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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffs
Die Erfindung bezieht sich auf eine im Zweitakt arbeitende Brennkraftmaschine, bei
der die Verdichtung so hoch getrieben wird, daß eine Selbstzündung des eingespritzten
Brennstoffs eintritt und bei der ein Zylinderstern mit drei oder mehr als Zylinder
dienenden Schenkeln vorgesehen ist, deren Kolben auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum
arbeiten. Um dabei einen hinreichend kleinen Verbrennungsraum zu erhalten, hat man
vorgeschlagen, den Kolbenböden die Form eines Daches zu geben.
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Erhalten die Böden der Kolben die Gestalt eines symmetrischen Daches,
so besteht der Verdichtungsraum aus einer Anzahl verhältnismäßig enger, von einem
Mittelpunkt sternförmig ausgehender Spalten. Es ist schwierig, den Brennstoff auf
diesen zerklüfteten Raum so zu verteilen, daß die in den Spalten befindliche verdichtete
Verbrennungsluft so mit dem Brennstoff vermischt wird, daß eine vollständige Verbrennung
eintritt.
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Nach der Erfindung ist bei Maschinen dieser Art eine rauchlose Verbrennung
dadurch erreicht, daß bei Anordnung des Einspritzorgans zwischen zwei Zylindern
gleichlaufender Kolben dem Einspritzorgan ein Verdichtungsraum vorgelagert ist,
der zwischen den seitlich vom Brennstoffstrahl und symmetrisch zu diesem liegenden
Dachflächen der dem Einspritzorgan benachbarten Spülluftkolben belassen ist, und
daß der oder die Auspuffkolben den anderen Dachflächen der Spülluftkolben möglichst
genähert werden, wobei der oder die Auspuffkolben voreilen. Dadurch, das der Verdichtungsraum
zu einem Raum zusammengefaßt ist, der unmittelbar vor der Einspritzdüse liegt, wird
dieser Raum so von dem Brennstoff bestrichen, daß sich der Brennstoff gleichmäßig
über den Raum verteilt und daher--auch gleichmäßig mit der in diesem Raum befindlichen
Verbrennungsluft mischt. Die symn'ietrische Lage der seitlich vom Brennstoffstrahl
liegenden Kolbenböden gibt dabei die Gewähr, .daß die dem Brennstoffstrahl vorgelagerte
Luft gleichmäßig in. dem Verdichtungsraum gelagert ist, und daß keine Wirbel entstehen,
welche die gute Verteilung des Brennstoffs stören könnten. Die vollständige Verbrennung
des Brennstoffs in diesem Raum ist daher gewährleistet.
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Die unvermeidlichen Toträume, -welche zwischen .den Spülluftkolben
und dem oder den Auspuffkolben verbleiben und in die der Brennstoffstrahl nicht
unmittelbar gelangen kann, sind dadurch auf ein Mindestmaß gebracht, d'aß im Zeitpunkt
des höchsten Verdichtungsdruckes der oder die Auspuffkolben möglichst nahe an die
Dachflächen der Spülluftkolben ,gebracht sind. Die verdichtete Verbrennungsluftmenge,
welche sich in den engen Spalten zwischen dem oder den Auspuffkolben und ;den Spülluftkolben
noch befindet, ist aber immerhin noch so bedeutend, daß die Leistung der Maschine
erheblich beeinträchtigt wird, wenn man diese Luft nicht mit zur Verbrennung heranzieht.
Die Ausnutzung auch dieser Luftmenge ist dadurch erreicht, daß man den oder die
Auspuffkolben voreilen läßt. Da der oder die Auspuffkolben schon kurz vor dem höchsten
Verdichtungsdruck, also vor der Selbstzündung des Brennstoffs, ihren Auswärtshub
beginnen,
wird aus dem Verbrennungsraum, in welchem sich zu diesem Zeitpunkt zerstäubter Brennstoff
befindet, durch die Saugwirkung-des oder -der Auspuffkolben Brennstoff in die Spalten
zwischen diesen und den Spülluftkolben hineingesaugt. Dieser Brennstoff mischt sich
mit der dort befindlichen verdichteten Luft, so daß auch diese Luftmengen zur Verbrennung
mit herangezogen werden.
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Man hat bereits bei Brennkraftrnaschinen mit Selbstzündung des eingespritzten
Brennstoffs und drei in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum
arbeitenden Kolben vorgeschlagen, den Kolben, welcher den Auslaß steuert, voreilen
zu lassen. Auch hat man schon die Einspritzdüse zwischen zwei Zylindern angeordnet.
Bei diesen bekannten Maschinen sind aber an dem Kolben Verdrängeransätze angeordnet,
um eine innige Mischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft durch Wirbel zu
erzielen. Es hat sich aber herausgestellt, daß sich die Luftwirbel nicht gleichmäßig
über den ganzen Verdichtungsraum verteilen, sondern daß der Brennstoff nur durch
einzelne schnell fließende Fasern des Wirbels mitgerissen wird, und daß der außerhalb
dieser Fasern befindliche Brennstoff mit der Luft nicht in innige Berührung kommt.
Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung sind demgegenüber Wirbel nach Möglichkeit
vermieden und die innige Vermischung des Brennstoffs mit der Luft ist durch eine
besondere Ausgestaltung des Verdichtungsr aumes zwischen den gegenläufigen Kolben
erreicht, und zwar unter Verwendung dachförmiger Kolbenböden, die den kleinsten
Brennraum und damit den höchsten Verdichtungsdruck erzielen lassen.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Ausführungsform der Maschine schematisch im Längsschnitt
durch den Zylinderstern und veranschaulicht den Antrieb der Kolben.
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Fig. 2 ist ein Teil der Fig. i im größeren Maßstabe.
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Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fi.g. i.
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Fig.4 zeigt eine Abänderungsform der Fig. 1.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie C-D der Fig. 4 und Fig.
6 ein Querschnitt nach der Linie E-F der Fig.4.
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Bei der im Zweitakt arbeitenden Dreizylindermaschine nach Fig. i bis
3 spielen in einem Zylinderstern i mit drei Zylindern 2, 2, 3 die Kolben 4, 4, 5,
von denen die beiden Kolben 4 mittels der in den Zylindern 2 vorgesehenen Schlitze
6 die Spülluft und der Kolben 5 mittels der Schlitze 7 den Auspuff steuern. Die
drei Kolben werden durch Kurbeln 8, 8, g angetrieben, deren Bewegung durch Zahnräder
io, ii weitergeleitet wird.
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Die drei gegenläufigen Kolben arbeiten auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum,
der im inneren Totpunkt der Kolben zwischen ihren Böden belassen ist. Der Boden
des Auspuffkolbens 5 hat die normale dachförmige Gestalt mit den Dachflächen 12,
13. Die Böden der beiden Spülluftkolben q. haben die Form eines Scheddaches, dessen
kürzere Dachflächen 14 den Dachflächen 12, 13 des Auspuffkolbens 5 gegenüberliegen
und deren längere Dachflächen 15 einander gegenüberliegen. Diese Dachflächen sind
parallel zur Achse des Auspuffkolbens 5 ,gerichtet. Dieser Auspuffkolben eilt den
Spülluftkolben um einen gewissen Winkel vor.
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Das Brennstoffventil 16 ist zwischen den beiden Zylindern z der Spülluftkolben
4 in dem Zylinderstern i angeordnet, und zwar so, daß der Düsenkanal in der Achse
des Auspuffkolbens 5 liegt.
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Die Böden der Spülluftkolben 4 sind an ihren längeren Dachflächen
15 so verkürzt, daß im Zeitpunkt des höchsten Verdichtungsdruckes zwischen diesen
Dachflächen der Verbrennungsraum 17 verbleibt. Die Lage der Kolben in diesem Zeitpunkt
ist in Fig. i dargestellt. Dabei sind .die Verhältnisse so getroffen, daß der Auspuffkolben
5 mit seinen Dachflächen 12, 13 den kürzeren Dachflächen 14 der Spülluftkolben 4
dicht gegenübersteht, also zwischen diesen Kolbenflächen nur enge Spalten 18 verbleiben.
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Die Düse des Brennstoffventils 16 ist eine Mehrlochdüse, deren Einspritzöffnungen
so angeordnet sind, daß der Brennstoffstrahl fächerförmig ist, wobei die Ebene dieses
Strahles parallel zum First des Auspuffkolbens 5 liegt.
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Beim Verdichtungshub der drei Kolben 4, 4, 5 wird die Luft in dem
Raum zwischen den Kolbenböden verdichtet und der Brennstoff durch das Brennstoffventil
16 in den Verbrennungsraum 17 fächerförmig eingespritzt. Dieser Verbrennungsraum,
der sich zwischen den beiden Dachflächen 15 der Spülluftkolben 4 befindet, hat die
Form einer Scheibe, die in der Ebene des fächerförmigen Brennstoffstrahles liegt.
Der Brennstoff gelangt daher unmittelbar an alle Teile dieses Verbrennungsraumes,
so daß er auf die. in dem Raum befindliche hoch verdichtete Luft gut verteilt wird.
Der Auspuffkolben 5 ist dabei den Spülluftkolben 4 schon sehr nahe gekommen, so
daß sich in den Spalten 18 im wesentlichen nur verdichtete Luft befindet. Kurz bevor
nun der Verdichtunshöchstdruck erz5
reicht wird, also noch vor der
Zündung, beginnt der Auspuffkolben 5 infolge seiner Voreilung bereits seinen- Auswärtshub,
während die beiden Spülluftkolben 4 sich noch etwas nähern. Durch diese Bewegung
des Auspuffkolbens 5 entsteht in den engen Spalten 18 ein Unterdruck, der zur Folge
hat, daß aus dem Verbrennungsraum 17 ein Brennstoff-Luft-Gemisch in die Spalten
hineingesaugt wird. Es tritt darauf die Zündung ein. Da einerseits in dem Verbrennungsraum
17 der Brennstoff durch die Anpassung dieses Raumes an die fächerförmige Gestalt
des Brennstoffstrahles auf die Luft gut verteilt ist und anderseits sich auch noch
in den Spalten 18 ein brennbares Gemisch befindet, wird eine restlose Verbrennung
erzielt. Es ist also die in den Spalten r8 zum Zeitpunkt des Verdichtungshöchstdruckes
befindliche Luftmenge auch noch zur Arbeitsleistung herangezogen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 bis 6 haben die Böden der Spülluftkolben
4 die normale dachförmige Gestalt, jedoch haben insbesondere die einander gegenüberliegenden
Dachflächen 13 dieser Kolben je eine Aussparung i9, die eine im Querschnitt halbrunde
Rinne bildet, welche sich nach dem Auspuffkolben 5 zu erweitert. Die beiden Aussparungen
i9 ergänzen sich zu einer kegelförmigen öffnung 2o. Ferner ist der Auspuffkolben
5 mit einer etwa halbkugelförmigen Aushöhlung 2 i versehen, die mit den Rinnen icg
.der Spülluftkolben 4 zusammen einen birnenförmigen Verbrennungsraum 2o, 21 bildet
(Fig.4).
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Die Düse des Brennstoffventils 16 ist hier eine Einlochdüse, durch
die ein kegelförmiger Brennstoffstrahl erzeugt wird.
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Infolge der Anpassung des Verbrennungsraumes 19, 21 an die kegelförmige
Gestalt des Brennstoffstrahles kann der Brennstoff unmittelbar jeden Teil des Verbrennungsraumes
bestreichen, so daß eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs auf die darin befindliche
hoch verdichtete Luft gesichert ist. Auch hier bilden sich kurz vor der Zündung
zwischen dem Auspuffkolben 5 und den Spülluftkolben 4 enge Spalten 18, in die infolge
der Voreilung des Auspuffkolbens Brennstoff aus dem Verbrennungsraum 2o, 21 hineingesaugt
wird, so daß die in diesen -Spalten befindliche Luft zur Verbrennung ausgenutzt
ist.
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Die Verbrennung wird noch verbessert, wenn das Brennstoffventil 16
nicht unmittelbar in den Verbrennungsraum 17 bzw. 20, 21 mündet, sondern
in einen Raum 22, der in dem Zylinderstern i zwischen den Zylindern :2 der Spülluftkolben
4 vorgesehen ist und sich unmittelbar an den Verbrennungsraum anschließt. Dieser
Vorraum 22 ist von einem Kühlwassermantel23 umgeben.
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Der Raum 22 hat die Aufgabe, den Brennstoffstrahl für die Verbrennung
vorzubereiten. Zu Beginn der Einspritzung, während die Kolben 4, 4, 5 sich noch
auf dem Verdichtungshub befinden, wird ein Luftstrom aus dem Verbrennungsraum 17
bzw. 2o, 2i in ,den Vorraum eingeblasen, also entgegengesetzt zur Richtung des Brennstoffstrahles.
Der Strahl wird dadurch schon in dem Vorraum 22, insbesondere durch Reibung an der
entgegenströmenden Luft, zerstäubt und mit Luft durchsetzt, wodurch er für .die
spätere Verbrennung gut vorbereitet ist.
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Die Erfindung eignet sich auch für Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderstern,
bei dem mehr als drei Kölben auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeiten.