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Schnellaufende Brennkraftmaschine für luftlose Brennstoffeinspritzung
Es sind schnellaufende Brennkraftmaschinen für luftlose Brennstoffeinspritzung mit
außermittig angeordneter Vorkammer, durch deren Austrittsöffnung Brennstoff unmittelbar
in den Zylinderräum eingespritzt wird, und mit einem Luftspeicher, dessen Ausblasöffnung
sich unterhalb und in der Nähe der Ausblasöffnung der Vorkammer befindet und mit
dieser einen annähernd rechten Winkel bildet, bekannt.
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Bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen handelt es sich um Maschinen
mit hängend Über dem Zylinder angeordneten Ventilen. Die Erfindung betrifft eine
Brennkraftmaschine mit stehender Ventilanordnung und besteht darin, daß bei seitlich
vom Zylinder angeordneten stehenden Ventilen der Speicher außer der Ausblasöffnung
noch zwei kleinere Nebenau-strittsöffnungen erhält, deren Richtung auf den Raum
über denjenigen Ventiltellerhälften der beiden Ventile zeigt, die der Vorkammeraustrittsöffnung
abgewandt sind und außer der erwähnten Vorkammeraustrittsöffnung noch weitere kleinere
Bohrungen in der Vorkammer vorgesehen und nach den gleichen Räumen über den vorerwähnten
Ventiltellerhälften gerichtet sind wie die Nebenaustrittsöff nungen des Speichers
und diese beiden Richtungen bzw. Abblasströme sich möglichst in einem rechten oder
annähernd rechten Winkel kreuzen. Es stellt einen grundsätzlichen Unterschied dar,
ob eine Brennkraftmaschine mit hängend über dem Zylinder angeordneten Ventilen vorliegt
oder aber eine Brennkraftmaschine mit neben dem Zvlinder stehend angeordneten Ventilen.
Im letzteren Falle entsteht zwangläufig über den beiden Ventiltellern der Ventile
ein größerer toter Raum, der sich insofern sehr störend und schädlich auswirkt,
als bisher eine genügende Verwirbelung _ des Brennstoffes und der Luft in diesem
toten Raum nicht zu erzielen war. Das ist auch der Grund, weshalb Dieselmaschinen
mit stehenden Ventilen bisher kaum ausgeführt worden sind, obwohl diese Bauart in
anderer Be-. ziehung erhebliche Vorzüge aufweist.
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Es kommen bei stehender Ventilabordnung für je einen Zylinder zwei
Stoßstangen, zwei Schwinghebel, zwei Schwinghebelböcke und dazugehörige Lagerungen
in Wegfall. Diese Teile unterliegen insbesondere bei schnellaufenden Dieselmotoren
dem Verschleiß. Dies entfällt also bei einem Motor mit stehenden Ventilen. Außerdem
tritt eine geringere Beanspruchung
der Steuerungsteile ein. weil
geringere Massen bewegt «-erden. Auch die Steuerung ist besser zu beherrschen.
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Bei hängenden Ventilen dehnt sich der Zylinder durch die Erwärmung
aus. der Schwing hebelbock wandert also etwas nach oben. Da jedoch die kälter bleibende
Stoßstange sich nicht in dem Maße ausdehnt, wird das Spiel im Ventilgestänge größer,
was außer der Veränderung der Öffnungszeiten auch ein härteres Aufsetzen der Ventilteller
auf ihren Sitz zur Folge hat. Auch dieser Machteil fällt bei stehenden Ventilen
weg.
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Wie bereits oben ausgeführt, konnte sich aber diese an sich vorteilhafte
Bauart lediglich deshalb nicht durchsetzen, weil in den toten Räumen über den Ventilen
eine genügende Durchivirbelung der Luft mit Brennstoff und eine genügend schnelle
Beschleunigung der Luftmassen zur raschen Teilnahme an der Verbrennung nicht zu
erreichen waren.
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Die Erfindung überbrückt nicht nur diese Schwierigkeiten an sich,
sondern gibt insbesondere auch eine einwandfreie Lösung dieser Aufgabe insofern,
als der Bau von schnelllaufenden Dieselmotoren mit seitengesteuerten Ventilen ermöglicht
wird.
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ach der Erfindung wird die Aufgabe prinzipiell in der Weise gelöst,
daß vom Speicher und von der Vorkammer j e zwei Kanäle ausgehen, die auf die toten
Ecken über den Ventilen gerichtet sind, aus denen Abblasströme austreten, die annähernd
im rechten Winkel aufeinandertreffen.
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Der Brennstoff wird also durch die Vorkammer bzw. Durchgangskammer
hindurchgeführt, wobei ein Teil in der Vorkammer verbleibt und ein Teil in den Hauptverbrennungsraum
gelangt. Durch die Strömung der Luft, die der aufwärts gehende Kolben nach dein
Speicher zu bewirkt, sowie durch die im Hauptbrennraum entstehendeTeilverbrennung
wird ein Teil Brennstoff in den Speicher mitgerissen. Die sich anschließenden gleichzeitigen
Teilverbrennungen in Vorkammer und Speicher bewirken das Ausblasen aus diesen Räumen
nach dem Hauptverbrennungsraum zu, wobei gleichzeitig drei kräftige Abblasströme
von Brennstoff-Luft-Gemisch aufeinanderprallen und hierbei einerseits eine Teilnahme
der noch restlichen Luft an der Verbrennung bewirken und andererseits infolge der
Prallivirkung der aufeinanderprallenden Ströme eine solche Beschleunigung der Luftmassen
in allen Ecken des Brennraumes hervorrufen, daß das Verfahren vor allem für schnellaufende
Brennkraftmaschinen geeignet ist.
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Dabei ist das Aufeinanderprallen von nur zwei Abblasströmen aus Vorkammer
und Speicher bei der älteren Maschine ausreichend, jedoch nicht bei einer Maschine
mit stehenden Ventilen, bei der sich ein g föriniger Brennraum über den Ventilen
ergibt. 'Mittels der hei vorliegender Erfindung vorgesehenen seitlichen Austrittsöffnungen
aus dein Speicher und der zwei zugeordneten Austrittsöffnungen aus der Vorkammer,
die sämtlich auf die toten Ecken über den Ventilen gerichtet sind und die annähernd
im rechten Winkel aufeinander-,treffen, ist es möglich auch die seitengesteuerte
Maschine als schnellaufenden Dieselinotor zu bauen.
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Die Brennkraftmaschine ist im folgenden an Hand der Zeichnung, die
ein Ausführun-sbeispiel zeigt, erläutert.
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Es zeigen: :Uli. i einen senkrechten Schnitt durch ZN-linder und Zylinderkopf
einer Brennkraftniaschine mit seitlich angeordneten Ventilen.
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Abb. = eine Grundrißteilansicht dazu mit teilweisem Querschnitt durch
den Zylinderkopf.
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Abb. 3 einen senkrechten Schnitt nach Linie III-III der Abb. i.
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In der Zeichnung stellen dar: a den Hauptverbrennungsraum, b die Vorkammer
und c den Speicher, d die Brennstoff einspritzende Düse, cz und f die beiden Ventile
und g die Austrittsöffnung der Vorkammer in den Hauptverbrennungsraum a-. Diese
Austrittsöffnung ist zentral oder fast zentral zur Vorkammerinitte und Düse gelegen
und so bemessen, daß ein großer Teil des Brennstoffes durch die Vorkammer b hindurch
in den Hauptverbrennungsraum a eingespritzt wird. h ist der Hauptverbindungskanal
des Speichers finit dem Hauptverbrennungsrauma. Der durch die Vorkarmner b und die
Öffnung g hindurchgeblasene Brennstoff wird beim Hochgellen des Kolbens zum Teil
durch den Speic:i@rauslaß lr dem Speicher c zugeführt. Der Speicherauslaß h, ist
so angeordnet, daß das Abblasen des Speichers nach der Zylindermitte zu erfolgt.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, bildet ferner die Mittellinie des Speicherauslasses
lc mit derjenigen der Auslaßöffnung g der Vorkammer einen fast rechten Winkel, so
daß die aus Vorkammer und Speicher in den Zylinderraum gelangenden Abblaseströme
in dieseln Winkel aufeinandertreffen und hierdurch eine besonders kräftige Verwirbelung
des Brennstoffes hervorrufen.
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Erfindungsgemäß sind zwei weitere nach dein Hauptverbrennungsraum
a führende Speicherauslaßöffnungen i und h vorgesehen, die kleiner im Durchmesser
sind als die Hauptauslaßöffnung Ir.. Die Austrittsrichtung des Auslaßkanals t. zeigt
auf den Raum über der Ventiltellerhälfte des Ventils e, die der Vorkammeraustrittsöffnung
abgewandt ist. Ebenso zeigt die Richtung des Kanals k auf den Raum über der Ventiltellerhälfte
des Ventils f,
die der Vorkammeraustrittsöffnung g abgewandt ist.
Im rechten oder fast rechten Winkel zu den beiden aus den Kanälen i und
k
austretenden Abblasströmen liegen die Vorkammeraustrittsöffnungen
l und in. Die einzelnen Vorgänge werden sich hierbei wie folgt abspielen:
Gegen Ende des Verdichtungshubes wird Brennstoff durch die Düse d eingespritzt,
von dem ein großer Teil unmittelbar in den Hauptverbrennungsraum a gelangt. Mit
Rücksicht hierauf und die Tatsache, daß im Zylinderraum a eine höhere Temperatur
als in der Vorkammer b vorhanden ist, wird die Zündung des Brennstoffes im Raum
a erfolgen, hier eine Teilverbrennung und damit Drucksteigerung eintreten, durch
die Brennstoffteile durch den Kanal k in den Speicher c geführt werden. Darauf wird
im Speicher c und zugleich in der Vorkammer b eine Teilverbrennung auftreten, so
daß durch die Auslaßöffnungen g und h zwei kräftige Abblasströme austreten und im
Hauptverbrennungsrauma aufeinandertreffen, was eine kräftige Verwirbelung der in
diesem Raum zuvor eingespritzten Brennstoffmenge zur Folge haben wird. Dabei wird
der aus der Vorkammer b austretende Abblasstrom die in dieser beim Einspritzen zurückgebliebenen
Brennstoffteile in den Hauptverbrennungsraum befördern und verwirbeln.
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Wenig erfaßt von dieser intensiven Verwirbelung durch diese beiden
Abblasströme würden die beiden äußersten Raumecken über den beiden Ventiltellerhälften,
die der Vorkammeraustrittsöffnung abgewandt sind. In diese Räume zeigen jedoch erfindungsgemäß
die Speichernebenaustrittsöffnungen i und k sowie die Vorkammernebenaustrittsöffnungen
L und in. Bei der im Speicher c und in der Vorkammer b gleichzeitig auftretenden
Teilverbrennung und damit entstehenden Drucksteigerung in diesen Räumen wird einesteils
durch die Speicheraustrittsöffnung i ein Abblasstrom austreten, der auf den aus
der Vorkammeraustrittsöffnung l austretenden Abblasstrom im rechten oder fast rechten
Winkel auftrifft und damit eine kräftige Verwirbelung bzw. Beschleunigung der Luftmasse
in dieser Raumecke hervorruft, andernteils wird der durch die Speicheraustrittsöffnung
k austretende Abblasstrom im rechten oder fast rechten Winkel auf den aus der Vorkammeraustrittsöffnung
in austretenden Strom treffen und hier ebenfalls eine kräftige. Verwirbelung verursachen.
Durch diese in den Ecken des Hauptverbrennungsraumes hervorgerufenen zusätzlichen
intensiven Verwirbelungen und Luftmassenbeschleunigungen wird eine rasche Teilnahme
dieser Luft an der Gemischbildung und damit an der gesamten Verbrennung bewirkt,
was dieses Verfahren hervorragend für schnellaufende Brennkraftmaschinen mit seitlich
angeordneten Ventilen geeignet macht.
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Zusätzlich kann zweckmäßig auch noch eine Bohrung it vorgesehen werden,
die, wie aus der Zeichnung hervorgeht, noch einen übrigen Teil des Hauptv erbrennungsraumes
a mit einem Ausblasstrom erfaßt.
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Bei den geschilderten Vorgängen haben den Hauptteil der Verwirbelung
die beiden aus den Kanälen g und 1a austretenden Abblasströme, schon besonders infolge
ihrer zentralen Lage, zu bewirken. Die Durchmesser dieser beiden Auslaßkanäle sind
demgemäß größer als die der Nebenkanäle i, k, l und in, zu-
mal je
durch den Kanal g ein großer Teil des einzuspritzenden Brennstoffes hindurch in
den Hauptverbrennungsraum a zu gelangen hat und durch den Kanal lt eine Brennstoffteilmenge
in den Speicher c zu führen ist.