DE2631407C3 - Brennkraftmotor - Google Patents
BrennkraftmotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmolor mit wenigstens einem Zylinder und wenigsicns 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 welche 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 Injektorrohr
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 einbringen, um eine Stichflamme zur Zündung der mageren Mischung im
Zylinder zu erzeugen. Die Vorkammer ist durch einen Boden mit einzelnen Öffnungen vom Zylinderinnenraum
getrennt. Zwischen der Zuführung für das Fettgemisch und dem Anschluß an die Vorkammer ist
ein Ventil mit einem frei beweglichen kugelkalottenförmigen Venlilkörper 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 be;m 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
Flattererscheinungen.
Nach der DE-OS 25 06 954 isl 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 Rückhaltetcil
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 Zündzonc einen zweiten Brennstoff zum Herstellen eines ziindwilligcn Gemisches cinzu-
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 wenigsten» 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
Schichtladung 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 Ventilkörper ein im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Ventilkammer
aufweisendes Plättchen ist und daß die Seite der Ventilkammer zu der in den Arbeitsraum mündenden
öffnung einen konischen Wandabschnitt hat. Hierdurch wird ein Ventil geschaffen, welches eine außerordentlich
feinfühlige Ansprechschwelle aufweist, die nicht von bei bekannten Rückschlagventilen verwendeten Federn
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 Kolbensiimwand, 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 Μ
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 (.5 Ventüarmatur ausgebildet ist, die den Ventilraum
einbezieht, d. h. in sicli enthält, wird besonders bevorzugt, daß der konische Wandabschniti unmittelbar
von der Zylinderwand gebildet ist, in die eine Gewindebchrung 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 geförderL
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 den gradlinigen Abschnitten der Plättchenränder, so daß
beim Abheben vom Schließsitz unmittelbar ein erheblicher Durciitrittsquerschnitt durch das Ventil zur
Verfügung steht Dabei sorgen die abgerundeten Ecken für eine ausreichende Führung.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht 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 beträgt.
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 ein·:· 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 Zündbereiischah. des
Kraftstoffes nicht herabgesetzt, sondern durch die räumliche Anordnung des zusätzlichen Mediums der
durch die Zündung erzielte Effekt hinsichtlich einer verbesserten Energieausnutzung gesteigert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung
zumindest schematisch dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele zeigen besonders vorteilhafte Anwendungen.
In 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 angeordnete
Zylinder haben kann und auch die zugeordneten Teile nur schematisch dargestellt sind,
Fig.2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer eine Zylinderwand durchsetzenden Ventilausbildung,
Fig.3 einen Schnitt längs der Linie IM-IN durch Fig. 2,
F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht einer
anderen Ausführungsform einer Ventilanordnung, wobei hinsichtlich der Fig.2 und 4 besondere Druckverhältnisse
in Verbindung mit einer strichpunktiert angezeigten Kolbenanordnung angegeben sind.
Gemäß Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch einen Reihenmotor gezeigt. Auf einem Kurbelwcllengehäuse
I sind hintereinander Zylinder 2 angeordnet, wobei die
Zylinderwände mit gleichen Bezugszcichcn 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 den
F i g. 1 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 11
abgeschlossen, der nur schematisch gezeigt ist. Im Zyiiiiueikupf sniu cm Eiiiiiiuvciiiii i2. ueispieiMvt/ise fiii
I.uft. und ein Auslaßventil 13 angeordnet. Die Ventile
sind an Ventilsitze 14, 15 im Zylinderkopf geführt, und /war mittels Ventilschäftcn 16, 17. die durch Federn an
Kipphebeln 18, 19 gehalten sind, die ihrerseits durch eine Nockenwelle 20 mit Betätigungsnexken 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. Ausführungsform als Dieselmotor schließt sich an das
Einlaßventil 12 ein Kanal 25 an. an dessen Ende ein Luftfilter 26 angeordnet ist. durch den Luft angesaugt
wird. In den Zylinderkopf Il mündet eine Einspritzvorrichtung
27. der über eine l.eifng 28 von einer unter
Druck stehende Quelle 29 Kraftstoff zugeführt und taktweise cingesprii/t wird, wobei die Quelle 29 über
eine Leitung 30 mit einem Vorrat 31 in Verbindung steht. Weiterhin ist am Zylinderkopf 11 eine Ventilvorrichtung
32 angeordnet, die über eine Leitung J3 mit
einer Quelle 34 für ein str*mungsfähiges Medium in Verbindung steht.
In der Zvlindcrwand 38 sind zu 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 Ventilvorrichtungen 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 i-u 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° bis 90° vor dem 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.
Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist die Zylinderwanc 50 mit einer Gewindebohrung 52 verschen, in die eine
Aufnahmearmatur 53 unter Zwischenführung einei Dichtung 54 eingeschraubt ist. Diese Aufnahmearmatui
53 hat die Bohrung 55 und die in den Zylinder t mündende Öffnung 56, die zweckmäßig konisch
erweitert ist. An der vom Zylinder abgekehrten Seite hat die Bohrung 55 einen sich von ihm in abgckehriei
Richtung konisch erweiternden Wandteil 59, dei
ίο einerseits die Ventilkammer 60 begrenzt. Dics<
Ventilkammer hat einen zylindrischen Wandteil 61, dei
in einer anderen Ventilarmatur 62 ausgebildet ist. At diesen zylindrischen Wandteil 61 schließt sich eit
rechtwinklig angeordneter Wandabschnitl 63 an, ir dessen Mitte die Zuführungsleitung 64 mündet. In de
durch den zylindrischen Wandteil 61 bestimmtet Ventilkammer 60 ist ein als Ventilkörper dienende:
Plättchen 65 frei beweglich gefüiiri. Dieses hai in
wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit den Seilci
66,67. wobei abgerundete Ecken 68, 69 vorgesehen sine und der Krümmungsradius der Abrundung etwa
kleiner als derjenige für den zylindrischen Wandteil 6 ist. Das Plättchen 65 ist jedenfalls so groß, daß es imme
die öffnung der Zuführungsleitung 64 abdeckt bzw nicht durch die Bohrung 55 treten kann.
Nach den F i g. 2 und 3 befindet sich die eigentlich!
Ventilvoriichtung mit den Plättchen 65 außerhalb de
Zylinderwand 50. Es ist erkennbar, daß sich da Plättchen 65 in der gezeichneten Stellung befindci
jo wenn sich der Kolben 7 in Richtung des Pfeiles 5
gemäß F i g. 2 nach rechts bewegt.
Der Totraum zum Arbeitsraum im Zylinder is verhältnismäßig groß.
Nach Fig. 4 ist unmittelbar in die Zylinderwand 5<
J5 eine diese nicht durchsetzende Gewindebohrung 7(
eingesenkt, an deren Ende eine Stufe 71 vorgesehen isl von der ein konischer Wandabschnitt 72 als Teil eine
Bohrung bis zu der Öffnung 56 ausgebildet ist. Diese konische Wandabschnitt 72 bildet einen Teil de
Ventilkammer 60. deren zylindrischer Wandabschnitt 6 in pinpr Armatur 73 niiseehildet ist. die in dii
Gewindebohrung 70 eingeschraubt ist. In der Ventil kammer 60 ist das Ventilplättchen 65 in der angegcbe
nen Ausführungsform beweglich gelagert, wobei in de Armatur 73 auch der Wandabschnitt 63 vorgesehen isl
und die Armatur im übrigen von der Zuführungsleitunj 64 durchsetzt ist.
Fig.4 zeigt die Lage des Plättchens 65 dann, wem
sich der Kolben 7 entsprechend dem Doppelpfeil 5
nach oben bewegt, d. h. wenn Druck durch die Öffi.unj
56 ausgeübt wird.
Die in den Fig.2 bis 4 gezeigte Ventilausbilduni ohne Führung des Ventilkörpers 65 mit kompliziertet
Mitteln zeigt eine außerordentlich empfindliche um
ganz eng am Arbeitsraum des Zylinders anzuordnendi Ventilausbildung, die für die Zwecke der Erfindung gan;
besonders vorteilhaft ist.
Die gezeigten Mittel offenbaren eine sehr feinfühlij
ansprechende Ventilanordnung, die zuverlässig arbeite und ohne zusätzliche Führung oder Steuermitte
auskommt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
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 Einlaß-
bzw. 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 Kurbelarmsteiiung der Kurbelwelle (3) in der Größenordnung von 60 bis 90° vor dem unteren
Umkehrpunkt passiert wird,
das Ventil in an sich bekannter Weise unmittelbar an der Zylinderwand (2, 50, 74) oder im Bereich der
Zylinderwand eine Ventilkammfx (60) mit einem frei hin- und herbeweglichen Ventilkörper aufweist,
der Ventilkörper ein im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Ventilkammer (60) aufweisendes Plättchen (65) ist und daß die Seite der Ventilkamme: zu der in den Arbeitsraum mündenden Öffnung (56) einen konischen Wandabschnitt (59) hat
der Ventilkörper ein im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Ventilkammer (60) aufweisendes Plättchen (65) ist und daß die Seite der Ventilkamme: zu der in den Arbeitsraum mündenden Öffnung (56) einen konischen Wandabschnitt (59) hat
2. Motor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Wandabscnnitt (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 I, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilplättchen (65) gegenüber einem
zylindrischen Wandteil (61) der Ventilkammer mit Untermaß in der Größenordnung von 10% ausgeführt
ist.
4. Motor nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß.das Plättchen (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 1 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 mm beträgt.
6. Motor nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung
(33, 64) düsenförmig 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 a|s strömungsfähiges
Medium, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emulsion verwendet wird, die einen Teil Maschinenöl auf
300-400Teile Wasser enthält.
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