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Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Viertaktbrennkraftmaschine
mit im Zylinderkopf hängend angeor<lncten Ventilen und mit Einspritzung dee Lrf#mistoffs
in einen \-oin Hauptbrennraum abgesetzter, nur einen 'feil des Verdichtungsraums
bildenden, exzentrisch und schräg zur Achse des Zylinders angeordneten Einspritzraum.
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1?s wurde bereits vorgeschlagen, einen als Vorkammer wirkenden Einspritzraum
derart mit Bezug auf einen rnit einer Mulde im Kolbenboden verschenen h@@Il@en anzuordnen,
dali am Ende des Verdichtungshubs z\\-ischen der die Ausmündung des Einspritzraums
umgehenden Wandung und dem l')ocleti der Kolbemnulde ein ringförmiger Drosselspalt
entsteht. durch @\,clchen der in den Einspritzraum eingespritzte Brennstoff, gegebenenfalls
in teilweise brennendem Zustand, sich ungefähr radial auf den mindestens teilweise
durch die Kolbenmulde gebildeten Hauptbrennraum verteilen kann. Bei der Maschine
nach diesem älteren Vorschlag war jedoch der Einspritzraum in der Achse des Zylinders
angeordnet. Eine solche Anordnung ist jedoch in der Regel nur für mehrere im Kreis
angeordnete Ventile in hängender Anordnung, also hauptsächlich für große Viertaktmaschinen,
anwendbar, sofern hängend angeordnete Ventile vorgesehen werden sollen. Für kleinere
Maschinen mit hängend angeordneten Ventilen, also insbesondere kleine Viertaktbrennkraftmaschinen,
ist jedoch eine mittlere Anordnung des Einspritzraums ungünstig, da die Ventile,
sofern
sie seitlich neben dem Einspritzraum angeordnet «-erden,
keinen genügenden Querschnitt mehr erhalten können oder seitlich über den Zylinderumfang
hinausgreifen müssen.
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I ; ie 1? i-findung hat demgegenüber den Zweck, die \"orteile des
sogenannten Ringspaltverfahrens auch lote Maschinen kleinerer Abmessungen und mit
hän-:;eiid angeordneten Ventilen zu ermöglichen. Sie besteht demgemäß im wesentlichen
darin, daß bei seitlich und schräg angeordnetem Einspritzraum die rlusniiiiiduiig
des Einspritzraums in den Hauptbrennrauni im oberen Kolbentotpunkt in eine Mulde
des Kolbenbodens hineinragt, welcher sich der , Ausmündung des Einspritzraums so
weit ii:ihert, (lau im wesentlichen nur ein ringförmiger, die Hauptdrosselung zwischen
dem Einspritzraum und dein Ilauptbrennraum bewirkender Drosselspalt zwischen dem
Kolbenboden und der Stirnfläche de,r die :\usmündung des Einspritzraums umschlie-Genden
Wandung bestehenbleibt, durch welchen sich der in den Einspritzraum eingespritzte
Brennstoff nach Auftreffen auf den zur Achse des Einspritzratinis unter einem stumpfen
Winkel geneigten Kolhenl>oden in radialer Richtung auf den Hauptbrennratun, und
zwar entsprechend der Luftverteilung in dieseln hauptsächlich nach der dem Einspritzrauen
gegenüberliegenden Seite des Hauptbrennraums, verteilt.
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Durch die seitlich schräge Anordnung des Einspritzraums wird für diesen
im Zylinderkopf oberhalli des "Zylinders nur verhältnismäßig wenig Platz Benötigt,
so daß die Ventile genügend großen Querschnitt erhalten können und die Kühlung der
Ventile bzw, der Wandungen des Einspritzraums nicht beeinträchtigt zu werden braucht.
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Die Bildung eines ringförmigen Drosselspalts erst ini oberen Kolbentotpunkt
hat vor allem den Vorteil, daß während des größten Teils des Kolbenhubs keine oder
nur eine verhältnismäßig geringe Drosselwirkung zwischen dem Hauptbrennraum und
dem Einspritzraum vorhanden zu sein braucht, so daß die Drosselverluste ein Mindestmaß
erhalten und gleichzeitig das Anlassen der Maschine infolge der geringeren Abkühlungsverluste
beim Einströmen der verdichteten Luft in dem Einspritzraum erleichtert werden kann.
Andererseits bewirkt jedoch die Drosselung am Ende des Verdichtungshubs, d. h. im
wesentlichen während der Einspritzung des Brennstoffs in den Einspritzraum, daß
trotzdem eine ausgesprochene Vorkammerwirkung erreicht wird, bei welcher nach der
Zündung des Brennstoffs ein starker t'berdruck in der Vorkammer gegenüber dem I
fauptbrennraum und damit eine wirksame Zerstätibung und Verteilung des Brennstoffs
auf den letzteren entsteht. Das Auftreffen des Brennstoffs auf den Kolbenboden'
unter einem stumpfen Winkel und die entsprechende Anordnung des zwischen dem Kolbenhoden
und der Ausmündung des Einspritzrauins gebildeten Ringspalts bewirken ferner, daß
trotz der seitlichen und schrägen Anordnung des UMspritzraums der Brennstoff sich
möglichst gleichin:ißig auf den durch die Mulde im Kolbenboden gebildeten IIauptbrennraum
verteilen kann. Diese Gleichmäßigkeit kann, insbesondere bei steiler zum Kolbenboden
angeordnetem Einspritzraum, gegebenenfalls noch dadurch unterstützt werden, daß
der im oberen Kolbentotpunkt gebildete Ringspalt nach der Seite der Zylinderachse
zu größere Spaltbreite als auf der der Zylinderachse abgewandten Seite besitzt.
Hierdurch kann der durch den jeweiligen Querschnitt des Ringspalts durchtretenden
Brennstoffmenge in noch besserer Anpassung Rechnung getragen werden. Jedoch soll
die Spaltbreite in keinem Falle so groß sein, daß die angestrebte Drosselwirkung
zwischen dem Einspritzraum und dem Hauptbrennraum im oberen Kolbentotpunkt verlorengeht.
In vielen Fällen genügt es jedoch, wenn ein Ringspalt mit gleichmäßiger Spaltbreite
vorgesehen wird.
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Die Verwendung einer Kolbenmulde verhindert ferner, daß der sich auf
den Hauptbrennraum verteilende Brennstoff unmittelbar die Zylindergleitflächen treffen
und dort schädliche Ablagerungen oder Verdünnungen des Schmieröls hervorrufen kann.
Jedoch genügt infolge der seitlichen Anordnung des Einspritzraums unter Umständen
eine im wesentlichen einseitig angeordnete Kolbenmulde, welche nach der demEinspritzraum
gegenüberliegenden Seite des Hauptbrennraums flach ausläuft, da wegen der, vergrößerten
Entfernung zwischen der Ausmündung des Einspritzraums und der gegenüberliegeriden
Seite der Zylinderwandung ein Auftreffen von flüssigem Brennstoff auf diese Wandung
leicht zu befürchten ist.
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Der Einspritzraum kann in der Nähe der Einspritzdüse eine vorkammerähriliche
Erweiterung besitzen. Er kann jedoch auch ohne wesentliche Erweiterung kanalförmig,
d. h. also im wesentlichen finit gleichem Durchmesser ausgebildet sein. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daß der Einspritzraum noch weniger Platz im Zylinderkopf beansprucht
und (lau die Drosselung zwischen dem Hubraum des Zvlinders und dem 1?inspritzraum
während des größten Teils des Kolbenhubs besonders gering gehalten werden kann.
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Der Einspritzraum kann ferner ganz oder teilweise von einem Futter
umschlossen sein, welches gleichzeitig die in den Hauptbrennraum hineinragende Ausmündung
des Einspritzraums enthält. Dieses Futter kann zur Erzielung einer verstärkten Wärmeabfuhr
dicht in den Zylinderkopf eingesetzt sein oder auch je nach der erforderlichen Wärmeabfuhr
gegen diesen durch Isolierspalte oder Isolier-1-iitime ganz oder teilweise getrennt
sein.
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Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen eine Vorkammer oder
ein mit dem Zylinderraum in ungedrosselterVerbindung stehender Einspritzraum schräg
und exzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist. Bei diesen Maschinen steht jedoch
die Vorkammer in ständig gleichmäßig gedrosselter Verbindung mit dem Hauptbrennraum,
oder es ist auch am Ende des Verdichtungshubs eine Drosselung bzw. zusätzliche Drosselung
zwischen dem Einspritzraum und' dem Hauptbrennraum nicht vorbanden.
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Des weiteren ist eine :Maschine bekannt, bei
welcher
am Ende des Verdichtungshubs im wesentlichen die gesamte verdichtete Luft von einer
durch eine Einschnürung vom Hubraum getrennten, schräg und exzentrisch angeordneten
Kammer aufgenommen wird. Ein Hauptbrennraum, in welchem sich am Ende des Verdichtungshubs
nach der Einspritzung des Brennstoffs in die Kammer der Brennstoff verteilen kann,
ist hierbei jedoch nicht vorhanden. Infolgedessen kann auch kein ringförmiger Drosselspalt
vorgesehen sein, durch welchen der Brennstoff aus der Kammer in den I-latiptbrennraum
übertreten kann. Die Stirnfläche des Zylinderkopfs ist vielmehr ebenso wie der Kolbenboden
im wesentlichen flach ausgebildet, wobei der Kolbenboden im oberen Kolbentotpunkt.
abgesehen von geringfügigen Austiehnitingen zur Aufnahme der Ventile, bis dicht
an die Stirufliiclie des Zylinderkopfs herantritt.
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Die durch die Erfindung angestrebte VorkamiTierwirkttug am Ende des
Verdichtungshubs bei im übrigen nur geringer Drosselung zwischen dein Hubraum des
Zylinders und dem Einspritzraum kann daher bei den bekannten Maschinen nicht erzielt
werden.
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lit der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfiudting dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt durch eine Maschine reit iiii wesentlichen
kanalförmig ausgebildetem Ein-,#l»-itzr:uim und nach einer Seite flach auslaufender
l@oll)eiitntilde und Abh. 2 einen Querschnitt durch eine Maschine mit vrn-l:auinier:ihnlichein
l?inspritzraum und einer sich über den Kolbenboden itn wesentlichen mit gleich-Tiefe
erstreckenden Kolbenmulde.
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lii Abb. i ist im Zylinderkopf a schräg und exzentrisch zurAchse des
Zylinders b der im wesentlichen l,:tii:ilf('irinig ausgebildete Einspritzraum f
angeordtict, welcher in der \:ilie der Einspritzdüse i eine t erh:iltnisin:ißig
geringe Erweiterung d besitzt, die gegebenenfalls jedoch auch in Fortfall kommen
kaiiii. so daß der Einspritzraum von der Düse bis zur Atisinündung in den Hauptbrennraum
gleichiii:ißigen Querschnitt besitzt. Der verengte Teil des I@'iiisl)ritzratinis
wird von einem dicht in die entsprechende Bohrung des Zylinderkopfs eingesetzten
Futter e umschlossen, dessen unteres Ende e' in eine G'ei-tiefttug 7,' des Kolbens
c hineinragt und entsprechend dein nach der gegenüberliegenden Seite Flach auslaufenden
Boden der Kolbenvertiefung derart aligeschriigt ist. daß iin oberen Kolbentotpunkt
ein schmaler Ringspalt rt zwischen der Endfläche des Futters e und dem Boden m der
Mulde entsteht. Diese Anordnung mit exzentrisch und schräg angeorductein Eiuspritzrautn
kommt hauptsächlich für .Olclic Maschinen in Betracht, die lediglich ein Ein-und
ein _ltisl:tßveiitil p besitzen. Die exzentrische Schräglage hat in diesem Fall
den Vorteil, daß ausreichend k:min für die Anordnung genügend großer \'eiitile tot-lt:tndeit
ist.
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l;ci- I',rennstoff wird durch die Einspritzdüse in \cltsriclttung
des I;:tualfürniigeii Einspritzraums unter einest \\'iukel auf den Boden ;n der
Koll>envertieftiug aufgespritzt, worauf sich der teilweise l@ercits in brennendem
Zustand befindliche Brennstoff durch den engen Ringspalt n auf den Hauptbrennraum,
und zwar hauptsächlich nach der Seite der Zylinderachse zu verteilt.
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Eine zum Anlassen dienende Glühkerze q kann unter Umständen auch in
Fortfall kommen, da das Anlassen von Maschinen nach der Erfindung auch im kalten
Zustande derselben wesentlich erleichtert ist.
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Die Maschine nach der Abb. z unterscheidet sich von derjenigen nach
Abb. i im wesentlichen dadurch, daß der Einspritzraum f eine stärkere Erweiterttn"
d anschließend an die Einspritzdüse i besitzt, so daß der Einspritzraum eine vorkammerähnlichere
Form erhält. Die Kolbenmulde k besitzt ferner im w#@sentlichen über den ganzen Kolbenboden
mit Ausnahme des äußeren Kolbeni#andes eine gleichmäßige Tiefe. Ferner ist im Gegensatz
zum Ausführungsbeispiel nach Abb. i die Endfläche e' des die Ausmündung des Einspritzraums
enthaltenden Einsatzes e nicht parallel zum Boden m der Kolbenmulde angeordnet,
sondern bildet einen kleinen Winkel zu diesem, so daß ein Ringspalt ei entsteht,
welcher auf der Seite ni nach der Zylindermitte zu eine größere Breite als auf der
gegenüberliegenden Seite n. besitzt. lin übrigen sind die Verhältnisse ähnlich wie
im Fall der Ausführung nach Abb. i.
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Maschinen mit der erfindungsgemäßen schrägen, exzentrischen Anordnung
des Einspritzraums sind, wie bereits erwähnt, besonders für Viertaktiitaschiuen
kleinerer Abmessungen von Vorteil, können aber gegebenenfalls auch für Maschinen
größerer Abmessungen verwendet werden. Ferner kann unter Umständen das Einsatzfutter
e bei entsl» eckender Ausbildung der den Einspritzraum bildenden Wandung auch in
Fortfall kommen; doch erleichtert die Anordnung des Einsatzfutters, abgesehen von
sonstigen Vorteilen, insbesondere das Hineinragen des Einspritzraums in die vorgesehene
Kolbenvertiefung.