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Einspritzbrennkraftmaschine mit im Kolbenboden angeordneter Brennkammer
Die l,.rfinclunl; bezieht sich auf eine l?inspritzbrenrikraftmaschine, bei welcher
der Brennstoff, insbesondere der Leichtbrennstoff, im Saughub der Maschine eingespritzt
und durch Fremdzündung gezündet wird. Die Erfindung ist von besonderer ßccleutu»g
für hochbelastete schnell laufende Maschinen mit beschränkten Außenabmessungen,
beispielsweise für Flugmotoren, bei denen meist für jeden Zylinder mehr als zwei
im Zylinderkopf Düngende Ventile vorgesehen sind. Es sind Brennkraftmaschinen mit
Leichtbrennstoffeinspritzung bekannt, bei welchen die Brennkammer durch eine sich
über die ganze Kolbenfläche erstreckende Vertiefung des Kolbenbodens gebildet wird
und die Einspritzclüse seitlich im Zylinder angeordnet ist, wobei der Brennstoff
quer zur Zylinderachse in die Brennkammer eingespritzt wird. Bei dieser Anordnung
des Brennraums müssen zusätzliche Mittel, wie abgeschirmte Ablaßventile u. dgl.,
angewendet werden, um die Verwirbelung des eingespritzten Brennstoffs mit der Verbrennungsluft
zu fördern und ein einigermaßen gleichmäßiges Gemisch an allen Stellen der Brennkammer
zu erhalten. Durch solche zusätzlichen Mittel wird jedoch der Füllungsf;rad der
Maschine erheblich verschlechtert.
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Die Erfindung beseitigt diesen Mangel der bekannten Maschinen, indem
eine besonders innige Verwirbelung des eingespritzten Brennstoffs mit der
\-crbrennungsluft
und damit eine verhältnismäßig hohe Leistung des Motors bei geringem Brennstoffverbrauch
erzielt wird.
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1)1e 1?1-lindung besteht darin, daß eine in an sich l)el;annter Weise
einseitig im Kolbenboden angeordnete Brennkammer sich im wesentlichen nur über die
eine Hälfte der Kolbenfläche erstreckt und dall sowohl die Brennkammer als auch
die seitlich 1111 Zylinder angeordnete Einspritzdüse auf derjenigen Seite der- Maschine
liegen, auf welcher sich die I?in laßveritile befinden.
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1)e1 eingespritzte Brennstoff wird bei dieser Anortlitung einerseits
durch die an den Einlaßventilen v()i-lic i einströmende Luft und andererseits durch
die aus dein flacheren Brennrauniteil oberhalb des sticht vertieften Kolbenbodens
verdrängte oder beint ,\l)%v;ii-tsgang des Kolbens irr diesen Brennraumteil eiiistrümende
Luft in besonders wirksamer Weise erfaßt und über die gesamte im Zylinderraum vorli;iiiileiie
tiiid in Wirbelbewegung befindliche Luftl?"; hat :ich hierbei als besonders zweckmäßig
für eine gute Gemischbildung herausgestellt, wenn die i'herg:ingsstelle zwischen
der durch die Kolbenvertiefun<g gebildeten Hauptbrennkammer und dein ll;icliei-en
Brennraumteil oberhalb des nicht vertieften Kolbenlodens mit einem verhältnismäßig
großen Kriiniinungshalbmesser abgerundet ist utid i@-ciin ferner der Kolbenboden
beispielsweise lehnenartige Fi.ihrungsleisten zur Erzielung einer inöglichst geregelten
Luftströmung im Brennraum besitzt. Zweckmäßig ist ferner die von dem Kolbeninantcl
gebildete äußere Wand der Brennkammer iii ihrem der Einspritzdüse zugewendeten Teil
weniger hoch ausgebildet als die übrigen Wände der Breunkainmer, so daß der Brennstoff
im oberen I:ollmlitotliunlct von der Seite des Zylinderumfangs 11e1- quer zur Zylinderachse
gegen die Abrundung an teer L'bergangsstelle zwischen den beiden vorgen:uinteii
Teilräumen des Brennraums gespritzt werden kann. Die hierbei entstehenden Vorteile
gehen Hit einzelnen aus der.nachfolgenden Beschreihung hervor.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt -\1i11. i einen Zylinder der Brennkraftmaschine ins Querschnitt und den
Kolben in der Ansicht von oben, Abb. 2 einen Längsschnitt durch Zylinder und Kolben
nach der Liriie 2-2 der Abb. i, wobei sich der Kolliers ain Enele seines Verdichtungshubs
befindet, Abli. 3 ebenfalls einen Längsschnitt nach der Linie 2-= der Abb. i. wobei
sich der Kolben am Alifaug ,;(-iiie s Satighuhs befindet, und Abb. 4 einen Längsschnitt
durch den "Zylinder 11-1c11 der .Linie 3-3 der Abb. i mit einer Seitena11sicht des
Kolbens.
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In dem Zylinder ro bewegt sich der Kolben i i auf lind ab. Er saugt
während seines Abwärtsgangs durch die Einlaßventile 14 die Verbrennungsluft iii
ileit Zylinder hinein, während gleichzeitig durch die quer zur L ä ngsaclise des
Zylinders angeordnete Einspritzdüse 15 Leichtkraftstoff (Benzin) in die Verbrennungsluft
eingespritzt wird, um mit ihr zitsarninen ein brennbares Gemisch zu bilden.
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In (lern Kolbenboden 12 ist auf einer Seite eitre \lertiefung 13 vorgesehen,
die sich im wesentlichen 11n1- über die eine Hälfte der Kolbengrundfläche erstreckt,
und zwar" liegt diese Vertiefung 13 auf derjenigen Seite der Maschine, auf welcher
sich im Zylinder auch die Einspritzdüse 15 und die Einlaßventile i4 belinden. 1)1e
voll dem Koll)eninantel 22 gebildete äußere Wand der Vertiefung 13 ist in ihrem
der Einspritzdüse 15 zugewendeten Teil 23 weniger hoch ausgebildet als die übrige
Seitenwand der Vertiefung und außerdem an ihrer Oberkante bei 26 stark abgerundet,
so daß die während des Abwärtsgangs des Kolbens durch die Einlaßventile 14 in Richtung
der Pfeile 27 (Abb.3) angesaugte Frischluft ungehindert in den Zylinder einströmen
kann, tim sich dort mit dem durch die Dfse 15 eingespritzten Brennstoffnebel zu
mischen.
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Die Übergangsstelle 2o der Vertiefung 13 in den nicht vertieften Teil
des Kolbenbodens 12 ist mit einem verhältnismäßig großen Krümmungshallimesser abgerundet.
Außerdem schließen sich an diese Übergangsstelle zu beiden Seiten mit ebenfalls
weich gerundeten Übergängen lehnenartige Teile 2s all, die voll dem an dieser Stelle
in voller Nölte stehenbleibenden Kolbeurnantel 22 gebildet werden und ihrerseits
wieder bei 29 allmählich in den niedrigeren 'feil 23 des Kolbenmantels übergehen.
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Gellt der Kolben i i anschließend all den Sauglitrl) wieder tiacli
oben, um das ins Zylinder enthaltene Brennstoff -Luft-Gemisch zu verdichten, so
wird das Gemisch im letzten Teil des Verdiclitungsliulis durch den gewissermaßen
als Verdränger wirkenden, nicht vertieften Teil des Kolbenbodens 12 hauptsächlich
in die Vertiefung 13 des Kolbenbodens hinein verdichtet (.\1b. 2), wobei eine lebhafte
Bewegung des Gemisches in Richtung der Pfeile 21 und infolgedessen eine sehr gründliche
Homogenisierung es Gemisches stattfindet. Wird das Gemisch nun, kurz Bevor der Kolben
seinen inneren Totpunkt erreicht liat, durch die Zündkerzen 16 :in einer Stelle
entziiiiclet. so treibt der nicht vertiefte Verdrängerteil des Kolbens gegen Ende
des Verdichtungshubs die Zündflanirne finit großer Geschwindigkeit, aber in durchaus
geregelter Weise, in die Vertiefung 13 hinein, wo der Hauptteil des Gemisches entflammt
wird, so daß die Vertiefung 13 also als Brennkammer wirkt. Infolge des allseitig
gerundeten Übergangs der Trennkammer 13 in den nicht vertieften Teil des Kolbenbodens
erfolgt das Einströmen des zum Teil bereits entflammten Gemisches in die Brennkammer,
ohne daß irgendwelche störenden Handwirbel an scharfen Übergangskanten od. dgl.
gebildet werden, welche eine ungeregelte Entflammung des Gemisches herbeiführen
könnten. Vielmehr erfolgt (las Fortschreiten der Zündflamme und damit die Entzündung
des Gemisches bei erfindungsgemäßer Ausbildung der Maschine stets in einer zwangsläufig
durch die Kolbenbewegung geregelten Weise, wobei die kühlendere Metallwände des
nicht
vertieften Kolbenbodenteils und des Zylinderkopfs verhindern,
daß sich die Zündflamme in dem zwischen diesen Teilen hei Hubende entstehenden schmalen
Spalt ungewollt rasch durch Strahlung oder durch Druckwellen in Richtung auf die
Brennkammer hin ausbreitet.
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Das abbrennende Gemisch treibt den Kolben arbeitsleistend nach unten,
worauf während des anschließenden Aufwärtshubs des Kolbens die Verbrennungsgase
durch die Auslaßventile 17 aus dem Zvlin<ler io ausgestoßen werden.
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Da die Einspritzdüse i ,# von dem Kolben auch bei dessen oberer Totpunktlage
nicht verdeckt wird, so kann mit dem hinspritzen netten Brennstoffs bereits unmittelbar
nach Beendigung des Auspuffliubs begonnen und dadurch eine gute Vermischung des
Brennstoffs mit der einströmenden Frischluft erzielt werden. Hierbei treffen die
Brennstoff= strllilen 30 zum großen Teil auf die abgerundete Übergangsstelle
20 zwischen der Brennkammer und dem nicht vertieften Teil des Kolbenbodens, so daß
diese unter Umständen leicht zur Überhitzung neigende Stelle durch die für die Verdampfung
des Brennstoffs notwendige Wärmeabgabe besonders wirksam gekühlt wird. Ein Teil
des Brennstoffs %\@ii-d ein der Übergangsstelle 20 zu den Auslaß clltileil 17 lein
abgelenkt, um auch diese zu kühlen, wahrend der Rest des Brennstoffs beim folgenden
Abwärtshub des Kolbens in die Gegend der Zündkerzen 16 gelangt, um hier ein besonders
reiches, ziiiidf:iliiges Gemisch zu erzeugen und gleichzeitig eiiic Vberhitzung
der Zündkerzen zu vermeiden.