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Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung und Verdichtungszündung
Die Erfindung bezieht sich auf -eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
und Verdichtungszündung, mit einem im Kolbenboden symmetrisch oder beinahe symmetrisch
zur Zylinderachse angeordneten und im wesentlichen rotationskörperförmigen Brennraum,
in welchem sich gegen Ende des Verdichtungshubes nahezu das gesamte angesaugte Luftvolumen
befindet, das vorher in eine heftige Drehbewegung um die Brennraumachse versetzt
wurde, und mit einer zu diesem Brennraum außermittig angeordneten Einspritzdüse,
die den Kraftstoff in mindestens zwei Kraftstoffstrahlen von verschiedener freier
Länge im wesentlichen in Richtung der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft
an verschieden heiße Wandstellen des Brennraumes spritzt, von denen der kürzeste
Kraftstoffstrahl mit einem kleinen Anteil über den Rand der Brennraumwand gegen
den Boden des Kolbens gespritzt wird, während der übrige, weitaus größere Teil dieses
»Zündstrahles« noch gegen den unmittelbar neben dem Rand befindlichen Teil der Brennraumwand
gerichtet ist, nach Patent 1175 486.
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Bei der oben kurz geschilderten Brennkraftmaschine nach dem Hauptpatent
bildet der obenerwähnte kürzeste Kraftstoffstrahl den »Zündstrahl«, und während
des Normalbetriebes des Motors erfolgt die Zündung stets mit geringem Zündverzug
und an derselben Stelle des Brennraumes, nämlich an dem von dem Zündstrahl etwas
überspritzten Brennraumrand, an dem der mechanisch abgespaltene Kraftstoffanteil
eine der tinströmungsrichtung der Verbrennungsluft entgegengerichtete Ausbreitungskomponente
erhält und auf ein Fläche sowohl hoher Temperatur als vor allem auch anderer Neigung
auftrifft, als sie die Brennraumwand an der Stelle des Auftreffens des Strahlkernes
aufweist. Dadurch kommt es an der Stelle des überspritzens des Brennraumrandes nicht
nur zu einer entsprechend schnellen Aufheizung des Kraftstoffes, sondern - unter
dem Einfluß der Radialkomponente der Lufteinströmung in den Brennraum -auch zu einem
Aufstauen dieses kleinen Kraftstoffanteils, d. h. zu einer übersättigung der dort
befindlichen Luft mit Kraftstoff, was zur erwünschten raschen Zündung an dieser
ganz bestimmten gleichbleibenden Stelle führt.
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Der Hauptanteil des Kraftstoffes des Zündstrahls sowie der Kraftstoff
aus dem oder den weiteren Kraftstoffstrahlen ist ausschließlich gegen unterhalb
des Brennraumrandes gelegene und im Betrieb kühlere Teile der Brennraumwand gerichtet;
da die Einspritzrichtung im wesentlichen mit der Einströmungsrichtung der Verbrennungsluft
zusammenfällt, wodurch die Kraftstoffaufbereitung zur anschließenden Verbrennung
etwas verzögert wird, und da der in den Strahlen enthaltene Kraftstoff im Falle
seines Auftreffens auf die Brennraumwand diese lediglich an kühleren Stellen berührt
als der die Zündung auslösende Teil des Zündstrahls, kann die Selbstzündung des
Kraftstoffes allein von dem kleinen Anteil des Zündstrahls ausgehen, der über den
Rand der Brennraumwandung gespritzt und dabei sehr fein zerstäubt wird. Von dieser
örtlich festgelegten Zündstelle geht dann die Zündung mit einer durch die heftige
Drehbewegung der Luft gesteigerten Flammenausbreitungsgeschwindigkeit auch auf den
weiteren in den Brennraum eingespritzten und in die Luft verdampfenden Kraftstoff
über, ohne daß ein störendes Klopfen auftritt.
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Bei dem in der Zeichnung des Hauptpatents veranschaulichten Ausführungsbeispiel
hat die im wesentlichen kreisförmige, eingezogene Brennraumöffnung einen einseitigen,
an seinem einen Ende vom eingezogenen Brennraumrand nach außen vorspringenden Ausschnitt,
dessen dem Brennrauminneren zugewandte Fläche zum anderen Ende des Ausschnitts hin
im Sinne der schnellen Drehbewegung der beim Verdichtungshub in den Brennraum verdrängten
Luft
mit stetiger Wölbung etwa tangential in die seitliche Brennraumwand
übergeht. Dieser Ausschnitt wirkt als Führung für einen erheblichen Anteil der Verbrennungsluft.
Die Einspritzdüse ist derart angeordnet, daß sie sich in der oberen Totpunktstellung
des Kolbens im Bereich des nach außen vorspringenden Lufteinströmendes des Ausschnitts
befindet; sie spritzt den Kraftstoff aus dem Kern des Zündstrahls auf die obere
Randzone der Ausschnittsfläche auf und den Kraftstoff aus dem oder den weiteren
Kraftstoffstrahlen größere Strahllänge etwa im Sinne der Luftströmung in Richtung
auf weiter vom Brennraumrand entfernte Brennraumwandzonen, an denen die einströmende
Luft entlanggleitet. Der dabei auf die Brennraumwand gelangte Kraftstoff breitet
sich in tiefer unterhalb des Brennraumrandes liegende, kühlere Wandbereiche aus,
womit das Verdampfen des Kraftstoffs in die über ihn hinwegstreichende Luft verzögert
wird und seine Fähigkeit zum raschen Zünden abnimmt.
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Beim Vollastbetrieb mit höheren Drehzahlen des Motors, bei dem größere
Kraftstoffmengen auf die Brennraumwand gelangen, kann durch das Ausbreiten des Kraftstoffs
in immer kühlere Brennraumwandzonen das Verdampfen des aufgespritzten Kraftstoffs
und sein genügendes Durchmischen mit der Verbrennungsluft zu stark verzögert werden,
was den Verbrennungswirkungsgrad verringert und die Rauchgrenze des Motors herabsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung und Verdichtungszündung nach dem Hauptpatent, bei
der die örtlich festgelegte, frühzeitige Zündung einen klopffreien Betrieb gewährleistet,
derart zu verbessern, daß auch die Verbrennung bei hohen Drehzahlen und großer Leistung
mit gutem Wirkungsgrad und praktisch rauchfrei erfolgt.
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Man hat bereits erkannt, daß bei einem Aufspritzen größerer Kraftstoffmengen
auf die Brennraumwandung eine weitgehend rauchfreie Verbrennung des Kraftstoffs
in wenig bewegter Verbrennungsluft nur dann einwandfrei zu erreichen ist, wenn der
auf der Brennraumwand gelangte Kraftstoff sich von der Auftreffstelle nicht in kühlere,
sondern im Gegenteil in wärmere Brennraumwandzonen ausbreitet, an denen das Abdampfen
des Kraftstoffs und damit seine Vorbereitung für die Verbrennung beschleunigt wird.
Eine derartige Verbesserung der Verbrennung wird auch bei der Brennkraftmaschine
nach dem Hauptpatent angestrebt.
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Nun ist die Temperatur der Brennraumwand im wesentlichen von der Richtung
und Geschwindigkeit sowie von der Temperatur der an ihr vorbeiströmenden heißen
Verbrennungsgase sowie der wesentlich kühleren Verbrennungsluft abhängig, die in
den Brennraum einströmt; weiterhin spielt die Wärmeableitung von der Brennraumwand
in das den Brennraum umgebende Material des Kolbens eine Rolle. Sowohl die Richtung
und die Geschwindigkeit der Strömung der Verbrennungsluft sowie der Verbrennungsgase
als auch die Wärmeableitung von den Brennraumwandungen lassen sich in gewissem Umfang
durch die Formgebung des Brennraumes beeinflussen.
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Die stärkste Kühlwirkung der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft
ergibt sich erfahrungsgemäß dort, wo diese Luft mit hoher Geschwindigkeit an der
Brennraumwand entlangströmt, wogegen die Kühlwirkung an Stellen einer abgelösten
Luftströmung wesentlich geringer ist. Ein durch bekannte Mittel, beispielsweise
Schirme an den Ansaugventilen, tangentiale Einströmkanäle und dergleichen erzeugtes
heftiges Kreisen der in den Zylinderraum einströmenden Verbrennungsluft begünstigt
das »Anlegen« der Luftströmung an die Seitenwandung des Brennraumes und damit die
Kühlung dieser Wand, insbesondere dort, wo für das Einspritzen des Kraftstoffs eine
Ausnehmung am Brennraumrand vorgesehen ist, die stetig im Sinne der Luftströmung
in die seitliche Brennraumwand übergeht und eine Führung für einen verhältnismäßig
großen Anteil der in den Brennraum einströmenden Luft bildet. Diese Kühlwirkung
der einströmenden Verbrennungsluft wird bei der Brennkraftmaschine nach dem Hauptpatent
bereits ausgenutzt, indem der Kraftstoff im wesentlichen an solchen Stellen auf
die Brennraumwand gespritzt wird, an denen durch die Eintrittsströmung der Verbrennungsluft
eine Kühlung der Brennraumwand erfolgt; der dort aufgespritzte Kraftstoff breitet
sich aber auch zunehmend in die Tiefe des Brennraumes aus, wo im allgemeinen die
Wandtemperatur stark abnimmt.
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Die zu lösende Aufgabe besteht also darin, bei einer Brennkraftmaschine
nach dem Hauptpatent durch eine neuartige Gestaltung des Brennraumes, insbesondere
seines oberen Teils und entsprechende Wahl der Auftreffstellen der Kraftstoffstrahlen
zu erreichen, daß insbesondere beim Aufspritzen größerer Kraftstoffmengen auf die
Brennraumwand der aufgespritzte Kraftstoff sich in Brennraumwandbereiche ausbreitet,
deren Temperatur höher ist als die Temperatur an der Auftreffstelle des Kraftstoffes.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
und Verdichtungszündung, mit einem im Kolbenboden symmetrisch oder beinahe symmetrisch
zur Zylinderachse angeordneten und im wesentlichen rotationskörperförmigen Brennraum,
in welchem sich gegen Ende des Verdichtungshubes nahezu das gesamte angesaugte.
Luftvolumen befindet, das vorher in eine heftige Drehbewegung um die Brennraumachse
versetzt wurde, und mit einer zu diesem Brennraum außermittig angeordneten Einspritzdüse,
die den Kraftstoff in, mindestens zwei Kraftstoffstrahlen von verschiedener freier
Länge im wesentlichen in Richtung der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft
an verschieden heiße Wandstellen des Brennraumes spritzt, von denen der kürzeste
Kraftstoffstrahl mit einem kleinen Anteil über den Rand der Brennraumwand gegen
den Boden des Kolbens gespritzt wird, während der übrige, weitaus größere Teil dieses
»Zündstrahles« noch gegen den unmittelbar neben dem Rand befindlichen Teil der Brennraumwand
gerichtet ist, nach dem Hauptpatent 1175 486, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsöffnung vom Brennraum zum Zylinderraum am Kolbenboden von zwei
gegenseitig symmetrisch zur Brennraumachse versetzten Halbkreisbogen begrenzt ist,
wobei die von den beiden Halbkreisbogen in den nach dem Brennraumboden zu gelegenen
Brennraumunterteil führenden Seitenwände des Brennraumes mit dem benachbarten Kolbenboden
je einen Winkel einschließen, der sich von einem Wert größer als 90° an den gegenüber
dem Brennraum außen liegenden Enden der Halbkreisbogen im Drehsinn der kreisenden
einströmenden
Verbrennungsluft stetig bis zu einem Wert kleiner
als 90° an den in bezug auf den Brennraum innenliegenden Enden der Halbkreisbogen
verkleinert, und daß der Mantelanteil des Zündstrahls den Brennraumrand in dem im
Sinne der Luftströmung noch etwas vor der Mitte liegenden Abschnitt eines der Halbkreisbogen
überspritzt, während der Kraftstoff des bzw. der weiteren Kraftstoffstrahlen etwa
unterhalb des mittleren Bereiches des Halbkreisbogens auf den oberen Teil der Brennraum-Seitenwand
auftrifft.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennraumöffnung ergibt
sich eine Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum, die entlang dem außenliegenden
vorderen Teil der beiden Halbkreisbogen annähernd parallel zu diesen Bogen verläuft
und dort infolgedessen in an sich bekannter Weise eine Kühlung der Brennraumwand
bewirkt, während die Luft zum weiter innenliegenden Ende jedes der Halbkreisbogen
hin eine zunehmend größere radiale Einströmungskomponente erhält, schließlich an
den inneren Enden der Halbkreisbogen etwa .radial nach innen in den Brennraum hineinströmt
und sich dabei dort sowie an der etwa radial nach außen gerichteten Verbindungskante
zum folgenden Halbkreisbogen unter Wirbelbildung von der oberen Kante der Brennraumwand
ablöst, so daß an dieser gegenüber dem anschließenden zweiten Halbkreisbogen zum
Brennrauminneren vorspringenden Stelle eine wesentlich geringere Kühlung der Brennraumwand
erfolgt.
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Andererseits strömen aber die heißen Verbrennungsgase, die beim Expansionshub
in spiralig kreisender, turbulenter Bewegung aus dem Brennraum austreten, an der
in das Brennrauminnere hineinragenden Verschneidungskante zwischen dem oberen Teil
der eingezogenen Brennraumwand und dem anschließenden zweiten Halbkreisbogenausschnitt
mit hoher Geschwindigkeit vorbei, so daß sie diesen.Bereich der Brennraumwand stark
erhitzen, in dem die Wärmeableitung von der Verschneidungskante in das Material
des Kolbens geringer ist als an der Brennraumwand mit gleichmäßiger stetiger Krümmung.
Infolgedessen ergeben sich an der Brennraumwand unterhalb des in Strömungsrichtung
der Luft hinteren Teiles jedes der beiden Ausschnitte die angestrebten höheren Brennraumwandtemperaturen.
Der unterhalb des oberen Brennraumrandes etwa im mittleren Bereich eines der beiden
halbkreisförmigen Ausschnitte auf die Brennraumwand gelangende Kraftstoff kann sich
infolgedessen nur in zunehmend wärmere Brennraumwandbereiche ausbreiten; seine Verdampfung
wird dadurch beschleunigt und die Verbrennung erfolgt unter günstigen Verbrennungsbedingungen.
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Bei bekannten Brennkraftmaschinen mit direkter Krafteinspritzung und
Verdichtungszündung, bei denen der Kraftstoff ebenfalls durch eine von einem Ausschnitt
des Brennraumrandes gebildete seitliche Ausnehmung unterhalb des oberen Brennraumrandes
auf die Brennraumwand aufgespritzt wird, ist die Einspritzrichtung des Kraftstoffs
derart flach zur Brenuraumwand, daß der Kraftstoff erst im hinteren Bereich des
Ausschnittes unterhalb des Einschnürungsbereiches des Brennraumrandes auf die Brennraumwand
gelangt, wo die seitliche Brennraumwand etwa die höchste Temperatur hat; die an
die Aufspritzstellen anschließenden Brennraumwandbereiche haben keine höheren Temperaturen
als die Aufspritzstellen. Selbst durch Anordnung eines sich an die »Einspritzausnehmung«
in Umfangsrichtung anschließenden Brennraumrandausschnittes für das Ausströmen der
Verbrennungsgase wird die Temperaturverteilung an der seitlichen Brennraumwand nicht
wesentlich beeinflußt. Eine Temperaturzunahme der Brennraumwand in demjenigen Bereich,
in. den sich der aufgespritzte Kraftstoff ausbreiten kann und die bei der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine in der Größenordnung von etwa 50° liegt, läßt sich mit den bekannten
Anordnungen von Ein- und Ausströmungsausschnitten am Brennraumrand keinesfalls erzielen.
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Es kommt noch hinzu, daß bei allen Brennkraftmaschinen mit einseitigen
Lufteinströmungsausschnitten am oberen Brennraumrand infolge der starken einseitigen
Einströmung die Achse des sich in dem Brennraum ausbildenden starken Strömungswirbels
nach der dem Ausschnitt etwa gegenüberliegenden Brennraumwand verschoben und damit
die Wirbelströmung unsymmetrisch wird, was eine Abnahme der Wirbelintensität zur
Folge hat. Wenn noch ein »Ausströmungsausschnitt« für die Verbrennungsgase vorgesehen
ist, wird die Wirbelströmung zusätzlich gestört.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennraumausbildung bleibt die Wirbelachse
in der Brennraummitte; dadurch wird die bereits in der Beschreibung des Hauptpatents
erwähnte Zündung beim Kaltstart durch einen feinzerstäubten Randanteil des längsten
Kraftstoffstrahls in der zentralen »toten« Wirbelzone hoher Verdichtungstemperatur
begünstigt, die stets dann - natürlich mit entsprechender zeitlicher Verzögerung
- auftritt, wenn wegen der niedrigen Temperatur des Kolbens an der überspritzstelle
des Zündstrahls sich dort noch keine Zündung einstellt.
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Mit der bereits erwähnten Anordnung der Einspritzdüse, die in der
oberen Totpunktstellung des Kolbens im Bereich des radial nach außen vorspringenden
Endes eines Halbkreisbogens liegt, läßt sich beim Einspritzen des Kraftstoffes für
den Zündstrahl eine für die Erzielung einer ausreichenden Randablösung genügend
große Strahllänge erzielen, was für die Abspaltung des die Zündung auslösenden Randanteils
an der oberen Ausschnittkante und das Auftreffen des Zündstrahlkerns auf einen kühleren,
dicht unterhalb der Ausschnittkante gelegenen Wandteil des Brennraumes vorteilhaft
ist. Die Auftreffstellen des oder der längeren Kraftstoffstrahlen auf die Brennraumwand
können in an sich bekannter Weise durch Ölkühlung, insbesondere Spritzölkühlung,
von der Unterseite des Kolbens her gekühlt werden; die Temperatur der Brennraumwandung
im Bereich der Kraftstoffaufspritzung kann auch bei stark wechselnder Belastung
des Motors durch Regelung der Ölkühlung innerhalb des für den jeweils verwendeten
Kraftstoff günstigsten Temperaturbereich gehalten werden. Für eine solche örtlich
begrenzte Spritzölkühlung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die die Brennraumachse
und die beiden Mittelpunkte der gegeneinander versetzten Halbkreisbogen in sich
aufnehmende Ebene mit der die Kolbenbolzenachse in sich aufnehmenden Axialebene
des Brennraumes einen von 90° abweichenden Winkel, vorzugsweise einen Winkel von
etwa 45°, einschließt. Bei einer solchen Gestaltung des Kolbens liegen die mittleren
Bereiche der beiden Ausschnitthalbkreisbogen stets so weit seitlich von der Kolbenbolzenachse
entfernt, daß die ihnen entsprechenden
Stellen auf der Unterseite
des Kolbens durch das eingespritzte Kühlöl leicht erreicht werden können. Die Ölkühlung
kann verbessert werden, wenn die Unterseite des Kolbenbodens im Bereich der Auftreffstellen
der Kraftstoffstrahlen auf die Brennraumwand mit Kühlrippen versehen wird, die sich
zwischen der Brennraumwand und dem Kolbenmantel im Bereich der Verdichtungsringe
vorteilhaft radial nach außen erstrecken, wobei ein fächerartiger Kühlölstrahl von
unten gegen die Kühlrippen bzw. die Kolbenunterseite in dem erwähnten Auftreffbereich
des Kraftstoffes gerichtet wird.
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Dabei kann durch die Ausführung des Kolbens mit den Kühlrippen bei
entsprechend tiefer Ausbildung der Taschen zwischen den Kühlrippen Kolbenmaterial
eingespart und das Kolbengewicht ohne Gefahr für die Festigkeit des Kolbenbodens
verringert werden, was besonders bei modernen kurzhubigen Brennkraftmaschinen vorteilhaft
ist, bei denen sich das Verhältnis von Hub zu Bohrung dem Wert 1 nähert.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigt F i g. 1 einen erfindungsgemäß gestalteten Brennraum in einem Längsschnitt
nach der Linie I-1 der F i g. 2, F i g. 2 den Brennraum gemäß F i g. 1 in einer
Ansicht von oben, F i g. 3 einen mit einem Brennraum gemäß den F i g. 1 und 2 versehenen
und in einem Zylinder eingebauten Kolben in einer Ansicht von oben (diese Figur
veranschaulicht zugleich die kreisende Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum),
F i g. 4 den Kolben gemäß- F i g. 3 in einem Längsschnitt nach der Linie HI-III
der F i g. 5, F i g. 5 den Kolben gemäß F i g. 4 in einer Ansicht von oben, aus
der zugleich die Ausbildung der Unterseite des Kolbenbodens zu erkennen ist.
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Der dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechende Brennraum
führt mittels seiner Seitenwandung 1 ohne Hals - oder eines sonstigen besonders
abgesetzten Überganges - unmittelbar bis zum Kolbenboden 2. Der Brennraum selbst
ist als Toroid mit einer unteren zentralen Kuppe ausgebildet, könnte jedoch statt
dessen auch (wie es in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist) die Form eines Ellipsoides
aufweisen. Die obere Öffnung des Brennraumes ist von zwei gegenseitig symmetrisch
zur Brennraumachse versetzten Halbkreisbogen 3, 3' begrenzt, deren am weitesten
nach der Mitte des Brennraumes zu gelegene Enden Kanten 4, 4' bilden und deren am
weitesten außerhalb der Mitte des Brennraumes gelegene Enden 5, 5' in einer verhältnismäßig
scharfen Krümmung mit den jeweils benachbarten Kanten 4'
bzw. 4 des anderen
Halbkreisbogens verbunden sind. Die Mittelpunkte 6, 6' der beiden Halbkreisbogen
3 und 3' sind gegenüber der Längsachse 7 des Brennraumes gegenüberliegend jeweils
um die Exzentrizität
versetzt, so daß sich ein Gesamtabstand der beiden Mittelpunkte 6 und 6' von e ergibt.
Der Radius jedes Halbkreisbogens 3 bzw. 3' beträgt bei dem Ausführungsbeispiel
d. h. die Hälfte des größten Durchmessers Dl, des eigentlichen Brennraumes.
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Gemäß F i g. 1 wird der vom oberen Rand des Brennraumes ausgehende
Teil der Seitenwandung 1 durch an den eigentlichen Brennraum jeweils innerhalb radialer
Ebenen gelegte Tangenten gebildet, die zugleich durch den dortigen Punkt des oberen
Brenuraumrandes verlaufen. Durch diese Konstruktion ändert sich der zwischen der
Seitenwand 1 und dem Kolbenboden 2 außerhalb des Brennraumes eingeschlossene
Winkel (oc) von einem Wert ä größer als 90° an den gegenüber dem Brennraum außenliegenden
Enden 5, 5' der Halbkreisbogen 3, 3' entlang den Kreisbogen stetig bis zu einem
Wert ä' kleiner als 90° an den in bezug auf den Brennraum innenliegenden Enden bzw.
Kanten 4, 4' der Halbkreisbogen 3, 3'.
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Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist die Anordnung der Halbkreisbogen
3, 3' derart auf die kreisende Bewegong der einströmenden Verbrennungsluft abgestimmt,
daß die Halbkreisbogen sich dem spiralförmigen Verlauf der Einströmung bzw. dem
Verlauf der hierbei gebildeten Stromlinien 8 bestmöglich anpassen. Die Stromlinien
8 der - im Zylinderraum zunächst über dem Kolben kreisenden - Luft verlaufen an
den äußeren Enden 5, 5' der beiden Halbkreisbogen 3, 3' etwa entlang dem Kreisbogen
und damit auch entlang dem dortigen Teil der Seitenwandung 1 des Brennraumes, während
sie nach den jeweils anderen, innenliegenden Enden (Kanten 4,4) der Kreisbogen hin
eine zunehmende stärker werdende Radialkomponente aufweisen und dementsprechend
zunehmend quer zu den Halbkreisbogen von außen radial nach innen verlaufen. Da an
diesen Stellen die Seitenwandung 1 vom oberen Rand der Brennraumöffnung aus zugleich
unter Bildung des spitzen Winkels ä ' (vgl. F i g. 1) ausgeht, löst sich die dort
in den Brennraum einströmende Luftströmung am oberen Rand der Brennraumöffnung ab.
Die Temperaturen der Brennraumwandung 1 liegen demnach an den äußeren Enden 5, 5'
der Halbkreisbogen 3, 3' verhältnismäßig niedrig und steigen entlang den Halbkreisbogen
stetig zunehmend bis auf einen wesentlich höheren Wert an der Stelle der Kanten
4, 4' an.
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Aus den F i g. 4 und 5 ist die Lage der Einspritzdüse 9 ersichtlich,
die sich im Bereich des äußeren Endes 5' des einen Halbkreisbogens 3' und - nach
dem Ausführungsbeispiel - mit ihrer Düsenöffnung innerhalb der durch die beiden
Kreisbogen-Mittelpunkte 6, 6' verlaufenden axialen Ebene des Brennraumes befindet.
Die Einspritzdüse 9 kann im (nicht dargestellten) Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
in einer beliebigen Lage gehalten sein. Bei in seiner oberen Totpunktlage befindlichem
Kolben liegt die Düsenöffnung in unmittelbarer Nähe des dortigen Randes der Brennraumöffnung,
wobei die Kraftstoffstrahlen I und H von der Düse 9 etwa in Umfangsrichtung der
Brennraumöffnung und zugleich etwa in Strömungsrichtung der dort kreisend einströmenden
Verbrennungsluft ausgehen. Beide Kraftstoffstrahlen I und 11 treffen mit ihren Strahlkernen
in üblicher Weise auf die Brennraumwand 1 knapp unterhalb des oberen Brennraumrandes
auf, wobei der Strahl II, der bereits nach einem kürzeren Strahlweg verhältnismäßig
steil gegen die Seitenwandung 1 auftrifft, mit einem sehr kleinen Anteil über den
oberen Rand der Brennraumöffnung gelangt. Der andere Strahl (I) mit wesentlich längerer
freier Strahllänge trifft mit seinem Strahlkern etwa im mittleren Bereich des dortigen
Halbkreisbogens 3' unterhalb des Brennraumrandes auf die dortige Seitenwandung.
F
i g. 5 zeigt weiterhin, daß die die beiden Mittelpunkte 6, 6' in sich aufnehmende
Amalebene des Brennraumes gegenüber der die Kolbenbolzenachse in sich aufnehmenden
Axialebene des Brennraumes bzw. Kolbens im Drehsinn der kreisend einströmenden Verbrennungsluft
um einen Winkel ß von 45° versetzt ist. Durch diese Lage der die Mittelpunkte 6,
6' der beiden Halbkreisbogen enthaltenden Axialebene gelangt der die Auftreff stellen
der Kraftstoffstrahlen I, 1I enthaltende Teil der Seitenwandung 1 des Brennraumes
in den zwischen den beiden Kolbenbolzenaugen 10 und zugleich seitlich des (nicht
dargestellten) Kolbenbolzens befindlichen Bereich des Kolbens, wo auf der Unterseite
des Kolbenbodens 2, zwischen dem Brennraum und den (ebenfalls nicht dargestellten)
Verdichtungsringen radial nach außen gerichtete Rippen 11 angeordnet sind. Gegen
diese Rippen 11, die - wie in F i g. 4 gestrichelt angedeutet ist - auch am gegenüberliegenden
Teil der Kolbenbodenunterseite angebracht sein könnten, wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine
ein fächerförmiger Kühlölstrah112 gespritzt. Die Stärke dieses Kühlölstrahles läßt
sich durch eine außerhalb des Kolbens befindliche (nicht dargestellte) Drosselvorrichtung,
die z. B. aus einer in dem vom CSlkreislauf der Brennkraftmasahine getrennten Kühlölkreislauf
befindlichen Drosselklappe einem Drosselventil oder einem Drosselschieber bestehen
könnte, regeln, damit die günstigste Temperatur des Kolbenbodens 2 an den Auftreffstellen
des Kraftstoffes auch während des Betriebes leicht einreguliert werden kann.
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Die in F i g. 4 gestrichelt angedeutete Anordnung der weiteren Kühlrippen
verursacht bei entsprechend ausgeführten Kolben zwar eine gewisse Gewichtsvermehrung,
bringt demgegenüber aber den Vorteil mit sich, daß beim Einbau des Kolbens nicht
mehr darauf geachtet werden muß, daß sich die Kühlrippen 11 auch tatsächlich an
der Stelle der über dem Kolben befindlichen Einspritzdüse 9 befinden.
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Zu der erfindungsgemäßen Kolbenform ist noch zu bemerken, daß sich
eine solche Brennraumform zur maschinellen Bearbeitung nicht eignet. Anderseits
läßt sich aber bei dem heutigen Stande der Gießereitechnik ein genügend genaues
und sauberes Gießen des Kolbens mit dem erfindungsgemäßen Brennraum in einer Kokille
ohne jede Schwierigkeit erzielen. Für einen solchen Kokillenguß eignet sich die
Brennraumform - trotz der Notwendigkeit zweier Kerne -recht gut, so daß solche im
Kokillenguß hergestellten Kolben wesentlich billiger ausfallen als Kolben mit einem
in bisher üblicher Weise maschinell bearbeiteten Brennraum. Sollten bei den im Kokillenguß
hergestellten Kolben kleine Unebenheiten an der Brennraumwandung im Bereich der
Auftreffstellen des Kraftstoffes auftreten, so sind diese der einwandfreien Ausbreitung,
Zerstäubung und Verdampfung des auftreffenden Kraftstoffes keineswegs abträglich,
weil sie die Zerstäubung und Durchmischung des aufgespritzten Kraftstoffes mit der
einströmenden Verbrennungsluft sogar begünstigen.
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Die Erfindung ist nicht an die konstruktiven Einzelheiten des Ausführungsbeispieles
gebunden. So braucht z. B. der Radius der Halbkreisbogen 3, 3' nicht genau dem größten
Halbmesser des Brennraumes zu gleichen. Der Radius der Halbkreisbogen könnte vielmehr
auch größer oder kleiner als der genannte Durchmesser sein. Ebenso braucht der Winkel
ß zwischen der die beiden Mittelpunkte 6, 6' enthaltenden Axialebene und der die
Kolbenbolzengchse enthaltenden Axialebene nicht gerade 45° zu sein, obgleich ein
solcher Winkel wegen der sich daraus ergebenden günstigen Kühlmöglichkeit für die
Kolbenunterseite an der Auftreffstelle der Kraftstoffstrahlen bevorzugt wird. Dagegen
soll dieser Winkel'zumindest größer- als 0 und kleiner als 90° sein.