stand dargestellt. In strichpunktierten Linien  ist aber noch das Einlassventil 11 in geöff  netem Zustand und die Lage des Kolbens 6  dargestellt, wenn das Ventil eben ganz geöff  net hat. Dann ist der Durchgangsquersehnitt  zwischen dem Ventilkörper und der Wand  der Ausnehmung beim Sitz am Ventilteller  am kleinsten.  



  Insbesondere ist der durch den Abstand   d  bezeichnete Durehgangsquerschnitt     zwi-          sehen    dem Sitz am Ventilteller und der Wand  der Ausnehmung kleiner als der Durchgangs  querschnitt zwischen diesem Sitz am Ventil  teller und der Sitzfläche am Zylinderdeckel.  Der die Vertiefung 7 umgebende Teil des  Kolbenbodens besitzt eine vom Rand der Ver  tiefung nach aussen abfallende, kegelförmige  Fläche 12. Eine ebenfalls kegelförmige Fläche  13 mit gleicher Neigung, deren Spitze im  Innern des Zylinderdeckels liegt, weist der  Zylinderdeckel 2 auf. Wenn der Kolben in  der innern Totpunktlage ist, kommt die Fläche  12 des Kolbens 6 möglichst nahe an die Fläche  13 des Zylinderdeckels heran.

   Die zwischen  den Flächen 12 und 13 befindliche Luft wird  bei der Bewegung des Kolbens in den innern  Totpunkt gegen die Ausnehmung im Zylinder  deckel verdrängt.    Die Zylinderlaufbüehse l4 ist von einem  Hantel 14' umgeben. Zwischen der     Zylinder-          laufbiiehse    14 und dem Zylinderdeckel 2 ist  eine Dichtung 15 eingelegt. Der Zylinder  deckel 2 und der Zylindermantel 14', eventuell  auch zusammen mit der Laufbüchse 14, könn  ten auch aus einem Stüek hergestellt sein.  



  Die Frischluft tritt durch den Eintritts  kanal 25 in den Arbeitsraum (Fig.7). In  folge spiralförmiger     Ausbildung    des Kanal  endes 25' führt die Frischluft beim Eintritt  in den Arbeitsraum eine Rotationsbewegung  aus, wie dies die Pfeile in     Fig.    2 andeuten, um  eine gleichmässige Brennstoffverteilung und  eine gute Spülung und Kühlung des Zylinders  zu erreichen.  



  Im Zylinderdeckel 2 sind zwei Bohrungen  161     (Fig.2)    vorgesehen, die in der Wand  der     Ausnehmung    ausmünden, in welche Brenn  stoffeinspritzdüsen 16 bzw. 16' eingebaut sind.  



  Die     Brennstoffeinspritzdüsen    sind um den       Brennraum    herum gleichmässig     verteilt    an  geordnet und gegen die Vertiefung im Kolben  boden geneigt. Ihre Achsen laufen seitlich an  der Zylinderachse vorbei, damit der Brenn  stoff in Richtung der     Wirbelbewegung    in den       Brennraum    eingespritzt wird.  



  Das     Einlassventil    11 wird mittels der Füh  rungshülse 17 und des Federtellers 18 durch  den Ventilhebel 19 entgegen der     Wirkun#g     der Feder 20 betätigt     (Fig.    3). Die Betäti  gung des     Auslassventils    9 erfolgt über die  Ventilstange 21 und den Federteller 22 durch  den Ventilhebel 23 entgegen der     Wirkung    der  Feder 24. Für die Ableitung der     Auspuffgase     dienen die Kanäle 2 7 im Ventil 11 und der  Austrittskanal 26     (Fig.    5, 8).  



  In Achsrichtung des Zylinders gemessen  hat die Vertiefung 7 im Kolbenboden eine  grössere Ausdehnung als die     Ausnehmung    im       Zy        linderdeekel,    so dass bei geschlossenen Ven  tilen     (Fig.    4) der Brennraum zum grösseren  Teil vom Kolbenboden begrenzt ist. Da der  Kolbenboden selbst bei Kolbenkühlung wegen  des schlechteren Wärmeabflusses nach aussen  im Betriebe stets wärmer ist als der gekühlte  Zylinderdeckel 2, ist diese Ausbildung in      bezug auf die Wärmeverluste während der  Verbrennung und Expansion günstig.  



  Ausser den Bohrungen 161 für die Ein  spritzdüsen ist im Zylinderdeckel noch eine  Bohrung 29 vorgesehen, die auch in der Wand  der     Ausnehmung    5 im Zylinderdeckel 2 in  den     Brennraum    ausmündet und zur Auf  nahme eines Anlassluftventils 29' dient. Durch  dieses Ventil wird zum Anlassen der Maschine  Druekluft in den Arbeitsraum der Maschine  geführt.  



  Die Viertakt-Brennkraftmaschine nach  Fig. 6 arbeitet mit Aufladung, wobei die inein  andergeführten Ventile während des Spül  vorganges dargestellt sind, wenn sowohl das  Einlassv entil 11 als auch das Auslassventil 9  geöffnet ist. Die Spülhuft strömt durch den       spiralförmigen    Kanal 25, 25' und dann     zwi-          sehen    demn Ventilsitz 3 und dem Einlassventil  11 hindurch unter Kühlung der Wand 4 der  kegelstumpfförmigen Ausnehmung in den  Brennraum ein und strömt unter Kühlung  des äussern Teils 28 der Vertiefung 7 im  Kolbenboden zwischen dem Einlassv entil 11  und dem Auslassventil 9 hindurch zum Aus  lasskanal 26 hinaus.

   Beim Spülen im innern  Totpunkt des Kolbens ragt das     Auslassventil     in die Vertiefung im Kolbenboden, und der  ebene Ventilteller 8 kommt möglichst nahe an  den ebenen Boden 28 der Vertiefung heran.  Die Profile und Dimensionen der     Ausneh-          mung    5 im Zylinderdeckel und der Vertiefung  7 sind so ausgeführt, dass sie im Zustand, wo  die beiden Ventile, wenn sie während der Spü  lung im innern Totpunkt, des Kolbens offen  sind, zusammen mit der Ausnehmung 5 und  der Vertiefung 7 einen Raum bilden, der im  Schnitt durch die Zylinderachse U-förmig ist.

    Da der Rand der Vertiefung im Kolbenboden  mit dem äussern Rand der     Ausnehmung    im  Zylinderdeckel in Achsrichtung des Zylinders  gesehen zusammenfällt und im Durehflussweg  des Spülluftstromes vom Eintritt bis zum Aus  tritt der Brennkammer keine plötzlichen     Quer-          sehnittsveränderungen    auftreten, können Strö  mungsverluste zufolge Wandablösungen und  Querströmungen verhütet werden. Die Ge-    sehwindigkeit der Spülluft nimmt vorteilhaft  auf dem Durchflussweg allmählich zu.  



  Die an die Vertiefung 7 im Kolbenboden  angrenzende, kegelförmige Fläche 12 des Kol  benbodens steigt vom Rand der Vertiefung  nach aussen an. Die Spitze der Kegelfläche  liegt im Innern des Kolbens. Die Fläche 13  im Zylinderdeckel 2 besitzt die gleiche Nei  gung und kommt, wenn der Kolben im     innern     Totpunkt ist, möglichst nahe an die Fläche 12  heran. Die zwischen den Flächen 12 und 13  befindliche Luft wird bei der Bewegung des  Kolbens gegen den Zylinderdeckel hin gegen  den Boden 28 der Kolbenvertiefung ver  drängt.  



  Bei der Brennkraftmasehine nach Fig. 9,  einer Viertaktdieselmaschine, sind die Fläche 13  des Zylinderdeckels 2 und die mit ihr zusam  menwirkende Fläche 12 des Kolbenbodens eben.  Die Betätigung des Einlassventils 11 erfolgt  durch den brocken 30 und diejenige des Auslass  ventils durch den Nocken 31. Diese Nocken  bewegen     nebeneinanderliegende    Steuerhebel  32, welche über die Stangen 33 auf die Ven  tilhebel 19 bzw. 23 wirken. Mit dem Eintritts  kanal 25 steht das Zuleitungsrohr 34 für die  Frischluft und mit dem     Auslasskanal    26 das  Ableitungsrohr 35 für die Abgase der     Ma-          sehine    in Verbindung.

   Der Brennstoff wird  dem     Brennraum    1 durch die Brennstoffpumpe  36 über die Leitungen 37, 38 und 39 und die  Brennstoffdüsen 16 und 16' zugeführt. Es  könnte aber auch für jede     Brennstoffeinspritz-          düse    16, 16' eine besondere Pumpe mit sepa  rater Zuleitung angeordnet sein.  



  Bei der     Zweitakt.brennkraftmasehine    nach       Fig.    10 wird die Spül- und     Ladeluft    durch  die Leitung 34, den spiralförmigen Kanal 25  und das     Einlassventil    9 in den Arbeitsraum ge  führt. Die Luft führt beim Eintritt in den  Arbeitsraum 1 eine Wirbelbewegung aus und  reinigt den Zylinder während der Spülung von  den Abgasen, die durch Schlitze 261 und den       Auspuffkanal    26 entweichen.

   Bei der     Zwei-          taktbrennkraftmaschine    mit     Brennstoff-Luft-          gemisehansaugung    gemäss     Fig.11    sind im  Zylinderdeckel 2 an Stelle der Brennstoffein  spritzdüsen 16' Zündkerzen 162 eingebaut.

Claims (1)

1. PATEN T AN SPRRU CH Brennlraftmaschine, deren Zylinder mit einem kreisrunden Brennraum versehen ist, der einen kleineren maximalen Durelmesser als der Zylinderdurchmesser und eine Ventil öffnung mit kegelmantelförmigem Ventilsitz aufweist, dadurch gekzennzeiclinet, dass der Brennraum zum einen Teil von einer kegel- stumpfförmigen, gegen den Kolbenboden sieh erweiternden Ausnehmung im Zy linderdeckel und zum andern Teil von einer im Kolben boden angeordneten Vertiefung gebildet wird, wobei die Ausnehmung im Zylinderdeckel am dazu koaxialen,

   kegelmantelförmigen Ventil sitz beginnt und bei im innern Totpunkt be findlichem Kolben annähernd mit gleicher Neigung wie der Ventilsitz gegen den Rand der Vertiefung im Kolbenboden verläuft und der Rand der Vertiefung mit dem äussern Rand der Ausnehmung für Zylinderdeckel in Aclsrichtung des Zylinders gesehen minde stens annähernd übereinstimmt. UN TER ANSPRÜCHE 1.

   Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, die im Viertakt arbeitet und mit zwei ineinanclergeführten Ventilen versehen ist, das eine für den Eintritt der Luft und das andere für den Austritt der Brenngase, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vertiefung im Kolben so gross ausgeführt ist, dass bei geöffneten Ven tilen und im innern Totpunkt befindlichem Kolben der Teller des innern Ventils in die Vertiefung im Kolbenboden hineinragt und möglichst nahe an den Boden der Vertiefung herankommt. 2.

   Brennkraftmasehine nach Patentan spruch mit zwei ineinandergeführten Ventilen, dadurceh gekennzeichnet, dass die kegelstumpf- förmige Ausnehmung im Zylinderdeckel und das äussere Ventil so ausgeführt sind, dass bei ganz geöffnetem, äusserem Ventil der Durchgangsquerschnitt zwischen dem Ventil körper und der Wand der kegelstumpfförmi- gen Ausnehmung beim Sitz am Ventilteller am kleinsten ist. 3. Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- tiefung im Kolbenboden eine grössere Aus dehnung in Richtung der Zylinderachse be sitzt als die Ausnehmung im Zylinderdeckel. 4.

   Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekzennzeichnet, dass eine an die Vertiefung angrenzende, ringförmige Fläche des Kolbenbodens zu einer gegenüber liegenden, ringförmigen Fläche am Zylinder deckel parallel ist und im innern Totpunkt des Kolbens ihr möglichst nahe ist. 5. Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine an die Vertiefung angrenzende, kegelförmige Fliehe des Kolbenbodens, deren Spitze im Kolben liegt, bei für innern Totpunkt befind lichem Kolben einer Kegelfläche gleicher Nei gung am Zylinderdeckel gegenübersteht, so dass bei der Bewegung des Kolbens gegen den innern Totpunkt die Luft zwischen den ge nannten Fläehen in die Vertiefung im Kolben boden strömt.

   6. Brennkraftmaschine nach Patentan- snruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine an die Vertiefung, angrenzende, kegelförmige Fläche des Kolbenbodens einer Kegelfläche mit gleicher Neigung am Zylinderdeckel gegen übersteht, deren Spitze für Zylinderdeckel liegt, derart, dass bei der Bewegung des Kol bens gegen seinen innern Totpunkt die Luft zwischen den genannten Fliehen in die Aus- nehmung im Zylinderdeckel strömt. 7.

   Brennkraftmaschine nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei den Ventile, wenn sie in der innern Totpunkt lage des Kolbens zum Spülen offen sind, in der Ausnehmun g im Zylinderkopf und irr der Vertiefung im Kolbenkopf einen im Schnitt durch die Zy linderaehse U-förmigen Raum bilden. B.

   Brennkraftmaschine nach Unteran- sprueli 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile und Dimensionen der Ausnelrinung, der Vertiefung und der Vent;le derart sind, dass im Zustand, wo die beid->n Ventile iväli- rend der Spülung offen sind, keine plötzlichen Querschnittsänderungen im Strömungsweg vorhanden sind. S).

   Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Ausnehmung im Zylinderdeckel so geformt und dimensioniert ist, dass bei ge öffneten äusserem Ventil der Abstand zwi schen dem Sitz am Ventilteller und der Wand der Ausnehmung kleiner ist als der Abstand zwischen diesem Sitz am Ventilteller und der Sitzfläche desselben am Zylinderdeckel. 10. Brennkraftmasehine nach Patentan- sprueh, in deren Brennraum der Brennstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wand der kegelstumpfförmigen Ausnchmung im Zy linderdeekel mindestens eine Bohrung ausmündet, in der eine Brenn stoffeinspritzdüse angeordnet ist. 11.

   Brennkraftmaschine nach Unteran spruch 10 mit einem spiralförmigen Luftein lasskanal, um der eintretenden Luft eine Wirbelbewegung zu erteilen, dadurch gekenn zeichnet, dass die Achse der Brennstoffein spritzdüse seitlieh an der Zylinderachse vor- beilänft, gegen den Boden der Vertiefung im Kolbenkopf geneigt ist und der Brenn stoff in Richtung der Wirbelbewegung der hilft in den Brennraum eingespritzt wird. l2. Brenikraftmaschine nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Brennstoffeinspritzdüsen gleich mässig verteilt um den Brennraum herum an geordnet ist. 13.

   Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, in deren Brennraum der Brennstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder mehrere Brennstoff einspritzdüsen vorgesehen sind, die alle von der gleichen Brennstoffpumpe gespiesen wer den. 14. Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand der kegelstumpfförmigen Ausnehimung im Zylinderdeckel eine öffnung ausmündet, in der ein Anlassluftventil vorgesehen ist.

   15. Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bo- denfläehe der Vertiefung im Kolben und die ihm gegenüberliegende Fläche des Ventil tellers im Zylinderdeckel mindestens an nähernd parallele, kreisförmige Flächen sind. 16. Brennkraftmaschine nach Patentan spruch, mit zwei ineinandergeführten Ven tilen, dadurch gekennzeichnet, dass der ge nannte Ventilsitz mit einem Einlassventil zu sammen arbeitet.