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Insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte, mit hängenden Ventilen
im Zylinderkopf ausgerüstete sowie mit Luftverdichtung und Selbst-- zündung arbeitende
Brennkraftmaschine Die 1?rhndung bezieht sich auf eine insbesondere flii,r Kraftfahrzeuge
bestimmte, mit hängenden Ventilen im Zylinderkopf ausgerüstete sowie mit Luftverdichtung
und Selbstzündung arbeitende Bretitikraftntaschine, bei der gegen l?tide des \,erdichtungshubes
Brennstoff in eine im Zylinderkopf angeordnete Breinikainnier eingespritzt wird.
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Bei solchen Brennkraftmaschinen sind schon Brennkammern verschiedenster
Forin verwendet worden. Bei der erwünschten zentralen oder nahezu zentrale» Lage
derselben zur "Zylinderbohrung war es bisher jedoch nicht möglich, einen zur Erzielung
des besten Wirkungsgrades genügend großen "heil des Luftvolumens am Ende der Verdichtung
in der bret»>kanimer unterzubringen, eine genügend Breite für die Zerstäubung
des Brennstoffs besonders vorteilhafte Form der Brennkaminer zu erhalten oder sogar
zu erreichen, daß nur der kleinste Teil des Verdichtungsvolutnens, der sich wegen
des zwischen dein Kolbenboden und dem Zylinderkopf erforderlichen Sicherheitsabstandes
nicht weiter verkleinern läßt, außerhalb der Kammer im Zylinder liegen würde. Auch
war es in diesem Fall nicht möglich, eine Brennkammer mit Kugelform oder nahezu
Kugelform auszuführen.
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Verhältnismäßig günstige Verhältnisse sind dagegen bei Einbau einer
Brennkammer im Kolben erreichbar, da dabei ein großes Volumen in der Brennkammer
untergebracht und der Kolben auf den geringsten Abstand an den Zylinderkopf herangeführt
werden kann sowie zentrale Anordnung,
damit gleichmäßige Erwärmung.
des Kolbens, infolgedessen kein Verziehen des Kolbenhemdes, und gleichmäßige Durchwirbelung
möglich sind. Diesen Vorteilen von Brennkammern im Kolben stehen jedoch grundsätzliche
Nachteile derselben gegenüber, welche die angestrebte Erhöhung der Leistung und
Verminderung des Brennstoffverbrauchs ungülnstig beeinflussen. Sie bestehen neben
der erheblichen tErhöhung des Kolbengewichts vor allem in dem starken Wärmeabfluß
aus der Brennkammer und der dadurch gesteigerten Ausdehnung des Kolbens.
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Um bei Brennkammern ein Abbröckeln und Abschmelzen der sehr hohe Temperatur
erreichenden Brennkammerpforte zu verhindern, kann diese nicht so eng gehalten werden,
wie zur besten Verwirbelung der Verbrennungsluft und damit der Erzielung der günstigsten
Verhältnisse hinsichtlich Verbrennung und Wirkungsgrad an sich zulässig wäre. Mit
der bei einer derart engen Pforte sich ergebenden starken Wirbelung sind andererseits
bei den bisherigen Ausführungen für eine gute Verbrennung schädliche Wärmeverluste
an den Brennkammerwänden verbunden.
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Bei Brennkammern im Kolben müssen außerdem. die Abmessungen der Brennkammerpforte
auch deshalb verhältnismäßig groß gehalten werden, da von einer sonst erwünschten
Geschwindigkeit der austretenden Gase ab, die anfangs eine Temperatur von über 2000°
C besitzen, die Ventilteller unzulässig erhitzt werden und sich verziehen, weil
sie direkt und einseitig von den Feuerstrahlen getroffen werden. Eine Brennkammer
im Kolben erfordert außerdem eine Mehrlochdüse, da die Strömung der Luft in der
gleichen Richtung erfolgt, wie die des Brennstoffs. Zur Verbesserung der Durchmischung
wurden auch schon wiederholt Versuche mit Einführen eines am Zylinderkopf angebrachten
Verdrängerstücks in die Brennkammerpforte vorgenommen. Sie hatten jedoch wegen mangelnder
Haltbarkeit des Verdrängerst'ürks keinen Erfolg. Bei einem am Kolben angebrachten
Verdrängerstück für eine Brennkammer im Zylinderkopf trifft dieser Nachteil in noch
stärkerem Maße zu.
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Durch die Erfindung wird eine Bauart einer Brennkraftmaschine mit
hängenden Ventilen sowie einer Brennkammer großen Volumens im Zylinderkopf angegeben,
bei der die Vorteile der im Kolben angeordneten Brennkammer ohne deren Nachteile
erzielt, die ungünstigen Formen der bisher im Zylinderkopf angewandten Brennkammern
vermieden werden und große Ventilquerschnitte und rasches Öffnen derselben möglich
sind. Nach der Erfindung werden fürr Einlaß und Auslaß zusammen mehr als vier Ventile
und eine mehr als die Hälfte, beispielsweise 6o % des Verdichtungsvolumens aufnehmende
Brennkammer vorgesehen, deren Achse mit oder annähernd mit der Zylinderlängsachse
zusammenfällt. Im weiteren Ausbau der Erfindung kann eine Brennkammer vorgesehen
werden, die bei den bei Dieselmotoren üblichen Verdichtungsverhältnissen von beispielsweise
1 : 13 bis i : 20 .etwa 8o his go% des Verdichtungsvolumens aufnimmt, so
daß sich nur der kleinste, nicht vermeidbare Teil des Verdichtungsvolumens im Zylinderraum
befindet. Durch die Erfindung wird ein für die Verbrennung; sehr günstiges Volumen
der Brennkammer bei der günstigsten Lage und Form derselben erzielt, wie dies bisher
nicht möglich war. Die bei seitlich angeordneten Kammern entstehenden einseitigen
Erhitzungen am Kolben und zum Teil auch am Zylinderkopf sind bei der Erfindung sicher
vermieden.
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Die, Form der Brennkammer kann beliebig ausgeführt werden, sie wird
mit Vorteil, wie an sich bekannt, kugelig oder nahezu kugelig gemacht. Entgegengesetzt
zur Eintrittspforte befindet sich die Brennstoffeinspritzung. Für die Brennstoffeinspritzung
kann eine Schirmdüse verwendet werden; der entstehende Brennstoffschleier wird durch
die Luftströmung nicht, wie dies sonst meist der Fall ist, auf kleinere, sondern
auf größere Durchmesser gedrückt und deshalb aufs feinste zerstäubt. Bei der Erfindung
ist der den höchsten Temperaturen ausgesetzte Teil der Einspritzdüse besonders wirksam
vom Kühlmittel umspült.
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Im weiteren Ausbau der Erfindung wird jedes der um die Brennkammer
herum im Zylinderkopf angeordneten Ventile durch einen besonderen Nocken gesteuert;
dadurch wird infolge der geringeren zu beschleunigenden 'fassen der kleineren Ventile
gegenüber der Betätigung durch einen gemeinsamen Nocken und Schwinghebel für mehrere
Ventile ein rascheres Öffnen und Schließen und dadurch wesentlich bessere Füllung
und besseres Ausspülen der Auspuffgase erreicht.
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Um die Temperatur der dem Austritt aus der Brennkammer gegenüberliegenden
Kolbenstellen niedrig zu halten, kann in Verbindung mit dem Zylinderkopf nach der
Erfindung ein gesteuerter Durchlauf von Kühlöl durch den Kolben vorgesehen werden.
Trotz der großen Brennkammer mit günstigstem engem Durchmesser der Pforte tritt
kein Verziehen der Ventile ein, da der aus der Brennkammer austretende Feuerstrahl
nicht gegen die Ventile gerichtet ist.
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Die Brennkammerpforte kann hei der neuen Anordnung eng gehalten werden,
cla sie gut gekühlt werden kann und andererseits durch die Ausbildung der Brennkammer
keine großen Wärmeverluste durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in derselben
entstehen. Dies ist dadurch ermöglicht, daß nach der Erfindung die Brennkammer aus
zwei Hauptteilen besteht, von denen der innere Teil aus einem zunderfesten Baustoff,
der äußere Teil aus einem Baustoff hoher Kaltfestigkeit besteht. Zwischen den beiden
Teilen der Brennkammer ist ein schmaler Spalt vorgesehen.
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Vorteilhafterweise wird der Zvlinderkopf und die Brennkammer so ausgebildet,
daß dieselbe, wie an sich bekannt, als Ganzes in den Zylinderkopf einsetzbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung der Brennkammer
läßt sich mit Vorteil eine besonders günstige Verwirbelung der Verbrennungsluft
erzielen
durch ein in bekannter Weise am l@ollteiilio(lett angeordnetes Verdrängerstücl<,
(las kurz vor dein oberen Totpunkt in die lirennratimltforte eindringt.
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Eilte besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindulig ergibt :ich
durch die Anordnung von drei l?itilal.i- und (frei Auslaßventilen am Umfang der
Z%-litiderl)olirtitir;. wobei eitle kugelförmige Brennkammer großen Volumens zwischen
den Ventilen untergebracht werden kann.
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Die Erfindung bietet für Dieselmotoren neue weitgehende :Möglichkeiten.
Sie erfüllt alle Hauptforderungen, die hei Dieselmotoren zur Steigerung der Leistung,
Verminderung des Brennstoffverbrauchs, Erhöhung der Drehzahl und ruhigen Gang gestellt
werden, in einem bisher nicht erreichten Grade. Sie ermöglicht damit die Anwendung
schnell laufender Dieselmotoren an Stellen, wo bisher nur schnell laufende Ottomotoren
oder langsam laufende 1)ieselittotoreit .\tiwendung finden konnten.
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In der Zeiclinting ist in den Fig. 1, 2 und 3 als .\usführungsl,eisl>i@l
für ein; liretitikraftitiascliine nach der Erfindung ein Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug
schematisch dargestellt. Fig. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Zylinder,
und zwar nach der Linie A-B-C-D-E der Fig. 2. Die letztere stellt in ihrem unteren
Teil einen Ouerschnitt nach der Linie F-G der Fig. i, in ihrem oberen Tvil eilten
soldhell nach der 1_inie £t-1_ der Fig. i, Fig. 3 eitlen solchen nach der Linie
H-1 der Fig. i dar. Fig. 4 zeigt eilte Brennkammer nach der Erfindung.
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111 den 1#i-. 1 bis 3 bedeuten: i einen Zylinderkopf, 2 eitle
Zylinderbüchse, 3 eine Dichtung zwischen diesen Teilen, 4 einen Kühlmantel an dem
die Zylinderbü chse 2 umgebenden Kurbelgehäuse, 5 Einlaßventile, 6 Auslaßvelttile,
7 Einlaßkanäle, 8 Auslaßkanäle im Zylinderkopf, 9 eitle Einlaßventilfeder, to eine
Atislaßventilfeder. i 1 ist eitle Einlaßnockenwelle. 12 eilte Auslalinockenwelle.
13 sind Einlaßttocken, 14 Auslaßnocken. 15 und 16 Schwinghebel für die Eimaß- und
die Auslaßventile, 1 7 und 18 Wellen. auf (leiten die Schwinglteliel 1 3 und 16
gelagert sind. i9 ist ein Deckel Tiber (lein Zylinderkopf, in dem die Wellen i 1,
12. 17 und t8 in Z\\-1SCIteltw-ätt(lett 20 gelagert sind.
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21 ist eitle liretinkatnnier, die mit dem Gewinde 22 auf einen hals
23 aufgeschraubt ist, der einen Durchgang (Pforte) 24 besitzt. Zwischen dem Zylinderkopf
und der Breilnkamnter ist eine DichtUng 25 eiltgelegt, 26 ist eilte Brennstoffdüse,
welcher durch die Zuleitung 27 Brennstoff zugeführt wird. Durch eilte Vberwurfmutter
28 wird die Zuleitung 27 alt der die Fortsetzung der Brennkammer bildenden Büchse
29 gehalten. 30 ist eine weitere Überwurfmutter, durch welche der Kühlrahm
des Zylinderkopfes an der Büchse 29 abgedichtet wird. 31 und 34 sind Kanäle für
Kühlmittel auf der Einlaß- und auf der Auslaßseite. 32 und 35 sind Gummidichtungen,
33 und 36 Kanäle, sämtliche für (las Kühlmittel heim Übergang zwischen dein lZ,iiltlmantel
und dem Zylinderkopf i. 37 und 38 sind Befestigungsbolzen auf der Einlaß- und auf
der Auslaßseite des Zylinderkopfes zum Befestigen desselben auf dem Kurbelgehäuse.
39 ist der die Brennstoffdüse umgebende Ring im oberen Teil der Brennkammer 21.
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fit Fig. 4 bedeuten: 41 das Unterteil einer Brennkammer, das mit dem
Oberteil 42 derselben verschweißt ist, 43 das Unterteil einer die Brennkammer umgebenden
Schale, das mit dein Oberteil .4.4 dieser Schale nach dem Einbringen der Brennkammer
verschweißt wird. 45 ist das all dem Schalenunterteil 43 vorgesehene Gewinde zur
Befestigung der gesamten Brennkammer am Zylinderkopf. 46 ist eine mit dem Schalenoberteil
4-1 der Brennkammer verbundene Büchse, die innen die Brennstoffdüse und einen Teil
von deren Zuleitung aufnimmt und oben ein Gewinde 47 für die Befestigung der Brennstoffzuleitung
besitzt. 48 ist eine Eindrehung an der Büchse 46, 49 ein Einpaß, durch den die Teile
42 und 44, 5o ein weiterer Einpaß, durch den die Teile 41 und 43 ineinander zentriert
sind. 51 ist eine an dem Unterteil 41 der Brennkammer angeordnete Büchse, welche
den Durchgang 52 zu dem Hauptbrennraum des Zylinders enthält.
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53 ist ein Spalt zwischen den Teilen 41 und 43 der Brennkammer einerseits
und den Teilen 42 und 44 der Schale andererseits.
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Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Zylinderkopf nach der Erfindung
sind drei Einlaß- und drei Auslaßventile vorgesehen. Die zwischen diesen in der
Zylinderachse angeordnete Brennkammer 21 nimmt mehr als die Hälfte des Verdichtungsvolumens
auf. Je nach dem begebenen Verdichtungsverhältnis kann sie bis etwa 8o bis go% des
Verdichtungsvolumens aufnehmen. Eine derart große Brennkammer kann auch noch bei
fünf Ventilen, z. B. drei Einlaß- und zwei Auslaßventilen, in dem Zylinderkopf untergebracht
werden, dagegen ist dies bei einer kleineren Anzahl Ventile, beispielsweise hei
vier Ventilen nicht möglich, wenn man die für eine hohe Leistung des Xfotors ausreichenden
Ventilquerschnitte vorsehen will. Die Brennkamitter 21 braucht nicht genau in der
Mitte des Zylinders zu liegen, es sind auch gewisse Abweichungen von der zentralen
Lage möglich. Die Brennkammerpforte 2.4 ist, da sie ringsum frei im Kühlmittel liegt,
gut gekühlt, und auch bei der Brennstoffdüse ist dies der Fall, da diese in dem
sie umgebenden Ring 39 der Brennkammer durch die angegebene zurückgedrehte Form
desselben der intensiven Wirkung des Kühlmittels ausgesetzt ist.
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Bei dem gezeigten Zylinderkopf wird sowohl jedes der drei Einlaßventile
5 als auch jedes der drei Auslaßventile 6 von einem besonderen Nocken 13 bzw. 14
bewegt. Die bei der Erfindung gegenüber üblichen Ausführungen kleineren zu bescbleunigendett
Ventilmassen können durch die einzelnen Nocken wesentlich rascher bewegt, also die
Ventile rascher geöffnet und geschlossen und damit längere Zeit voll offen gehalten
werden, wodurch bessere Füllung und besseres Ausspülen eitles Zylinders und damit
höhere Leistung erreicht wird.
Die Kühlflüssigkeit wird aus dem
Mantel 4 durch die Bohrung 36, die Dichtung 35 und die Bohrung 34 in die Kühlräume
des Zylinderkopfs eingeführt und tritt durch die Bohrung 3i, die Dichtung 32 und
die Bohrung 33 in einen anderen Teil des Kühlmantels über.
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Der Boden des Zylinderkopfs in dem Hauptbrennraum ist bei der gezeigten
Ausführung elfen ausgeführt oder kann annähernd eben ausgeführt werden. Die Ventile
ragen im geschlossenen Zustand Über die Bodenfläche nicht hervor, der Kolben kann
deshalb bis auf den kleinsten bei den auftretenden Fabrikationstoleranzen erforderlichen
Abstand, beispielsweise i bis 1,.5 mm, an den Boden herangefiihrt werden.
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Bei der in der Fig.4 dargestellten Ausführung sind die Teile 4i und
42 aus einem zunderfesten Baustoff hergestellt, der gegen hohe Temperaturen sehr
widerstandsfähig ist, während die Teile 43 und 44. die ja durch das den Zylinderkopf
durchströmende Kühlmittel allseitig gut gekühlt werden, aus einem Baustoff hergestellt
sind, der hohe Festigkeit hei normalenTemperaturen besitzt. DieWandstärke der Teile
41 und 42 und die Stärke des Luftspalts 53 ist so Bemessen, daß durch die
sich dabei ergebende verschieden starke Abführung der Wärme selbsttätig eine solche
Temperatur der Wand der Brennkammer einstellt, daß der günstigste Verlauf der Verbrennung
erzielt wird.
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Die ;Erfindung ist besonders bei Zylindern mit größerer Bohrung, insbesondere
von etwa 120 inm an, von Vorteil.