DE1526321C - Viertakt Hubkolben Brennkraftmaschi - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung des Kraftstoffes in einem im Kolben angeordneten eingeschnürten Brennraum, in dem eine kreisende Luftströmung herrscht und dessen Öffnung im Bereich der Ausnehmung für die Kraftstoffeinspritzung

— in Zylinderachsrichtung gesehen — die größte Weite des Brennraumes tangiert, so daß der Brennraum an dieser Stelle nicht hinterschnitten ist.

Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist durch die deutsche Patentschrift 1 140 015 bekannt. Durch die taschenartige, zur Einspritzung des Kraftstoffes dienende Erweiterung im Brennraumhals strömt beim Kompressionshub ein größerer Teil der im Zylinder rotierenden Luft an der Stelle der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum.ein, wodurch eine bessere und schnellere Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft erreicht wird.

Bei solchen Motoren handelt es sich in erster Linie um schnellaufende Hochleistungsmotoren oder um Vielstoffmotoren, welche insbesondere im Vollastbereich infolge der hohen Schaltgeschwindigkeiten leicht zu einer Verschlechterung des Füllungsgrades und damit der Leistung neigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der vorgeschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß in jedem Falle ein ausreichender Luftdurchsatz durch den Zylinder geschaffen wird, 3er — insbesondere im Vollastbereich

— eine gute Durchspülung sowie eine ausreichende Nachladung am Ende des Kompressionshubes ermöglicht, wobei in den unteren Betriebsbereichen eine nicht vollständige Ausspülung der erwärmten Luft aus dem Zylinder erforderlich ist.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß pro Zylinder in an sich bekannter Weise mindestens zwei Einlaßventile und ein Auslaßventil vorgesehen sind, daß das Auslaßventil in ebenfalls an sich bekannter Weise über der Brennraumöffnung angeordnet ist und über etwa 80% des Ansaughubes geöffnet bleibt, und daß das Auslaßventil in Richtung der nicht hinterschnittenen Stelle bis zum Tangieren mit dem größten Brennraumdurchmesser versetzt ist.

Durch die Verwendung von zwei Einlaßventilen und nur einem Auslaßventil, was an sich durch die britische Patentschrift 587 276 bereits bekannt ist, wird es hier möglich, das Ventilumfangsverhältnis von Einlaß zu Auslaß zu vergrößern und so dem Zylinder mehr Frischluft zuzuführen. Durch die Anordnung des Auslaßventils über die Brennraumöffnung, welche für sich gesehen beispielsweise durch die britische Patentschrift 508 192 bekannt ist, kann dieses auch nach dem Auspufftakt bzw. über die obere Kolbentotpunktstellung hinaus bis etwa 80% des Ansaughubes offen bleiben, wodurch eine gute Durchspülung des Zylinders erreicht wird. Es sei bemerkt, daß durch die ASME Publication, Paper Number 61—OGP 1 an sich bereits bekannt ist, das Auslaßventil weit in den Ansaugvorgang hinein offenzuhalten. Die Kombination der genannten beiden Merkmale bringt eine Geschwindigkeitserhöhung am Auslaßventil, was bei Vollast einen erhöhten Luftdurchsatz durch den Zylinder und damit beim Schließen der Auslaßventile eine entsprechende Nachladung ergibt. Das offene Auslaßventil bewirkt in der vorgesehenen Anordnung während der Durchspül ungszcit den Aufbau einer Wirbelsenke und damit eine Verstärkung des Luftdralls. Die Versetzung des Auslaßventils in Richtung der nicht hinterschnittenen Stelle des Brennraumes bringt schließlich eine weitere Verbesserung der Luftwirbelung im Brennraum und damit eine besser gelenkte Spülung.
Für die nachfolgenden, in den Ansprüchen 2 bis 5 festgelegten Weiterbildungen der Erfindung wird kein selbständiger Schutz begehrt. Vielmehr sollen diese nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hauptanspruches geschützt werden.

ίο Gemäß einem solchen Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich das Ventilumfangsverhältnis von Einlaß zu Auslaß etwa wie 1,5 :1 verhält. Außerdem sind der Durchtrittsquerschnitt des Auslaßventils sowie der Querschnitt der anschließenden Rohre proportional zur Verlängerung der Steuerzeit des Auslaßventils verkleinert. Dadurch wird die Gasgeschwindigkeit im Auslaßrohr gesteigert, was bei Vollast während 80 % des Ansaughubes eine weitere Geschwindigkeitserhöhung der Einlaß-Luftsäule und damit eine bessere Nachladung bis zum Schließen der Einlaßventile gibt. Bei Leerlauf ist nur eine geringe Auspuff energie vorhanden, wodurch, wie an sich aus der französichen Patentschrift 1 274 753 bekannt ist, ein Teil der Abgase in den Zylinder zurückgesaugt wird. Diese aus dem Auslaß 'zurückgesaugte Warmluft bewirkt eine bessere Verbrennung und hält die Brennraumwand auf einer für die Zündung günstigen Temperatur.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, im Auslaßrohr in an sich bekannter Weise eine Klappe anzuordnen, die beim Anlassen und im Leerlauf der Maschine ganz oder teilweise geschlossen wird, so daß der Frischluftdurchsatz zusätzlich regelbar ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Einspritzbrennkraftmaschine in Höhe der Trennebene zwischen Zylinder und Zylinderkopf,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B in einem gegenüber der Fig. 1 verkleinerten Maßstab,

Fig. 3 ein Steuerdiagramm für das Auslaßventil sowie die Einlaßventile.

In Fig. 1 ist mit 1 der Kolben der in ühjicher Weise wassergekühlten Brenkraftmaschine bezeichnet, der, wie aus dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 hervorgeht, einen kugeligen Brennraum 2 mit eingeschnürter halsartiger Öffnung 3 aufweist. An der Brennraumöffnung 3 ist eine taschenartige Erweiterung 4 (Fig. 1) vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel von einer plötzlichen radialen Ausbuchtungsstelle aus allmählich wieder in die Rotationsform des Brennraumes übergeht. Der flüssige Kraftstoff wird hier aus der Einspritzdüse 5 (Pfeile 6) in den Brennraum eingespritzt. Die Einspritzdüse bildet mit dem einzigen Auslaßventil 7 einen gemeinsamen Öffnungsquerschnitt.an der Erweiterung 4. Das Auslaßventil 7 ist außermittig zur Längsachse des Brennraumes, und zwar in Richtung der Erweiterung 4, bis zum bzw. angenäherten Tangieren mit dem größten Brennraumdurchmesser 20 versetzt, und es ragt in. geöffneter Stellung in den Brennraum 2 hinein (F i g. 2). 8 und 9 (Fig. 1) sind die beiden hier nebeneinander am Rand des Zylinders 1 angeordneten Einlaßventile, deren Ansaugstutzen 10 und 11 in einem gemeinsamen Einlaßkanal 12 zusammengefaßt sind. Auf diese Art gelingt es, diese Ansaugstutzen so kurz zu halten, daß sie möglichst weitgehend den Einflüssen des Kühlwassers entzogen werden.

Durch die Anordnung des Auslaßventils 7 in der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Weise ist es möglich, eine beliebige Überschneidung der Ventilzeiten anzuwenden, insbesondere die Schließzeit des Auslaßventils erheblich zu verlängern, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt bereits bis auf einen geringen Spalt dem Zylinderkopfboden genähert hat.

In Fig. 3 ist beispielsweise durch den Bogen e die Einlaßzeit und durch den Bogen a die Auslaßzeit dargestellt. Die Auslaßzeit α ist hier auf 360° Kurbelwinkel ausgedehnt derart, daß sie sich noch über etwa 80 °/o des Ansaughubes des Kolbens erstreckt. Die Einlaßzeit e beträgt etwa 220° Kurbelwinkel. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel erstreckt sich somit die Nachladezeit η über annähernd 90° Kurbelwinkel. Durch eine geringe Querschnittsbemessung im Auslaßrohr entsprechend der Verlängerung der Auslaßzeit wird die Gaswechselenergie erhöht. Dadurch kann man sowohl einen zusätzlichen Luftdurchsatz als auch eine bessere Nachladung erreichen. Bei einer ao Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung kann die Füllung des Zylinders durch die Nachladezeit reguliert werden. Je mehr sich Auslaß- und Einlaßschluß nähern, um so weniger wirkt dann die Aufladung, as

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Viertakt - Hubkolben - Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung des Kraftstoffes in einen im Kolben angeordneten eingeschnürten Brennraum, in dem eine kreisende Luftströmung herrscht und dessen öffnung im Bereich der Ausnehmung für die Kraftstoffeinspritzung — in Zylinderachsrichtung gesehen — die größte Weite des Brennraumes tangiert, so daß der Brennraum an dieser Stelle nicht hinterschnitten ist, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder in an sich bekannter Weise mindestens zwei Einlaßventile (8, 9) und ein Auslaßventil (7) vorgesehen sind, daß das Auslaßventil (7) in ebenfalls an sich bekannter Weise über der Brennraumöffnung (3) angeordnet ist und über etwa 80 % des Ansaughubes geöffnet bleibt, und daß das Auslaßventil (7) in Richtung der nicht hinterschnittenen Stelle (4) bis zum Tangieren mit dem größten Brennraumdurchmesser (20) versetzt ist.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ventilumfangsverhältnis von Einlaß zu Auslaß etwa wie 1,5 :1 verhält.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt des Auslaßventils (7) sowie der Querschnitt der anschließenden Rohre proportional zur Verlängerung der Steuerzeit des Auslaßventils (7) verkleinert sind.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßventile (8, 9) in an sich bekannter Weise nebeneinander am Zylinderrand angeordnet sind und einen gemeinsamen kurzen Sammelkanal (12) aufweisen.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßrohr in an sich bekannter Weise eine Klappe angeordnet ist, die beim Anlassen und Leerlauf der Maschine ganz oder teilweise geschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen