DE2631407B2

DE2631407B2 - Brennkraftmotor

Info

Publication number: DE2631407B2
Application number: DE2631407A
Authority: DE
Inventors: Walter 2105 Seevetal Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2631407A1; FR2358552A1; US4176632A; IT1084391B; JPS5311228A; ES460656A1; DE2631407C3; GB1582856A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, dessen Kolbenstangen mit einer Kurbelwelle verbunden sind, wobei der Arbeitsraum des wenigstens einen Zylinders nockenwellengesteuerte Ein- und Auslaßventile aufweist und im Zylinderkopf wenigstens eine Einlaß- bzw. Einspritzvorrichtung für Kraftstoff und in der Zylinderwand an wenigstens einer Stelle des Arbeitsraumes eine durch ein Rückschlagventil gesteuerte Bohrung angeordnet sind, durch weiche ein zusätzliches strömungsfähiges Medium, Luft oder Flüssigkeit, durch den sich in seine untere Umkehrstellung bewegenden Kolben in den Arbeitsraum ansaugbar ist.

Bei einem solchen bekannten Brennkraftmotor nach der DE-PS 4 04 827 ist die Bohrung für eine Luft- oder Luft-Wasser-Zuführung an einer Stelle dicht oberhalb des Kolbens angeordnet, wenn dieser seinen unteren Umkehrpunkt erreicht hat. In die Bohrung ist ein Injektorrohr eingeschraubt, das für die Luftzuführung nach außen offen ist. In dieses Injektorrohr ist ein mit dem Wassermantel in Verbindung stehendes Rohr geführt, an dessen Mundstück ein Sitz für ein Nadelventil angeordnet ist. Dieses ist in das injeklorrohr durchziehenden Sternarmen gelagert. Ein Innenflansch dieses Injektorrohres bildet dann einen Sitz für ein vom Ende des Schaftes des Nadelventiles getragenes Ventil, das erst am Ende des Saughubes öffnet, wenn durch vorzeitiges Schließen des Ansaugventils im Arbeitsraum ein Unterdruck entsteht. Hierdurch wird die zur Verbrennung des vorher angesaugten überreichen Gemisches erforderliche Luft zugeführt, während das mitgerissene Wasser zur Temperaturverringerung und Kühlung des Kolbens dient.

Die bekannte Ausführung arbeitet verhältnismäßig schwerfällig. Dieses ergibt sich auch aus der Führung des Ventils, dessen Körper im übrigen beträchtliche Masse hat. Verklemmungen sind auch möglich.

Aus der US-PS 32 13 839 ist es bekannt, in eine Vorkammer unterhalb der Zündkerze zwecks Zündungserleichterung Fettgemisch einzubringen, um eine Stichflamme zur Zündung der m«.gcren Mischung im Zylinder zu erzeugen. Die Vorkammer ist durch einen Boden mit einzelnen Öffnungen vom Zylinderinnenraum gelrennt. Zwischen der Zuführung für das Fettgemisch und dem Anschluß an die Vorkammer ist ein Ventil mit einem frei beweglichen kugelkalottenförmigen Ventilkörper angeordnet. Dieser hat daher erhebliche Masse. Die Bewegung dieses Ventilkörpers wird vom Druck im Arbeitsraum und seinem Eigengewicht bestimmt. Hierdurch ist eine Dosierung möglich, wobei der Druck vom Arbeitsraum nur gedrosselt einwirkt. Eine freie öffnung ist aber nicht möglich, weil beim Unterdruck ein Abschluß erfolgt, es sei denn, daß zusätzliche, komplizierte Mittel vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang ist die Dosierung wegen des ungesteuerten Überganges auch zweifelhaft. Aufgrund der Form des Ventilkörpers besteht die Gefahr von Flattererscheinungcn

Nach der DE-OS 25 06 954 ist ein Einspritzdüse an einem Schichtladungsmotor durch ein Kugelventil geschützt, dessen kugelförmiger Ventilkörper mit radialem und axialem Spiel frei beweglich zwischen einem Sitz und einem stegartigen Rückhalteteil angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich aufgrund mangelnder Führung ein unsicherer Betrieb, der noch durch die Masse des Ventilkörpers erhöht wird. Der Zweck der bekannten Ausführung liegt darin, durch die Einspritzvorrichtung in die ZUnd/one einen zweiten Brennstoff /um Herstellen eines ziindwilligcn Gemisches einzu-

spritzen.

An Brennkraftmotoren ist es auch bekannt, ein zusätzliches Medium wie Wasser in das Verteilerrohr eines Viertakt-Otto-Motors einzugeben. Dadurch tritt aber eine Vernebelung des durch den Vergaser zugeführten Kraftstoffes ein, so daß dessen Zündwilligkeit beeinträchtigt wird, und zwar aufgrund eines heraufgesetzten bzw. erhöhten Feuchtigkeitsgehaltes.

Die Erfindung bezieht sich in ihrer Ausführung besonders auf einen Dieselmotor, aber auch auf einen Brennkraftmotor allgemein, d.h. unter Einbeziehung eines Otto-Motors mit einer besonderen Ausbildung von wenigstens einem Ventil, mit welchem ein zusätzliches strömungsfähiges Medium in den Arbeitsraum unmittelbar eingebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennkraftmotor der bekannten Ausführung dahingehend zu verbessern, daß durch eine besondere Ventilausführung und -anordnung auch im rauhen Betrieb eine sichere Ventilwirkung mit feinfühliger Ansprechschwelle entsteht und dabei auch eine Schichiiadung ermöglicht wird.

Wenn von einem Brennkraftmotor mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem in diesem hin- und herbewegbaren Kolben ausgegangen wird, versteht sich, daß auch Mehrzylindermaschinen einbezogen sind, wobei beliebige Zylinderanordnungen nach Art eines Reihen-, V- oder Boxermotors möglich sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bohrung in der Zylinderwand an einer Stelle angeordnet ist, die vom Kolbenkopf bei einer Kurbelarmstellung der Kurbelwelle in der Größenordnung von 60 bis 90° vor dem unteren Umkehrpunkt passiert wird, das Ventil in an sich bekannter Weise unmittelbar an der Zylinderwand oder im Bereich der Zylinderwand eine Ventilkammer mit einem frei hin- und herbeweglichen Ventilkörper aufweist, der Veniilkörper ein im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Ventilkammer aufweisendes Plättchen ist und daß die Seite der Ventilkammer zu der in den Arbeitsraum mündenden öffnung ein^n konischen Wandabschnitl hat. Hierdurch wird ein Ventil geschaffen, welches eine außerordentlich feinfühlige Ansprechschwelle aufweist, die picht von bei bekannten Rückschlagventilen verwendeten redern beeinträchtigt wird, aber aufgrund seiner Form und Führung hohe Ansprechempfindlichkeit hat und jeweils eine sichere Funktionsstellung zur Öffnung oder zum Abschluß der Zuführungsleitung gewährleistet.

Durch die Anordnung der Bohrung in der angegebenen Höhe der Zylinderwand wird, sei es nun, daß Luft oder Flüssigkeit, im letzteren Falle insbesondere Emulsion, angesaugt wird, eine Schichtladung unmittelbar über der Kolbenstirnwand, und zwar mit Abstand von dem Einlaßventil bzw. der Einspritzvorrichtung erreicht, wodurch nicht nur eine zweckmäßige Kühlung bei Einführung durch Flüssigkeit aufgrund eines Niederschlags am Kolben und an den Zylinderwandteilen unmittelbar neben dem am unteren Umkehrpunkt befindlichen Kolben erzielt wird, sondern auch dadurch, daß das Gemisch bzw. der eingespritzte Kraftstoff nicht vernebelt wird, die Zündwilligkeit beibehalten, aber durch die Verteilung des Niederschlags die Unterstützung der Wirkung mit oder nach der Zündung des Kraftstoffes sichergestellt wird. Obgleich einbezogen wird, daß der konische Wandabschnitt in einer Ventilarmatur ausgebildet ist, die den Ventilraum einbezieht, d.h. in sich enthält, wird besonders bevorzugt, daß der koni. ehe Wandabschnitt unmittelbar von der Zylinderwand gebildet ist, in die eint: Gewindebohrung eingelassen ist, in welcher eine Ventilarmatur einschraubbar ist. Dadurch ist es möglich, das Ventil unmittelbar an die Innenseite der Zylinderwand zu bringen, so daß der verbleibende Totraum zum Arbeitsraum auf ein Minimum herabgesetzt wird. Dies ist für die Wirkungsweise günstig. Zweckmäßig ist das Ventilplättchen gegenüber einem zylindrischen Wandteil der Ventilkammer mit Untermaß in der Größenordnung von 10% ausgeführt. Dadurch wird die Bewegbarkeit des Ventilplättchens gefördert

Mit besonderem Vorteil ist das Plättchen im wesentlichen quadratisch, jedoch mit abgerundeten Ecken, ausgeführt, deren Abrundungsradius etwas kleiner als der Radius der Ventilkammer ist. Hierdurch ergeben sich erhebliche Durchtrittsquerschnitte an dein gradlinigen Abschnitten der Plättchenränder, so daß beim Abheben vom Schließsitz unmittelbar ein erheblicher Durchtrittsquerschnitt durch das Ventil zur Verfügung steht. Dabei sorgen die abgerundeten Ecken für eine ausreichende Führung.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung nicht vor, daß das Plättchen eine Stärke von etwa 0,1 bis 1 mm aufweist und die Tiefe der Ventilkammer im Bereich ihres zylindrischen Wandteils etwa 0,8 bis 2 mm Ljträgt. Hierdurch wird die Masse des Plättchens auf ein Minimum gehalten, wobei eine genügende Bewegbarkeit besteht, und zwar auch im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen mit der Wandausbildung der Ventilkammer. Die Bewegbarkeit wird dabei noch durch das erwähnte Untermaß gefördert.

Unter Verwendung einer Flüssigkeit als strömungsfähiges Medium sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform vor, daß eine Emulsion verwendet wird, die einen Teil Maschinenöl auf 300—400 Teile Wasser enthält. Dadurch wird zugleich eine Schmierung erreicht, wobei aber in jedem Falle, d. h. unabhängig von der Art des Mediums, die Zündbereitschaft des Kraftstoffes nicht herabgesetzt, sondern durch die räumliche Anordnung des zusätzlichen Mediums der durch die Zündung erzielte Effekt hinsichtlich einer ve besserten Energieausnutzung gesieigert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung zumindest schematisch dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele zeigen besonders vorteilhafte Anwendungen.

Ir. allen Figuren werden gleiche oder sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung zeigt

Fig. I eine Ansicht eines Brennkraftmotors im Schnitt durch einen Zylinder, wobei der Brennkraftmotor mehrere in Reihenanordnung hintereinander ungeordnete Zylinder haben kann und auch die zugeordneten Teile nur schcmatisch dargestellt sind,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer eine Zylinderwand durchsetzenden Ventilausbildung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie lll-lll durch Fig. 2,

F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht finer anderen Ausführungsform einer Ventilanordnung, wobei hinsichtlich der Fig. 2 und 4 besondere Druckverhältnissc in Verbindung mit einer strichpunktiert angezeigten Kolbenanordnung angegeben sind.

Gemäß F i g. 1 is! cine Schnittansicht durch einen

Rcih^ otor gezeigt. Auf einem Kurbelwellengehäuse

1 sinu nintercinander Zylinder 2 angeordnet, wobei die

Zylinderwände mit gleichen Bezugs/eichen bezeichnet sind. Im Kurbelgehäuse ist eine Kurbelwelle 3 an den Stirnseiten, die parallel zur Zeichnungsebene verlaufen. gelagert. Unter jeder Zylinderwand 2 besitzt die Kurbelwelle einen Kurbelzapfen 4, der durch Kurbelarme 5 mit der Welle 3 verbunden ist. Der Kurbelzapfen 4 bewegt sich auf einem Bewegungskreis 6 — er ist in i\cn Fig. I und 2 in der Stellung gezeichnet, in welcher sich ein Kolben 7 im unteren Umkehrpunkt befindet. Der Kolben 7 ist durch eine Kolbenstange 8 mit dem Kurbelzapfen 4 verbunden. Die Kolbenstange 8 ist gelenkig um den Kolbenbolzen 9 mit dem Kolben und andererseits verschwenkbar mit dem Kurbelzapfen 4 verbunden. Der Kolben 7 selbst ist durch Kolbenringe 10 abgedichtet im Zylinder 2 geführt.

Der Zylinder 2 ist oben durch den Zylinderkopf Il abgeschlossen, der nur schematisch gezeigt ist. Im Zylinderkopf sind ein Einlaßventil 12, beispielsweise für Bei der Ausführung nach F-"ig. 2 ist die Zylinderwand 50 mit einer Gewindebohrung 52 versehen, in die eine Aufnahmearmatur 53 unter Zwischenführung einer Dichtung 54 eingeschraubt ist. Diese Aufnahmearmatur 53 hat die Bohrung 55 und die in den Zylinder 2 mündende Öffnung 56, die zweckmäßig konisch erweitert ist. An der vom Zylinder abgekehrten Seite hat die Bohrung 55 einen sich von ihm in abgekehrter Richtung konisch erweiternden Wandteil 59. der einerseits die Ventilkammer 60 begrenzt. Die ic Veniilkamnier hat einen zylindrischen Wandteil 6'. der in einer anderen Vcntilarmatur 62 ausgebildet is.. Ar diesen zylindrischen Wandteil 61 schließt sich ein rechtwinklig angeordneter Wandabschnitt 63 an. in

i"> dessen Mitte die Zuführungsleitung 64 mündet. In der durch den zylindrischen Wandteil 61 bestimmten Ventilkammcr 60 ist ein als Ventilkörper dienendes Plättchen 65 frei beweglich geführt. Dieses hat im

sind an Ventilsitze 14, 15 im Zylinderkopf geführt, und zwar mittels Ventilschaften 16, 17. die durch federn an Kipphebeln 18, 19 gehalten sind, die ihrerseits durch eine Nockenwelle 20 mit Betätigungsnocken 21 bewegbar sind. Die Kipphebel sind um Schwenkzapfen 22, 23 im Motor bewegbar. Die Nockenwelle 20 steht über ein Vorgelege, beispielsweise einen Zahn-Riementrieb 24. mit der Kurbelwelle 3 in Verbindung.

Bei der bevorzugten, aber nicht ausschließlichen. Ausführungsforrn als Dieselmotor schließt sich an das Einlaßventil 12 ein Kanal 25 an. an dessen linde ein Luftfilter 26 angeordnet ist. durch den Luft angesaugt wird. In den Zylinderkopf Il mündet eine [Einspritzvorrichtung 27. der über eine Leitung 28 von einer unter Druck stehende Quelle 29 Kniftsti -'f zugeführt und taktweise eingespritzt wird, wobei die Quelle 29 über eine Leitung 30 mit einem Vorrat 31 in Verbindung steht. Weiterhin ist am Zylinderkopf Il eine Ventilvorrichtung 32 angeordnet, die über eine Leitung 33 mit einer Quelle 34 für ein Mrömungsfähis:es Medium in Verbindung steht.

In der Zylinderwand 38 sind /\\ ei in den Arbeitsraum 35 durch Öffnungen 39, 40 mündende Bohrungen 41, 42 vorgesehen, an denen in der Zeichnung schematisch an der Außenseite der Zylinderwand Ventilvorrichtungen 43, 44 angeordnet sind. Diese Vc-ntilvorrichtungen stehen über Leitungen 45, 46 mit Quellen 47, 48 für ein strömungsfähiges Medium in Verbindung, wobei es sich um eine Flüssigkeit, insbesondere Emulsion, oder Luft handeln kann.

Die Bohrung 42 ist in bezug zum Weg des Kolbens 7 in einer Höhe angeordnet, daß die Kolbenkante 49 diese Öffnung 40 überstreicht, wenn der Kurbelarm 5 eine Stellung in der Größenordnung von 60" bis90^c vordem unteren Umkehrpunkt, d. h. vor der in F i g. 1 gezeichneten, nach unten gerichteten Stellung einnimmt.

Die Ventilvorrichtungen 43, 44. aber auch die Ventilvorrichtungen 32. sind vorteilhaft nach den F i g. 2 bis 4 ausgeführt. In den F i g. 2 und 4 ist die Wand 50 des Zylinders 2 dargestellt, wobei auch der Kolben 7 gezeigt ist, der in Richtung des Pfeiles 51 hin- und herbeweglich ist.

66,67. wobei abgeriindMe Ecken 68,69 vorgesehen sind und der Krümmungsradius der Abrundung etwas kleiner als derjenige für den zylindrischen Wandteil 61 ist. Das Plättchen 65 ist jedenfalls so groß, daß es immci die Öffnung der Zuführungsleitung 64 abdeckt bzw nicht d'irch die Bohrung 55 treten kann.

Nach den 1-i g. 2 und 3 befindet sich die eigentliche Ventilvorrichtuni; mit den Plättchen 65 außerhalb der Zylind "Vancl 50. Ls ist erkennbar, daß sich da« Plättchen 65 in der gezeichneten Stellung befindet

JO wenn sich der Kolben 7 in Richtung des Pfeiles 51 gemäß F i g. 2 nach rechts bewegt.

Der Totraum zum Arbeitsraum im Zylinder isi verhältnismäßig groß.

Nach Fig. 4 ist unmittelbar in die Zylinderwand 5(

Ji eine diese nicht durchsetzende Gewindebohrung 7C eingesenkt, an deren Ende eine Stufe 71 vorgesehen ist von der ein konischer Wandabschnitt 72 als Teil einei Bohrung bis zu der Öffnung 56 ausgebildet ist. Diesei konische Wandabschnitt 72 bildet einen Teil dei Ventilkammer 60,deren zylindrischer Wandabschnitt 61 in einer Armatur 73 ausgebildet ist. die in die Gewindebohrung 70 eingeschraubt ist. In der Ventil kammer 60 ist das Ventilplättchcn 65 in der angegebe nen Ausführungsform beweglich gelagert, wobei in dei Armatur 73 auch der Wandabschnitt 63 vorgesehen ist und die Armatur im übrigen von der Zuführungsleitung 64 durchsetzt ist.

Fig.4 zeigt die Lage des Plättchens 65 dann, wenr sich der Kolben 7 entsprechend dem Doppelpfeil 51

nach oben bewegt, d. h. wenn Druck durch die Öffnung 56 ausgeübt wird.

Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Ventilausbildung ohne Führung des Ventilkörpers 65 mit komplizierter Mitteln zeigt eine außerordentlich empfindliche unc ganz eng am Arbeitsraum des Zylinders anzuordnend« Ventilausbildung, die für die Zwecke der Erfindung gan; besonders vorteilhaft ist.

Die gezeigten Mittel offenbaren eine sehr feinfühlig ansprechende Ventilanordnung, die zuverlässig arbeite und ohne zusätzliche Führung oder Steuermitte auskommt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmotor mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, dessen Kolbenstangen mit einer Kurbelwelle verbunden sind, wobei der Arbeitsraum des wenigstens einen Zylinders nokkenwellengesteuerte Ein- und Auslaßventile aufweist und im Zylinderkopf wenigstens eine Einlaßbzw. Einspritzvorrichtung für Kraftstoff und in der Zylinderwand an wenigstens einer Stelle des Arbeitsraumes eine durch ein Rückschlagventil gesteuerte Bohrung angeordnet sind, durch welche ein zusätzliches strömungsfähiges Medium, Luft oder Flüssigkeit, durch den sich in seine untere Umkehrstellung bewegenden Kolben in den Arbeitsraum ansaugbar ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bohrung (55) in der Zylinderwand (2) an einer Stelle angeordnet ist, die vom Kolbenkopf bei einer Kurbelarmstellung der Kurbelwelle (3) in der Größenordnung von 6ö bis 9ö~ vor dem unieren Umkehrpunkt passiert wird,

das Ventil in an sich bekannter Weise unmittelbar an der Zylinderwand (2, 50, 74) oder im Bereich der Zylinderwand eine Ventilkammer (60) mit einem frei hin- und herbeweglichen Ventrlkörper aufweist,
der Ventilkörper ein im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Ventilkammer (60) aufweisendes Plättchen (65) ist und daß die Seite der Ventilkammer zu der in den Arbeitsraum mündenden öffnung (56) einen konischen Wandabschnitt (59) hat.

2. Motor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Wandab^r 'hnitt (59) unmittelbar von der Zylinderwand (50) gebildet ist, in die eine Gewindebohrung (70) eingelassen ist. in welcher eine Ventilarmatur (73) einschraubbar ist.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilplättchen (65) gegenüber e;inem zylindrischen Wandteil (61) der Ventilkamnier mit Untermaß in der Größenordnung von 10% ausgeführt ist.

4. Motor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Planchen (65) im wesentlichen quadratisch, jedoch mit abgerundeten Ecken (68, 69) ausgeführt ist, deren Abrundungsradius etwas kleiner als der Radius der Ventilkammer ist.

5. Motor nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (65) eine Stärke von etwa 0.1 bis I mm aufweist und die Tiefe der Ventilkammer (60) im Bereich ihres zylindrischen Wandteiles (61) etwa 0,8 bis 2 mmbeträgl.

6. Motor nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (33, 64) düscnförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,2 bis 1 mm aufweist.

7. Motor nach einem der Ansprüche I bis 6 unter Verwendung einer Flüssigkeit als strömungsfähiges Medium, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emulsion verwendet wird, die einen Teil Maschinenöl auf 300-400 Teile Wasser enthält.