DE855924C

DE855924C - Mit Luftverdichtung und Selbstzuendung arbeitende Verbrennungs-kraftmaschine mit einem unterteilten Brennraum

Info

Publication number: DE855924C
Application number: DED2049D
Authority: DE
Inventors: Werner Von Mallinckrodt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1943-04-25
Filing date: 1943-04-25
Publication date: 1952-11-17

Description

Mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit einem unterteilten Brennraum Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit einem unterteilten Brennraum, bei der der eine Brennraumteil, in den gegen Ende des Verdichtungshubs flüssiger Kraftstoff eingespritzt wird, mit dem Zylinderraum durch eine Cberströmöffnung in Verbindung steht, die in der oberen Kolbentotlage im Zusammenwirken mit dem Kolben einen Drosseldurchlaß, vorzugsweise in Gestalt eines im wesentlichen parallel zum Kolbenboden bzw. zur Zylinderraumdecke verlaufenden Ringspalts bildet. Die Erfindung besteht darin, daß die Überströmöffnung in einem Einsatz angeordnet ist, der mit einem Ringansatz frei in den Teilraum hineinragt, in den der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Vorteile der Erfindung sind vor allem ein überraschend geringer Brennstoffverbrauch bei ungewöhnlich hohen Mitteldrücken. Weiterhin ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit von der verwendeten Brennstoffart und Anwendbarkeit der Erfindung auf alle Maschinengrößen. Außerdem zeichnet sich die Maschine nach der Erfindung durch weite Drehzahlgrenzen, besonders ruhigen Gang und eine rauchfreie Verbrennung aus. Sie besitzt außerdem ein gutes Startvermögen und günstige Zünddrücke. Ferner können die normalen Einspritzdüsen verwendet werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen die Abb. i und 2 den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit in seiner oberen Totlage stehendem Arbeitskolben im Längsschnitt. Im einzelnen zeigt die Abb. i einen im wesentlichen kugeligen und die Abb. 2 einen im wesentlichen aus zylindrischen Abschnitten zusammengesetzten Teilraum.
Im übrigen sind die für beide Ausführungsformen wesensgleichen Teile in beiden Abbildungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Zylinder i der Brennkraftmaschine gleitet der Arbeitskolben 2. Vom Zylinderraum 3 ist ein Teilraum 4 (Abb. i) abgesetzt, der in Abb. i z. B. eine kugelförmige Gestalt hat. Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 setzt sich der Teilraum aus einem engeren und einem weiteren zylindrischen Abschnitt 4a und 4b zusammen, wobei in dem weiteren Abschnitt 4a die Einspritzdüse 5 unmittelbar befestigt ist. An der Übergangsstelle zwischen Teilraum 4 bzw. 4a, 4b und dem Zylinderraum 3 ist mittels Gewinde 6 eine Büchse 7 eingesetzt, deren unteres Ende 7a in der. Zylinderraum 3 und deren oberes Ende 7b in die Brennkammer 4 bzw. 4b frei hineinragt. Die Einsatzbüchse 7 weist eine mittlere Überströmöffnung 8 auf, die sich gegen den Teilraum 4 bzw. 4a, 4b so weit, z. B. trichterförmig, erweitert, daß der Rand der Trichterform mit dem zylindrischen Außenmantel des Ringhalses 7 zusaminenfällt.Weiterhin befindet sich zwischen dem in den Teilraum 4 bzw. 4b hineinragenden Ringhals 7b und der diesen umgebenden Zylinderkopfwand oberhalb des Gewindes 6 ein Luftspalt g. An Stelle des Luftspalts kann auch ein geschlossener Isolierraum vorgesehen sein.
Das untere Ende 7a der Überströmdüsenmündung ragt in eine Kolbenbodenmulde io so weit hinein, daß dann, wenn der Kolbenboden seine obere Totlage einnimmt, zwischen dem Muldengrund und der vorzugsweise flachen bzw. ebenen Stirnkante des Mündungseinsatzes 719 ein niedriger Ringspalt ii vorhanden ist, der zur Kolbenbodenfläche bzw. Zylinderraumdecke im wesentlichen parallel verläuft. Zweckmäßig ist der Durchströmquerschnitt des Ringspalts ii kleiner als derjenige der Überströmöffnung B. Die Zylinderraumdecke kann gegen den Teilraum zu etwas ansteigen. Auch kann der obere Teil des Raums 4 bzw. 4a, an der die Einspritzdüse 5 einmündet, etwas in den Teilraum vorspringen, wie die Abb. 2 zeigt. Die Ein- und Auslaßventile sind beispielsweise durch die Achsen 12, 13 angedeutet und zweckmäßig oberhalb der Kolbenmulde angeordnet.
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnungen ist folgende: Die Zündung setzt in der Regel im Teilraum 4 bzw. 4a, 4b ein, und infolge der dadurch bedingten Drucksteigerung bläst der Kammerinhalt nach dem Zylinderraum aus, wo der mit in den Zylinderraum gerissene Brennstoff vollends verbrennt. Der ausblasende Kammerinhalt trifft zunächst auf den Kolbenboden auf und wird von diesem durch den Ringspalt ii hindurch seitlich abgelenkt. Infolge der Spaltwirkung tritt er gleichmäßig verteilt in Scheibenform in den Zylinderraum über. Zweckmäßig ist der Kolbenboden mit einer Ringmulde und mit einem schmalen Ringrand am Kolbenumfang versehen. Diese Mulde verhindert einerseits, daß der austretende Teilkammerinhalt mit dem luft- oder wassergekühlten Zylinderkopf oder Zylindermantel in Berührung gelangt, und zweitens begünstigt der Muldenrand ein Aufrollen des aus dem Ringspalt austretenden Kammerinhalts zu einem gegen die Zylinderachse zu gerichteten Ringwirbel, wobei eine günstigste Wirkung dann erzielt wird, wenn beispielsweise der Ringwirbel sich bis zur Verbrennung des Gemischs im Zvlinderraum gerade schließt.
Im Rahmen der Erfindung kann die Kolbenmulde io sich auch nur über einen seitlichen Teilraum des Kolbenbodens erstrecken, und dementsprechend kann auch die Mündung der Cberströmöffnung 8 aus der Zylindermitte heraus versetzt angeordnet sein. Es ist dann zweckmäßig, dem Ringspalt einen schrägen Verlauf zu geben, etwa in der Weise, daß er gegen den größeren Zylinderraumabschnitt zu entsprechend höher ist. Die versetzte Anordnung der Kammermündung ermöglicht eine zusätzliche kreisende Bewegung des aus dem Ringspalt austretenden Teilkammerinhalts. Es können Düse, Teilkammer und Überströmbüchse auch schräg zur Zylinderachse angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, den einen oder beide Ringhälse 7a, 7' mit besonderen Ausnehmungen, z. B. Randeinschnitten od, dgl., zu versehen. Einerseits um bestimmte Temperaturverhältnisse zu schaffen und andererseits, um eine gesteigerte Zuteilung des Teilkammerinhalts in nach bestimmten Z\-linderraumabschnitten, insbesondere nach den im Zvlinderkopf oder am Kolben vorgesehenen Ventilnischen zu erwirken. Weiterhin kann am Kolbenboden, der Teilkammermündung gegenüber, eine Erhöhung mit einer ebenen, zweckmäßig scharfkantig begrenzten Prallfläche oder in Form eines kleinen Kegels vorgesehen sein, dessen Spitze in den Überströmkanal 8 eintaucht. Es ist dabei von Vorteil, wenn sich der Kegelrand oder der Rand der Erhöhung und der Stirnwand des Einsatzes 7 so weit überdecken, daß ein flacher Ringspalt mit einer gewissen radialen Ausdehnung aufrechterhalten bleibt. Der Ringspalt ii braucht nicht gerade Kreisform zu haben, sondern es kann dieser auch langrund oder sonstwie beliebig gestaltet sein. Es kann die Aufschlagfläche am Kolbenboden auch durch einen besonders widerstandsfähigen Einsatz im Kolbenboden gebildet sein. Schließlich kann der Ringspalt ii auch uneben gehalten und z. B. von mit feinen Rillen versehenen Flächen oder Kanten begrenzt werden. Unter Umständen können sowohl der in den Zylinderraum 3 als auch der in die Teilkammer 4 bzw. 4a, 4b hineinragende Ringhals 7",7b mit der Wand des Zylinderkopfs aus einem Stück bestehen. Anstatt der Befestigung durch Gewinde 6 kann die Einsatzbüchse 7 auch mit dem Zylinderkopf verschweißt sein, oder sie ist in einen passenden Übergangskanal eingepreßt. Auch der Einspritzraum 4 bzw. 4a, 4b kann von einem von dem die Überströmbohrung enthaltenden oder besonderen Einsatz eingeschlossen sein, der eventuell mehrteilig ausgeführt und gegenüber der Zylinderkopfwand durch einen Luftspalt wärmeisoliert sein kann.
Gegebenenfalls läßt sich der Überströmkanal 8 so ausführen, daß er sich sowohl gegen den Zylinderraum als auch gegen die Teilkammer zu konisch erweitert und an einer beliebigen, vorbestimmten Stelle seinen kleinsten Querschnitt hat. Unter Umständen kann die Büchse 7 auch z. B. während des Betriebs von außen her axial verstellbar eingesetzt sein. Die Anzahl der Ein- und Auslaßventile ist irn Rahmen der Erfindung beliebig. Schließlich kann auch eine Ventilsteuerung mit kolbengesteuerten Schlitzen zusammenwirken. Oder es können die letzteren die Ventilsteuerung ersetzen. Schließlich kann die Teilkammer 4, 4a, 4b auch eine andere geeignete Vorm, z. B. Birnen- oder Scheibenform besitzen, und im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Überströmkanal 8 mehr tangential in die Teilkammer 4 bzw. 4a, 4' einmünden zu lassen. Außerdem ist die Erfindung sowohl für wasserals auch für luftgekühlte Brennkraftmaschinen geeignet, und zwar s"@@,@hl für Zweitakt- als auch für ViQrtaktmaschincn.

Claims

PATENT A\SFRCCIIE: i. Mit L"rftverdiclltuirg und Selbstzündung arbeitende: Verbrennuugskrafttnaschine mit einem unterteilten Brennraum, bei der der eine Brennraulnteil, in den gegen Ende des Verdichtungshubs flüssiger Kraftstoff eing<,spritzt wird, mit dem Zy,linc:crraum durch eine ClieT-strö niiiffiiung in Verbindung stellt, die in der oberen l11-olbentotlage im Zusamrnenwirken mit dem Kolben einen Drosseldurchlaß, vorzugsweise in Gestalt eines im wesentlichen parallel zum Kolbenboden bzw. zur Zvlinderraumdecke verlaufenden Ringspalts bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ü berströmöffnung in einem Einsatz angeordnet ist, der mit einem Ringansatz, frei in den Teilraum hineinragt, in den der Kraftstoff eingespritzt wird.
2. Verbrennungskraftniaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zusammenwirken rnit dem Kolben (2) gebildete Ringspalt (ii) zwischen Teilkammer (4 hzw#. 4a 4b) und Zylinderraum -leich oder kleiner ist als der Cberströrnquerscllnitt (8) zwischen diesen beiden Räumen.
3. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenboden (2) eine Mulde (io) angeordnet ist, die sich im Anschluß an den im Zusammenwirken mit (lern Kolben (2) geschaffenen Ringspalt (ii) entweder zentral gleichmäßig oder einseitig über den Kolbenboden erstreckt und gegebenenfalls zusammen mit der Zvlinderraumdecke einen der aus (lern Ringspalt (ii) austretenden Strahlform des Teilkammerinhalts angepaßten Brennraum (3) bildet, indem z. B. auch die Zylinderraumdecke eine entsprechende Ausnehmung aufweist.
4. Einspritzbrennkraftrnaschine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Überströmkanal (8) im Bereich seines in den Teilraum hineinragenden Ringansatzes (7 b) gegen die axial zu diesem angeordnete Einspritzdüse (5) trichterförmig sich erweitert, zweckmäßig derart, claß die Rin-ansatzkante in der äußeren Zylindermantelfläche des Ringansatzes liegt.
5. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis ,1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Clierstriimiiffnung (8) von der Trichterform aus entweder im wesentlichen zylindrisch fortsetzt oder sich gegen den Zylinderraum (3) zu ebenfalls konisch erweitert.
6. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7, 7°, 7b), in dem die Überströmöffnung (8) angeordnet ist, nach unten (7 a) in den Zylinderraum (3) frei hineinragt.
7. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7,7 a, 7b) gegenüber den diesen umgebenden Zylinderwänden z. B. durch Luftspalte (c9) wärmeisoliert ist. B.
Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i oder 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7, 7a, 7b) axial verstellbar ist. y.
Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum (4 bzw. 4a, 4b) mit der hberströrnöffnung (8) zentral im Zylinderkopf angeordnet ist. io.
Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum (4 bzw. 4a, 4b) mit der tTTberströn:öffnung (8) schräg zur Zylinderachse und gegebenenfalls seitlich versetzt zum Zylinderraum (3) angeordnet ist. ii.
Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilraum (.4 bzw. 4a, 4b) die Querschnittform eines Drehkörpers hat, insbesondere zylilider-, birnen- oder kugelförmig ausgebildet ist.
12. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz mit dem Zylinderkopf verschweißt ist.
13. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der in den Teilraum (4 bzw. 4a, 411) als auch der in den Zylinderraum (3) hineinragende Ringansatz (7a bzw. 7b) mit dein Zylinderkopf aus einem Stück hergestellt sind.
14. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in den Teilraum (4 bzw. 4a, 4b) durch eine Zapfendüse (5) eingespritzt wird, und zwar derart, daß der Strahlkegelquerschnitt beim Aufschlagen auf dem Kolbenboden angenähert so groß ist wie der Überströmquerschnitt (8).
15. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenboden, der Mündung der Überströmöfrnung (8) gegenüber, eine Erhebung entweder in Konus- oder Kegelform oder mit einer im wesentlichen ebenen und zum Boden des Kolbens (2) parallelen und scharfkantig begrenzten Prallfläche vorgesehen ist.
16. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Erliebung mit dem Rand der Überströmöffnung (8) einen flachen, im wesentlichen parallel zum Zylinderkopf- und Arbeitskolbenboden verlaufenden Ringspalt (ii) von einiger radialer Ausdehnung bildet.
17. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Arbeitskolbentotlage geschaffene Ringspalt (ii) von unebenen Flächen begrenzt wird, die jedoch in ihren Teilpartien unter sich parallel sein können.
18. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Teilraum (4 bzw. 40,4 b) hineinragende Ringansatz (7 b) mit Ausnehmungen für eine besondere Wärmeregelung versehen ist. i9. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 18, dadurch gekennzeichnet, daB der in den Zylinderraum (3) hineinragende Ringansatz (7°) mit Ausnehrnungen versehen ist, um bestimmte Zylinderraumabschnitte, insbesondere die Ventilnischen am Zylinderkopf und Arbeitskolben, wirksam mit dem ausblasenden Brennkammerinhalt zu versorgen. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 591 465: französische Patentschrift Nr. 869 233.