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Viertaktbrennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende, luftverdichtende
Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft Viertaktbrennkraftmaschinen,
insbesondere selbstzündende, luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen, mit
einem hn Zylinderkopf, und zwar in der Verlängerung der Zylinderachse angeordneten,
vom Hubraum abgesetzten, im wesentlichen zylindrischen oder kugeligen Brennraum,
dessen Durchmesser im Vergleich zum Hubraumdurchmesser stark verkleinert ist, in
den ferner die Ladung über einen Einlaß in der Seitenwand eingeführt wird und aus
dem die Abgase über ein in seiner Stirnwand angeordnetes Auslaßventil entweichen.
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Es sind bereits Viertaktbrennkraftmaschinen bekannt, welche gegenüber
dem Zylinderraum keinen stark eingeschnürten Brennraum besitzen und bei welchem
am äußersten Umfang des Zylinders Spülluft in tangentialer und gegen den äußeren
Teil der Stirnfläche des Kolbens gerichteter Weise eingeführt wird. Diese Ausbildung
erfordert aber ein Einlaßventil von größerem Durchmesser als der Arbeitskolben selbst.
Dieses muß mit Liderung versehen werden, wird auf einer großen Fläche dem Verbrennungsdruck
und der Verbrennungstemperatur ausgesetzt und ist schwer zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung besteht nur darin, die für Maschinen ohne
eingeschnürten Brennraum bekannte Spülluftführung bei Maschinen der vorstehend bezeichneten
Gattung in Anwendung zu bringen. Dies wird erreicht durch Unterteilung des Einlaßes
in eine Mehrzahl von Einlaßventilen und durch Ausbildung des die Ladung zum Brennraum
führenden Teils des Zylinderabschlusses derart, daß die eintretende Ladung, wie
sonst an sich bekannt, eine zur Achse des Brennraumes tangentiale und während des
Durchganges des Kolbens in der Nähe der äußeren Totpunktlage am äußeren Umfang des
Brennraumes auf den mittleren Teil des Kolbenbodens gerichtete, dort umkehrende
und längs der Achse des Brennraumes auf die Stirnfläche des Auslaßorgans und um
dasselbe herum zur Auslaßöffnung gerichtete und drehende Bewegung annimmt.
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In weiterer Ausbildung dieser Maschine kann der sonst flache Kolben
einen Aufsatz erhalten, der so geformt ist, daß die außen im Brennraum tangential
gegen den mittleren Teil des Kolbens auftreffende Ladung durch diesen in die Mitte
des Brennraumes umgeleitet und gegen die Stirnfläche des Auslaßorgans hin geführt
wird.
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Zusätzlich hierzu kann auch noch das Auslaßorgan gegen den Verbrennungsraum
hin so geformt sein, daß der in der Verlängerung der Zylinderachse sich bildende,
vom Kolben sich weg bewegende Wirbel gegen den Umfang des Auslaßventils hin erweitert
wird.
Die Viertaktbrennkraftmaschine kann schließlich auch so ausgebildet
werden, daß die tangential und gegen den mittleren Teil des Kolbenbodens hin gehende
Drehbewegung de,:
| Ladung gegenüber der Achse des Brennraunt@ |
durch exzentrische Anordnung mindestens eiri:@,l Teils der Einlaßorgane im Brennraum
unil= Erweiterung des letzteren in Richtung gegen den Kolben hin erfolgt.
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Mit diesen Vorschlägen gemäß der Erfindung wird eine starke und unmittelbare
Kühlung der heißesten Teile des Verbrennungsraumes, wie der Mitte der Kolbenstirnfläche,
des Auslaßorgans und der Wände des eingeschnürten Brennraumes, ferner auch eine
gute Ausspülung und Ladung des eigentlichen Brennraumes sowie eine große Wirbelgeschwindigkeit
zwecks rascher Zerstäubung des Brennstoffes und seiner guten Verbrennung erreicht.
Die Wirbelgeschwindigkeit soll durch die !Zehrzahl der Einlaßventile im ganzen Brennraum
eine gleichmäßige werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele einer Viertaktbrennkraftmaschine
mit den Merkmalen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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Gleiche oder entsprechende Teile sind mit gleichen Zahlen bezeichnet.
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Fig. i und 2 sind zwei Vertikalschnitte durch den Verbrennungsraum
einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung. Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt nach
Linie I-I durch die Einlaßorgane der Fig. i und 2.
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Fig. q. und 5 sind Horizontalschnitte durch die Einlaßorgane, wobei
dieselben anders angeordnet sind als in Fig. 3.
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Fig. 6 zeigt wieder einen Vertikalschnitt durch den Verbrennungsraum,
und Fig. 7 stellt einen Horizontalschnitt durch die Einlaßorgane eines Verbrennungsraumes
nach Fig. 6 dar.
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Fig.8 zeigt die Bewegungsrichtung der Ladeluft sowie der Abgase während
des Spülvorganges.
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Fig. 9 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine besondere Form des Verbrennungsraumes.
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i ist der Zylinderkopf eines Zylinders :z einer Brennkraftmaschine.
3 ist der Arbeitskolben, der in üblicher Weise mittels der nicht gezeichneten Schubstange
mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. q. sind die Einlaßventile,
5 ist das Auslaßorgan, welches mit einer Feder 6 auf seinen Sitz gedrückt wird.
6' ist der Hebel, mit welchem das Auslaßorgan betätigt wird. Die Abgase verlassen
den Zylinderdeckel i durch das Gehäuse 7, in welchem das Ventil s geführt ist. In
der Nähe dieser Führung kann das Gehäuse in bekannter Weise gekühlt sein, wie dies
durch den Kühlraum 8 angedeutet ist. 9 sind die Augen für die Brennstoffventile,
durch welche der Brennstoff in den Verbrennungsraum eingeführt wird. io sind die
Öffnungen für den Eintritt der neuen Ladung. In Fig. i bis 3 sind als Einlaßorgane
q. selbsttätig wirkende Ventile vorgesehen. Dieselben werden durch Federn ii auf
ihren Sitz niedergedrückt. Die besondere Ausbildung der 11aschine gemäß der Erfindung
nach diesen Ab-Kildungen besteht nun darin, daß am Umfang @s zylindrischen Verbrennungsraumes
12 sechs Einlaßorgane radial angeordnet sind. Die Zutrittskanäle 44 zu den Abschlußöffnungen
dieser Ventile sind so ausgebildet, daß die Ladung im entgegengesetzten Sinn zum
Uhrzeiger - wennwir uns Fig. 3 ansehen - in den Verbrennungsraum eintreten und dort
einen Wirbel erzeugen kann. Die Eintrittsrichtung wird durch besondere Formgebung
der gekühlten Rippen 13 erzielt. Die gegen den Kolben hin bestehende Bewegungsrichtung
wird durch nach abwärts gehende Neigung der Wände 1q. erzielt. Wie man sich leicht
vorstellen kann, entsteht also eine am äußeren Umfang des Verbrennungsraumes tangential
und nach unten gerichtete Bewegung, die dann auf dem Kolbenboden aufstößt und von
dort in der Nähe der Zylinderachse gegen das Auslaßorgan hin abströmt, solange das
Auslaßventil offen ist. Gleichzeitiges Offenhalten von Ein- und Auslaßorganen findet
bei Brennkraftmaschinen, welche mit Spülung arbeiten, d. h. wo die Ladung in vorverdichtetem
Zustand eingeführt wird, statt. Fig. i zeigt die Stellung der Ein- und Auslaßventile
bei einem solchen Spülvorgang. Der Weg, den die ein- und austretenden Spülluft-
bzw. Auspuffgase nehmen, ist durch die dünnen Linien 15 angedeutet. In Fig. 2 sind
nur noch die Einlaßventile geöffnet gezeichnet, wie dies während des Saughubes einer
Viertaktmaschine der Fall ist. Der Kolben ist dementsprechend in einer weiter unten
liegenden Stellung gezeichnet. In diesem Fall findet eine nach unten gerichtete
drehende Bewegung der eintretenden Ladung statt, die sich dann auch bis gegen den
Kolbenboden hin erstreckt. In diesem Fall ist die Drehbewegung der eintretenden
Ladung durch die dünn gezeichneten Linien 16 dargestellt. In Fig. 3 sind sämtliche
Einlaßorgane in geschlossenem Zustand dargestellt. Die Pfeile 17 zeigen die Eintrittsrichtung
der Ladung vor den Einlaßorganen und die Pfeile 18 die Drehbewegung derselben im
Verbrennungsraum i2.
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In Fig. q. ist eine Ausbildung gezeigt mit gesteuerten Einlaßorganen.
Es sind ebenfalls deren sechs rund um den Verbrennungsraum herum angeordnet. Vier
dieser Ventile q münden radial in den Verbrennungsraum ein und zwei derselben, mit
q.' bezeichnet, gehen mit ihrer Achse beidseitig neben der Mitte des Verbrennungsraumes
durch. Diese Anordnung ist deshalb getroffen, damit von diesen Organen aus die bereits
eingetretene Ladung im entgegengesetzten Sinn des Uhrzeigers im Verbrennungsraum
herum getrieben wird. Dies erfolgt durch die hart auf
der einen
Seite des Einlaßorgans liegende eingekerbte Wandung i9 des Verbrennungsraumes. Durch
diese Drehbewegung der eingetretenen Ladung wird auch die durch die übrigen Organe4
eintretende Ladung im Verbrennungsraum in drehende Bewegung versetzt. Die nach abwärts
gehende Richtung wird, wie in den Ausführungen nach Fig. i und 2, durch Einbau von
schief nach abwärts gehenden Wänden 14 (in Fig. 4 und 5 nicht gezeichnet) bewirkt.
Die Steuerung der Einlaßorgane erfolgt durch die zwei Nockenwellen 2o, die beidseitig
des Zylinderdeckels i angeordnet sind. 21 sind die Einlaßnocken, 22 die Hebel- und
Rollengetriebe, welche einerseits auf die Nocken 21 und andererseits auf die Ventile
4 bzw. 4' wirken. Die Einlaßorgane 4 und 4 werden durch die Federn ii auf ihren
Sitz gedrückt.
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In Fig. 5 ist eine Ausführungsform mit nur vier Einlaßorganen 4' gezeigt.
Alle diese Organe sind so angeordnet, daß ihre Achsen neben der Mitte des Verbrennungsraumes
vorbeigehen. Die Anordnung ist so, daß durch die entstehenden vier Einkerbungen
i9 in der Wand des Verbrennungsraumes wieder eine eindeutige Drehbewegung im Verbrennungsraum
entsteht, wie dies durch die Pfeilrichtungen 23 angedeutet ist. Es sind hier selbsttätig
wirkende Einlaßorgane eingezeichnet.
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In Fig. 6 und 7 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, wo sowohl die Richtung der eintretenden Luft nach abwärts als auch
die Drehbewegung durch die innere Form des Verbrennungsraumes selbst hergestellt
wird. Die Abwärtsbewegung der Ladung gegen den Arbeitskolben wird durch die nach
oben sich verengende Wandung 24 des Verbrennungsraums i2 erwirkt. Dabei sind die
sechs Einlaßventile 4 und 4 horizontal zur Achse des Zylinders angeordnet, und es
entstehen deshalb in der konisch nach oben zusammenlaufenden Wand 24 des Verbrennungsraums
oberhalb des Ventilabschlusses Einkerbungen 25. Beim Austreten der Ladung durch
die Einlaßventile wird dieselbe durch diese Einkerbungen 25 am Austreten nach oben
verhindert. Deshalb geht der Hauptteil der eintretenden Luft, wie der Pfeil 26 zeigt,
nach unten. Da das Auslaßventil5 nahe bei den Einlaßventilen 4 und 4' angeordnet
ist, wird dadurch auch verhindert, daß ein erheblicher Teil der eintretenden Luft
direkt zum Auslaßventilsitz überströmt und deshalb für die Ausspülung des Zylinders
verloren gehen würde. Die Drehbewegung im Verbrennungsraum, entsprechend Pfeilen
23, wird. durch die exzentrische Anordnung der Einlaßventile 4 bewirkt, indem dieselben
hart an der eingekerbten Wand i9 angeordnet sind, wodurch die eintretende Luft in
der Hauptsache in Richtung gegen den Uhrzeiger (Fig. 7) in den Zylinder eintritt.
Der Sitz der Ventile 4' ist höher angeordnet als der Sitz des difekt danebenliegenden
Einlaßventils 4, so daß sich die durch beide Ventile eintretenden Luftströme nicht
stören. Die Einlaßventile 4 sind radial angeordnet. Sie ergeben also eine infolge
der Einkerbungen 25 in der ` Hauptsache nach unten gehende Lufteinströmrichtung.
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In Fig. 6 ist noch dargestellt, wie der Oberteil des Kolbens ausgebildet
sein kann, um die mit dem Erfindungsgegenstand angestrebte Wirkung noch zu erhöhen.
Der obere Teil des Kolbens 27 ist so geformt, daß er die nach unten strömende Ladung
bzw. Gase in ihrer Umkehrbewegung von außen nach innen und aufwärts unterstützt.
Des weiteren ist der Kolben mit einem Ansatz 28 versehen, der in den Verbrennungsraum
i2 hineinragt. Ragt nun während des letzten Teils des Verdichtungshubes oder des
Ausstoßhubes dieser Ansatz in den Verbrennungsraum hinein, so wird die unter dem
Kolbenteil ?,9 sich befindende Ladung bzw. Abgase mit großer Geschwindigkeit durch
den zwischen Ansatz 28 und der Wand 24 des Verbrennungsraumes entstehenden engen
Spalt nach oben. getrieben. Durch die nach oben auslaufende, am Kolbenansatz angebrachte
Vertiefung 30 wird den durch die Kolbenstelle 29 verdrängten Abgasen eine
im Sinn der Drehbewegung nach Pfeil 23 stattfindende Bewegung erteilt. Durch diese
Ausbildung wird aber auch erreicht, daß am Ende des Verdichtungshubes, also kurz
vor der Einleitung des Brennstoffeinspritz- und damit des Verbrennungsvorganges
die im Zylinder herrschende Drehbewegung der Luft noch unterstützt wird, was für
die Brennstoffverteilung von Vorteil ist. Die am Ende des Auspuffvorganges noch
erfolgende Unterstützung der Drehbewegung hilft der vollständigen Entladung des
Zylinders und erleichtert sicher auch den Beginn des Einlaßvorganges. In Fig.6 ist
weiter das Au slaßventi15 an seinem in den Verbrennungsraum ragenden Tei13i noch
so ausgebildet, daß durch seine Form das Abströmen in Richtung der Zylinderachse
gegen den Sitz 32 des Auspufforgans hin erleichtert wird. Damit das Venti15 hierbei
nicht zu schwer wird, kann es innen hohl ausgebildet sein, entsprechend Form 33.
Des ferneren können, was aber nicht Gegenstand der Erfindung, im Auspuffkanal schraubenförmige
Führungen 34 eingebaut sein, welche den austretenden Gasen ebenfalls eine Drehbewegung
im Sinn der Pfeile 23 erteilen, wodurch das Austreten aus dem Ventil und das Übertreten
in den Ausströmhals 36 erleichtert wird.
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In Fig. 8 ist dargestellt, wie die Luft- bzw. Gasbewegung im Zylinder
während der Spülperiode erfolgt und welche Richtung sie einnimmt. Von den Einlaßventilen
stößt die Ladung bzw. Spülluft auf den Kolbenboden, und zwar so, daß sie um die
Zylinderachse herum
sich dreht; im mittleren Teil des Kolbens steigt
dann die Spülluft, immer in der gleichen Richtung kreisend, hoch und stößt die Auspuffgase
über den Teller des Auspuffventils 5 hinweg in den Austrittsstutzen nach dem Auslaßorgan.
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in Fig. 9 ist noch eine Ausführung des Erfindungsgegenstandes dargestellt,
bei welcher der Verbrennungsraum wenigstens in seinem oberen Teil kugelförmig ausgebildet
ist. Dadurch erhält derselbe eine kleinste Oberfläche, wodurch auch der Wärmeübergang
an das Kühlwasser verhältnismäßig klein wird und damit der Wirkungsgrad der Maschine
steigt.
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Der Erfindungsgegenstand ergibt den Vorteil, daß die kalte Ladung
zuerst nur an die äußeren Wandungen des Verbrennungsraumes und des Verbrennungszylinders
gelangt und die wärmeren Gase in der 'Mitte desselben aufsteigen.