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Drehschiebersteuerung für Einspritzbrennkraftmaschinen Gegenstand
der Erfindung ist eine Drehschiebersteuerung für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei
der ein scheibenförmiger Drehschieber sieh genau oder annähernd um die Achse des
Brennkraftmaschi.nenzylinders dreht. Die in ihm eingeschnittenen Öffnungen steuern
dabei die in dem Boden des Zylinders angeordneten Gaskanäle.
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Drehschiebersteuerungcn dieser Art sind für Vergasermotoren in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt. Bei Viertaktmaschinen werden sowohl je ein Einlaß- und
Auslaßkanal als auch mehrere, vorzugsweise je zwei Einlaß- und Auslaßkanäle im Zylinderboden
angeordnet. Es sind schon Anordnungen bekannt, bei denen eine rotierende Bewegung
der Ladung durch einseitig abgeschirmte Einlaßventile und durch schaufelartige Einsätze
in die EinlaAventile sowie hei Rohrschiebersteüerungen durch tangentiale Richtung
der auf dem Umfang des Zylindermantels einmündenden Kanäle bewirkt wird.
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Ferner sind Schiebersteuerungen bekannt, bei denen ein um die Zylinderachse
rotierender Flachschieber Kanäle steuert, die mit einer schraubenförmigen Neigung
durch den Zylinderdeckel in den Zylinder eindringen. Es ist bei den bekannten Ausführungen
aber nichts geschehen, um den eingespritzten Kraftstoff unmittelbar gleichmäßig
auf den eintretenden Ladeluftstrom zu verteilen. Erfimdungsgemäß wird dies dadurch
erreicht, d.aß der Kraftstoff durch eine innerhalb der hohlen Achse
des
Drehschiebers angeordnete Düse an sich bekannter Ausführung in den Zylinder eingeführt
und einer oder mehrere der vom Drehschieber gesteuerten Gaskanäle im Umfangsschnitt
unter einem Winkel geneigt im Zylinderboden verlaufen. Der Kraftstoffstrahl wird
entweder im spitzen Kegel in die innere Zone des kreisenden Ladungswirbels eingespritzt
und verteilt sich von dort vermöge der Zentrifugalkraft der Kraftstofftröpfchen
radial auf den gesamten Zylinderrraum oder derart, daß er im stumpfen Kegel oder
mehreren Strahlen radial nach außen gelenkt wird und so eine im wesentlichen in
der äußeren Zylinderzone kraftstoffreiche Gemischschicht bildet.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gaskanäle wird der im Arbeitszylinder
befindlichen Ladung neben der axialen Bewegungsrichtung eine drehende Bewegung erteilt,
deren Drehachse parallel zur Zylinderachse liegt oder mit ihr zusammenfällt.
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Zusätzlich empfiehlt es sich, die Kanäle noch so zu neigen, daß sich,der
(Gasstrom zur Zylinderachse hin bewegt.
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Zur Verhinderung der gegenseitigen Störung von Abgas- und Frischgasstrom
wird weiterhin vorgeschlagen, die Neigungen der Ein- und Auslaßkanäle einander entgegenzurichten.
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Die erfindungsgemäße zentrale Kraftstoffzufü'hrung ermöglicht im Verein
mit der Drehschiebersteuerung eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes,
weil die Kraftstoffstrahlen unmittelbar dem kompakten Ladestrom zugeführt und bei
mehreren um die Zylinderachse verteilten Einlaßkanälen _ gleichmäßig auf diese verteilt
«erden können, weil ferner diese Anordnung den gesamten Brennraum beherrscht, ohne
daß tote Winkel entstehen, und schließlich, weil die mit einfachen Mitteln erzeugte
Gasbewegung den gesamten Zylinder erfüllt und damit die vorbeschriebenen Wirkungen
ergänzt. .
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Gegenüber den bekannten Steuerungen der obengenannten Art hat diese
Schiebersteuerung außerdem den Vorteil der baulichen Einfachheit, der besseren strömungstechnischen
Eigenschaften und der Möglichkeit, die Richtung des Gasstromes durch entsprechende
Formgebung und Richtung der Kanäle dem gewünschten Zweck in mannigfacher Weise und
ausgedehntem Maß anpassen zu können. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
der Einlaß- und Auslaßkanäle der Drall der Ladung bereits in der Ausströmphase der
Abgase vorbereitet werden; zugleich ermöglicht die Anordnung ein geordnetes Abströmen
der Abgase während der Überschneidung von Auslaß- und Einströmvorgang und damit
eine gute Ausspülung, wobei die axiale Bewegungsrichtung des Ladestromes ein tiefes
Eindringen der frischen Ladung in das Zylinderinnere bewirkt und somit ein unmittelbares
Überströmen der Frischladung vom Einlaß zum Auslaß vermeidet. Hierin unterscheidet
sich die der Erfindung entsprechende .Anordnung vorteilhaft von den genannten Rohrschiebersteuerungen.
, Durch das gleichzeitige Auftreten aufwärts und abwärts steigender sowie kreisender
Gemischströme während des Ladehubs wird schließlich eine weitgehendeTurbulenz der
Ladung erzeugt, die die Zerteilung des Kraftstoffs in feinste Teilchen begünstigt.
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Ausführungsbeispielee des Erfindungsgedankens zeigen die Abb. i a,
@i b, 11 c, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 41) und 5 a und 5b. Die Abb.
-i bis 3 zeigen Anordnungen mit zwei Gaskanälen. Abb. -i a zeigt einen Schnitt durch
eine Brennkraftmaschine, die von einem Flachschieber gesteuert wird, und Abb. i
b stellt einen Schnitt durch,den Zylinder der Abb. i a von unten gesehen dar, und
Abb. i c zeigt eine vergrößerte Darstellung der Gaskanäle in einem Umfangsschnitt.
Abb. a a gibt einen Schnitt durch eine sohieberbesteuerte Brennlcraftmaschine mit
zur Achse des Zylinders geneigten Gaskanälen wieder, A°bb. 2b einen der Abb. i b
entsprechenden Schnitt. Die Abb. 3 a und 3 b zeigen Gaskanalanordnungen, von denen
ein Kanal unter einem Winkel tangential geneigt ist, während die Achse des anderen
in der Ebene der Zylinderachse verläuft. Die Abb.4a und 41) und 5 a und Sb stellen
entsprechende Schnitte durch die Brenukraftmaschinenzylinder und Zylinderköpfe mit
je zwei drehschiebergesteuerten Ein- und Auslaßkanälen dar.
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Die Abbildungen zeigen im einzelnen folgendes: In Abb. z a und i b
ist ein Zylinder gezeigt, bei dem lediglich die Einström'kanäle D im Steuerkopf
A und Zylinderdeck e1 B angeordnet sind. Sie werden durch .den Drehschieber C, der
durch das Kitzel F angetrieben wird, gesteuert. Der Kraftstoff wird durch die Einspritzdüse
H in den Zylinder gefördert.
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Die Achsen des oder der Steuerkanäle sind um eine Strecke a radial
zur Zylinderachse versetzt und außerdem um einen Steigungswinkel a (Abb. i c) zum
Axialschnitt des Zylinders angeordnet, derart, daß der durch den Kanal eintretende
oder austretende IGiass.trom zugleich eine drehende Strömungsrichtung Wzs und eine
axiale, Wa, annimmt. Die Richtungen der Kanalachsen tangieren beide einen Zylinder,
der mit dem Radius a um die Achse des Arbeitszylinders herumliegend gedacht ist.
Die Kraftstoffstrahlen G sind auf den kreisenden Gasstrom gerichtet. Werden der
oder die Einlaßkanäle in v orbezeichneter Art ausgebildet, so gewährleistet die
axiale Strömungsrichtung ein vollständiges Eindringen der Frischgase über die gesamte
Zylinderlänge, während die Drehbewegung eine oder mehrere der obengenannten Wirkungen
bezweckt. Durch Ausbildung der Ausl-aßkanäle in vorbeschriebener Weise ?kann der
gewünschte Drall erzeugt oder verstärkt werden.
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Die Kanalform, welche die Richtung der Strömung bestimmt, kann sowohl
im Drehschieber C selbst als auch in den Kanalteilen, die vor oder hinter diesem
im feststehenden Teil des Steuerkopfes A und im Zylinderdeckel B angeordnet sind,
untergebracht werden. AA-esentlich ist, daß hei der beschriebenen Steuerung die
Richtung des Gasstromes beim Durchtritt durch den Schielfer der
Richtung
des Gaskanals in den benachbarten Zylinderteilen an.gepaßt werden kann, ohne daß
zusätzliche drosselnde oder sich erhitzende Organe im Gasstrom angebracht werden
müssen.
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Der Zweck des der Ladung erteilten Dralles ist je nach dem Arbeitsverfahren
des .Motors verschiedener Art: bei Einspritzzündermotoren kann durch sein Vorhandensein
eine gute und gleichmäßige Verbrennung, unter Umständen auch eine gesehichtete Ladung
erzielt werden, die einen wirtschaftlichen Betrieb mit hohem Luftüberschuß ermöglicht;
bei Einspritzmotoren (Diesel- und Ottoverfahren) wird durch die Drehbewegung der
Ladung gegenüber den Einspritzorganen eine rasche Verteilung des Kraftstoffstrahles
auf die Verbrennungsluft bewirkt; schließlich erlaubt der Drall eine gute Spülung
des Zylinders bzw. Verbrennungsraumes, was insbesondere für Zweitaktmotoren von
Wichtigkeit ist.
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Die Abb. 2 a und 2 b zeigen eine ähnliche Anordnung wie Abb. i a und
nb, jedoch sind die Kanäle zusätzlich noch mit einer Neigung um den Winkel P zur
Zyliirderachse versehen, derart, daß der Gasstrom sich zur Zylinderachse hin bewegt;
damit tangieren die Richtungen,der Kanalachsen an einen mit dem Radius b um die
Zylinderachse beschriebenen Zylinder.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, die Bildung einer axialen
Abgaswalze im Kern des Zylinders zu verhindern. Sie erlaubt außerdem, im Vergleich
zur Ausführung nach Abb. i a, für einen gegebenen Zylinderdurchmesser die Anordnung
eines größeren Schieberdurch.messers und damit größere Steuerquerschnitte. Bei kegel-
oder kalottenförmigen Drehschiebern ergibt sieh diese Kanalanordnung von selbst.
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In Abb. 3 a und 3 b sind Kanäle gezeigt, die verschiedenartig in den
Zylinder eingeführt werden, und zwar derart, daß der Kanal D, wie in den vorhergehenden
Abbildungen mit dein Neigungswinkel a in den Zylinder einmündet, während der Kanal
D, axial geführt ist. Diese Anordnung genügt, um in vielen Fällen einen hinreichenden
Drall der Ladung hervorzurufen. Sie ermöglicht es aber, einen größeren Eintrittsquerschnitt
anzuordnen als die vorher gezeigten Anordnungen.
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Die Abb. -.a und 4.b zeigen den Steuerkopf für einen Viertaktmotor,
bei dem vier Kanäle im Zylinderdeckel angeordnet sind, nämlich zwei Einlaßkanäle
D und zwei Auslaßkanäle E. Damit während des Auslaßhubes der Drall der Ladung durch
die ausströmenden Restgasteile bereits vorbereitet wird, müssen die Abgaskanäle
einen Drehsinn haben, der dein der einströmenden Frischgase gleicIligeric'htet ist.
im geometrischen Sinne sind deshalb beide Kanäle entgegengerichtet (s. die Winkel
di und d2 in Abb.4b). In dem gezeigten Falle liegen die Achsen sämtlicher Kanäle
im Abstand a von der Zylinderachse entfernt.
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Um zu vermeiden, daß während der Überschneidung der Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten
der Frischgasstrom und der Abgasstrom sich gegenseitig stören, insbesondere für
alle Motoren, bei denen große Steuerzeitüberschneidungen angewendet «-erden, dient
die Anordnung, wie sie beispielsweise in den Abb. 5a und 5b dargestellt ist. Hier
sind die Einmündungen der Ein- und Auslaßkanäle in dem Zylinderraum radial gegeneinander
versetzt, in der Abbildung derart, daß die Einlaßkanäle D mit dem Abstand
a, die Auslaßkanäle E mit einem Abstand b von der Zylinderachse einmünden.
Da die Steuerung durch den Drehschieber C einen gleichen Abstand der beiden Kanäle
in der Schieberebene bedingt, ist es erforderlich, die in den Abb.2 und 3 bereits
gezeigte radiale Neigung einer der beiden Kanalachsen, hier für die Auslaßkanäle,
anzuwenden. Aus diesem Grunde sind die Auslaßkanäle hier ebenfalls unter einem Winkel
ß2 zur Zylinderachse geneigt, während der Neigungswinkel ß1 der Einlaßkanäle im
dargestellten Falle o° beträgt. Selbstverständlich kann auch jeder andere Neigungswinkel
der Einlaßkanäle angewendet werden, sofern nur die Einmün:dungsstelle der Ein- und
Auslaßkanäle den oben geschilderten Forderungen entspricht. Die Zündkerze l liegt,
wie üblich, am äußeren Umfaxig des Zylinders, also dort, wo vermöge der erfindungsgemäßen
Anordnung der iGas'kanäle der Frischgasstrom hingelenkt wird. Die Kraftstoffdüse
H richtet die Kraftstoffstrahlen G im flachen Kegel auf den Frischgasstrom.
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Die dargestellten Abbildungen sind, insbesondere bezüglich Form des
Drehschiebers, Ausbildung des Verbrennungsraumes, Querschnittsform der Gaskanäle
und Anordnung und Antrieb des Drehschiebers, nur schematische Ausführungsbeispiele.