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Luftverdichtende, selbstzündende Viertaktbrennkraftmaschine Es sind
Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen am Stirnende eines offenen Brennraum,es
axial ineinander angeordnete, denn Eintritt der Ladung und den Austritt der Abgase
vermittelnde Ventile angeordnet sind. Anderearseits ist es bei Bremrnkraftmaschinen
mit Verdichtungszündung bekannt, gegenüber dem Zylinderdurchmesser eingeschnürte-
Brennräume von elliptischem Querschnitt zu verwenden und durch Wirbelerzeugung.
im Brennraum die Verteilung des. Brennstoffes zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf luftverdichtende, selbstzündende-
Viewtaktbrennkraftrnaschinen, bei denen flüssiger Brennstoff gegen Ende dies Verdichtungshubes
in einen gegenüber dem Hubraumdurchrnesser eingaschnütten, durch die Zylinderkopfdnnenfläche
und die obere Kolbenbodenfläche gebildeten Brennraum von elliptifschem Querschnitt
eingespritzt wird. Die eigentliche erfinderische Neuerung besteht darin, daB die
Ein.- und Auslaßventile in an sich bekannter Weise in der oberen Begrenzungswand
des Brennraumes konzentrisch zueinander angeordnet sind und der Brennraum sich von
den Ventilabschlüssen bis zur e,ingeschniimten Stelle hin erweitert.
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Bei mit Spülung arbeitenden. Viertaktbrennkraftmajschinen dieser Art
werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einerseits während der Spülperiode
die Hübe der
Ein- und @uslaßv°ntile so aufeinander abgestimmt und
andererseits die Ventilkörper und die innere Wand des eingeschnürten Brennraumes
und diejenige des denselben unten abschließenden Kolbenkopfes so geformt, d.aß für
die durch die Ventilöffnungen und den Brennraum strömende Spülluft Durchtrittsquerschnitte
von annähernd gleichen Abmes,sungen entstehen. Der Sitz des inneren Ventils wird
hierbei dem Kolben gegenüber so tief in den äußeren Ventilkörper hinein verlegt
sein, und der darüber hinaus in den Brennraum vorstehende Teil des Ventilkörpers
besitzt eine solch abgerundete, Form, daß eine allmähliche und regelmäßige Umlenkung
der Ladung und der Spülluft von der einen zur anderen Ventilöffnung erfolgt.
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Die Ausbildung kann bei diesen mit Spülung arbeitenden Viertaktbre:nnkraftmaschinen
ferner so getroffen sein, da.ß das innere Ventil in der 1\Tädie der äußeren Totpunktlage
des Kolbens an die entsprechend ausgebildete Gegenform des Kolbenkopfes nahe herantritt
und durch die Wände des Brennraumes und der Ventilkörper ein ringkanalartiger Raum
hergestellt wird.
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Bei Maschinen der eingangs erwähnten Art kann es sodann zweckmäßig
sein, der am Umfang des eingeschnürten Brennraumes einströmenden Spül- bzw. Ladeluft
mittels an sich bekannter Leitvorrichtungen ein Drehimpuls um die Ventilachse zu
erteilen oder die; Verbindungsrippen zwischen Ventilschaft und Ventilhülse des äußeren
Ventils derart als Leitflächen zu formen, daß sie der zwischen dem inneren und dem
äußeren Ventil eintretenden Spül- bzw. der Ladeluft, wie an sich bekannt, eine drehende
und schraubenförmige Bewegung erteilen.
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Durch die Anordnung der ineinanderliebenden Ein- und Auslaßventile
im eingeschnürten Brennraum selbst wird erzielt, daß der Eintritt der Spül- und
Ladeluft direkt am Umfang des eingeschnürten Raumes stattfindet. Dadurch wird die
heiße Wand des eingeschnürten Brennraumes sehr intensiv gekühlt, und es findet deshalb
eine gute, durch die Wandwärme @venigcr ungünstig beeinflußte Füllung des Zylinders
statt. Bei. mit Spülung arbeitenden Maschinen erfolgt die Ausspülung namentlich
im eingeschn.üärten Brennraum. Auch die Entleerung der Abgase aus dem Zylinder geschieht
an dessen heißester Stelle, d. h. direkt aus dem Brennraum. Durch den Eintritt der
Spül- bzw. Ladeluft direkt am kleineren Umfang des eingeschnürten Brennraumes «-irl
bei gegebener Luftgesch-,vindigkeit eine viel größere Drehgeschwindigkeit im Brennraum
erzielt. Diese Drehbewegung ist offne auf diesen Ort konzentrierte und über den
ganzen Umfang des Bremiraumes gleichmäßig verteilte, so daß auch ihre; Wirkung auf
die Brennstoffverteilung eine bessere und gleichmäßigere ist. Durch die vorgeschlagene
Ausbildung der Verbindungsrippen zwischen Ventilschaft und Ventilhülse des äußeren
Ventils wird die Wirbelbewegung noch verstärkt.
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Die Spül- und Ladeluft kann entweder durch das äußere Ventil zu- und
die Abgase im Ringraum zwischen den beiden Ventilen abgeführt werden, oder umgekehrt.
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Bezüglich der Begriffe Spülung und Ladung ist der erstere, d. h. die
Spülung, als derjenige Teil des Einlaßvorganges aufzufassen, während welchem die
Ein- und Auslaßorgane gleichzeitig offen sind und ein Durchspülen des Brennraumes
stattfindet. Dieser Vorgang wird sich bei Viertaktmaschinen abspielen, wenn sich
der Kolben in der N ähe der inneren Totlage befindet. Ladung ist hingegen derjenige
Teil des Einströmvorganges, welcher auf die eigentliche Spülung folgt, und wo während
des Einlaßvorganges nur die Einlaßorgane allein offen, die Auslaßorgane hingegen
geschlossen. sind. Während dieses Vorganges findet also ein bloßes Einnehmen neuer
Ladung statt.
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Die Erfindung erlaubt eine platzsparende Unterbringung der Ventile
innerhalb des für die Gemischbildung und Verbrennung vorgesehenen, eingeschnürten
Brennraumes. Es entsteht dort eine rein rotationssymmetrische Strömung. Weil keine
toten Ecken vorhanden sind, wird der ganze Brennraum von der Spül- und Ladeluft
zwangsläufig erfaßt und von den Abgasen vollkommen gereinigt. Die Brennraumwände
werden deshalb auch gleichmäßig und wirksam gekühlt.
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In den Fig. i bis 9 sind beispielsweise einige Ausführungsformen von
Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine, Fig.
2 einzelne Steuerteile dieser Maschine nach Fig. i in einem Vertikalschnitt durch
die Steuerwelle; Fig. 3 bis 6 sind Darstellungen des besonders ausgebildeten Pimettnraumes
mit den Ein-und Auslaßventilen in größerem Maßstab; in Fig.7 wird eine Brennkraftmaschine
in Sei.tenans.icht, in Fig. 8 und 9 in zwei Horizontalschnitten durch den Zylinderblock
gezeigt.
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Gleiche Zahlen bedeuten gleiche oder entsprechende Teile.
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In Fig. i ist i das Gestell, 2 der Zylinder, 3 der Zylinderdeckel
der Brennkraftmasch.ine. Der Arbeitskolben d. treibt in üblicher Weise mittels der
Pleuelstange 5 die Kurbelwelle 6 an. Der Kolben 4 ist in der inneren Totlage
dargestellt.
Der Verbrennungsraum 7 hat im wesentlichen die Form einer flachen Scheibe: von gegenüber
der Zylinderbohrung eingeschnürtem Durchmesiser. Er ist oben von größerem Durchmesser
als unten. Nach unten ist er begrenzt durch den in die Einischnürung 8 des Deckels
hineinragenden. Verdrängeransatz 9 des Kolbens- q.. Den oberen Abschluß des Verbrennungsraumes
7 bilden die Teiller io und i i der zwei ineinanderge führten Ventile 12 und 13,
welche sowohl mit dem Verbrennungsraum 7 als auch mit dem Zylinder 2 gleichachsig
sind. Die Führungsspindel 14 de:s äußeren Ventils 12 ist als Rohr ausgebildet, welches
seinerseits inwendig die Spindel 15 des inneren Ventils 13 führt. Die Hülse 16 des
äußeren Ventils 12 ist mit dessen Spindel 14 durch Stege 17 verbunden.
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Die Steuerung der Ventile in Fig. i und 2 erfolgt, wie bekannt, in
der Weise, daß die Nocken 18, i9 und 2o der hochliegenden, Steuerwelle 21 auf die
beiden ineinandergeführten Federteller 22 und 23 drücken,. Die. Nockenwelle 21 wird
in der gezeichneten Weise von der Kurbelwelle 6 aus mittels der Kette 2q. und der
Kettenräder 25, 26, 27 und 28 anen. Von der gleichen Antriebskettve 24 getriebe
aus wird auch diie B;rennstoffpump-e 31 betätigt, welche den Brennstoff in,die Einspritzdüsen
32 und 33 fördert.
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In Fig. 2, welche in einem Schnitt senkrecht zum Schnitt nach Fig.
i den oberen Teil der Ventilbetätigung darstellt, sieht man., wie die Nocken 18,
i9 und 2o auf di,ei Fedeirteller 22 hz1v. 23 der Ventile 12 und 13 wirken. 34 und
35 sind die entsprechenden, die Ventile 12 und 13 in die Schließstellung drückenden
Ventilfedern.
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In den Fig. 3 bis 6 sind verschiedene Ventilstellungen dargestellt.
Fig. 3. zeigt den Moment der Durchspülung des Brennraumes 7. Der Koilben q. steht
in der inneren Totlage. Beide Ventile 12 und 13 sind geöffnet. Das innere Ventil
13 ragt bis in den die Gegenform zum Ventilteller i i enthaltenden Kolbenkopf 9
hinein. Die beispiel!s@wei,se durch den Kanal 36 eintretende Ladung strömt im Ringraum
zwischen der Hülse 16 des äußeren Ventils 12 und dem Gehäuse 3 in den Brennraum
7, umströmt dort den'Teller io des. Ventils 12 und wird durch den Ventilteller i
i des inneren, Ventils 13 derart umgelenkt, daß die Spülluft im Ringraum zwischen
der Hülse 16 des Ventils 12 und dem Ventil 13 gegen den Kanal 37 entweicht. Der
Hub, des Einlaß- und des Auslaßventils während der Spülperiode, wenn der Kolben
sich im inneren Totpunkt befindet, sowie die Form der Ventilkörper und die' innere
Wand des eingeschnürten Brennraumes und diejenige des in. denselben hineinragenden
Kolbenkopfes sind so gewählt, daß für die dann durch die Ventilöffnungen und den
Brennrraum strömende Spülluft allmählich vorlaufende Durchtrittsquerschnitte von
annähernd gleicher Abmessung stehen.
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Der Sitz des Ventiltellers i i ist so tief in den Ventilkörper io
verlegt und der darüber hinaus in den Brennraum vorstehende Teil hat eine derart
abgerundete Form, d.aß eine allmähliche und regelmäßige Umlenkung der eingeführten
Spülluft und Ladung erfolgt. Der Kopf dis Ventiltellers i i ist nach unten stark
gewölbt, derart, daß, solange Spielraum zwischen dem Ventil i i und dem Kolbenkopf
9 besteht, die von unten nach oben strömenden Abgase und die Spülluft dadurch besser
gegen. .die Öffnung,des Ventils 13 abgelenkt werden.. Im Kolbenkopf 9 befindet sich
als Gegenfrm zur Form dos Ventiltellers, i i eine entsprechende Vertiefung.
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Die Spielräume 38 und 39 zwischen. dem Ventiskörp,or i i bzw. dem
Zylinderdeckel 3 und dem Kolbenkopf 9 werden so klein als möglich gehalten, so daß
praktisch der ganze Brennraum von der Spül- und Ladeströmung erfaßt wird.
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Fig. q. zeigt die Stellung der Ventile während des Einlaßhubes der
Maschine, wobei. das Ventil 12 als Einlaß- und das: Ventil 13 als Ausilaßventil
dient. Der Teller i i des Ventils 13 sitzt auf dem Teller io des Ventils 12, 'welches
seinerseits geöffnet ist. Die Ladung gelangt durch die Öffnung außerhalb des: Tellers
io in den Brennraum 7 und den Zylinder 2.
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Fig. 5 stellt entsprechend Fig. d. die; VentilstellungwährenddesAusschub'hubesdar.
Hierbei bleibt das äußere Ventil 12 auf seinem Sitz,.während nur das innere Ventil
13 geöffnet ist. Die Abgase der Maschine weirden zwischen den Ventilkörpern 12 und
13 ausgestoßen. .
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In Fig. 6 sind die Ventile 12 und 13 in axonometrischeir Darstellung
gezeigt. Zwecks größerer Übersichtlichkeit ist ein Viertel der Hülse 16 des äußeren
Ventils 12 weggeschnitten. Im Gegensatz zu den Fig. 3 bis 5 tritt hier die Ladung
durch den Kanal 36 und den Ringraum innerhalb, des äußeren Ventils 12 ein. Die Stege
17, welche die Hülse 16 des äußeren Ventils 12 mit dessen Führungsspindel 1,4 verbinden,
sind hier als Schraubenflächen, gewunden, so d.aß sie der einströmenden Spül- bzw.
Ladeluft eine Drehbewegung um die Ventilachse erteilen. Beide Ventile 12 und 13
sind geöffnet, also in der Spülperiode dargestellt. Die Abgase werden in diesem
Fall außerhalb -des Ventils 12 und durch die Kanäle 37 abgeführt.
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Fig.7 zeigt in Seitenansicht eine Sechszylin.derb,rennkraftmaschine:
mit Abgasturbinenaufladung, die im Sinn der Erfindung
gemäß der
Fig. 8 und 9 ausgebildet ist. Sie zeigt, was aber nicht Gegenstand der Erfindung
ist, in welcher Weise die. Steuerwelle 2i von der Kurbelwelle 6 aus mittels der
Kette 24 angetrieben werden kann, und wie die Abgase sämtlicher Zylinder durch die
Leitung 38 gesammelt und der Abgasturbine 39 zugeführt werden. Diese treibt, was
gleichfalls nicht zur Erfindung gehört, auf gleicher Welle das. Laufrad des dahinterliegenden
Turbogebläses 4o, welches die Luft in die hier nicht sichtbare, auf der anderen
Maschinenseite liegende Luftleitung drückt. Die Kette 24 treibt mittels des Kettenrades
26 die Brennstoffpumpe 31, von welcher aus dlie Einspritzdüsen 32 und 33 gespeist
werden.
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In Fig.8, welche einen Horizontalschnitt durch den Zylinderdeckel
3 in der Höhe! des Auslaßkanals 37 nach Fig. i zeigt, sieht man von oben auf das
Ventil 12 herab. Die Rippen 17, welche den Ventilkörper 16 mit der Spinde'] 14 verbinden;
sind hier deutlich sichtbar.
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Fig.9 stellt einen etwas tiefer liegenden Schnitt durch, den Einlaßkanal
36 dar. Damit die einströmende Ladung in Drehbewegung gerät, ist der Kanal
36 spiralförmig gegen das Einlaßventil hin verengt. Weiter wird durch Rippen
41 die Ladung noch zusätzlich tanb ntial dorthin geführt.