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Einspritzbrennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Einspritz- brennkraftmaschinen, bei welchen während des
Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte
Luftladung in einen im Kolben angeordneten flachen Brennraum von wulstförmiger Gestalt verdrängt wird, dessen Öffnung kleiner ist als dessen grösster Querschnitt und in dessen wirbelnden Luftinhalt gegen Ende des Ver- dichtungshubes flüssiger Brennstoff in Richtung der Düsenachse eingespritzt wird.
Bei solchen Maschinen ist es von ausschlag- gebender Bedeutung, dass die Brennraumachse mit der Zylinder-bzw. Kolbenachse zusammen- fällt, denn nur in diesem Falle kann eine einwand- freie symmetrische Luftwirbelung im Kolben- raum entstehen. Ist nämlich der Brennraum z. B. exzentrisch zur Kolbenachse angeordnet, so muss der von der Brennraumachse weiter entfernt liegende Teil der zu verdrängenden
Luftmassen mehr beschleunigt werden als der andere, diametral gegenüber liegende Teil.
Dadurch aber muss eine grössere Kompression- arbeit aufgewendet werden. Dieser Tatsache ist bei den bekannten Ausführungen Rechnung getragen worden. Man hat deshalb sogar eine
Maschine mit je zwei Einlass-und Auslassventilen trotz des wesentlich höheren Bauaufwandes in
Kauf genommen. Bei diesen Maschinen befindet sich die Einspritzdüse zwischen den vier Ventilen in der Kolben-bzw. Brennraumachse. Ausser der grossen Zahl an Ventilen hat diese Ausführung noch den Nachteil der ungünstigen Zugängigkeit zur Einspritzdüse.
Man hat deshalb statt der vierventiligen Ausführung eine zweiventilige Maschine gebaut.
Dabei musste man wegen des notwendigen grossen Saugventils, Düse und Brennraum aussermittig anordnen. Diese Anordnung bringt jedoch die eingangs erwähnten strömungstechnischen und folgende bautechnische Nachteile :
Erstens kann bei der Kolbenmontage unter Umständen der Kolbenbrennraum seitenverkehrt zu liegen kommen und zweitens wird durch die aussermittige Lage des Brennraumes der auf der Seite des Brennraumes liegende Teil des Kolbens stärker erhitzt als der gegenüberliegende Teil, wodurch Verziehungen des Kolbens, Festsitzen der Kolbenringe und ungleiche Abnützung die Folge sind.
Durch die Erfindung wird nun eine Maschine geschaffen, die die strömungstechnischen Vorteile der vierventiligen Bauart mit den insbesondere bautechnischen Vorteilen der zweiventiligen Aus- führung vereinigt.
Die Erfindung besteht darin, dass trotz der
Anwendung nur eines grossen Saugventils (das kleinere Auspuffventil ist nicht von ausschlag- gebender Bedeutung) der Brennraum koaxial mit der Kolbenachse angeordnet werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Düse geneigt angeordnet wird und durch den Mittelpunkt des Brennraumes geht. Durch entsprechende
Wahl des Neigungswinkels kann erreicht werden, dass der gesamte Brennstoff von den im wulst- förmigen Brennraum wirbelnden Luftmassen gleichmässig erfasst und auf den ganzen Raum gleichmässig verteilt wird.
Es sind zwar schon Maschinen bekannt, bei welchen die Düsenachse schräg gegen die Brenn- raum-bzw. Kolbenachse gerichtet ist, doch handelt es sich dabei weder um Maschinen mit flachem Brennraum, der die Voraussetzung für die Bildung eines Luftwirbels ist, noch um solche, deren Brennraumachse mit der Kolbenachse zusammenfällt.
Je nachdem, ob nun der Brennraum mehr flach und daher mehr breit oder mehr hoch und daher weniger breit bzw. die Düse mehr oder weniger stark geneigt ist, wird sie mehr oder weniger weit über den Rand der Öffnung gegen die Mitte des Brennraumes zu hinwegragen.
Hiebei kann es vorkommen, dass zumindest der äussere Mantel des Brennstoffstrahles mit dem Rand der Brennraumöffnung kollidiert. In diesem Falle wird einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäss in der Öffnung des Brennraumes eine Ausnehmung vorgesehen, die dem gesamten Brennstoffstrahl freien Eintritt in den Brennraum ermöglicht.
Um jedoch sowohl die Symmetrie der Strömung nicht zu stören als auch den Vorteil des verwechslungsfreien Einbaues des Kolbens zu wahren, kann diametral gegenüber der einen Ausnehmung eine zweite, gleiche Ausnehmung vorgesehen werden.
In den Fig. 1-4 sind zwei Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung dargestellt : Fig. 1 und 2 stellen eine Maschine mit verhältnismässig
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breitem Brennraum und steiler Düse im Auf- und Grundriss dar. Fig. 3 und 4 zeigen eine
Maschine, bei der Ausnehmungen im Rand der
Brennraumöffnung notwendig sind. Fig. 1 und 3 sind Schnitte längs der Linie I-I der Fig. 2 und 4.
Mit 1 ist die Kolbenachse bezeichnet, 2 ist die Düsenachse, 11 die Düse, 3 der Kolben, 4 der Kolbenbrennraum, 5 der eingezogene Rand des Brennraumes, 6 das Saugventil, während 7 und 8 (Fig. 3,4) die gegengleichen Ausnehmungen im Rand des Brennraumes darstellen. Mit 9 ist die Strömungsrichtung des Luftwirbels im Brennraum angedeutet, 10 ist der im oberen Totpunkt verbleibende Raum zwischen Kolben und Zylinderdeckel, M ist der Mittelpunkt des Brennraumes.
Beim Kompressionstakt der Maschine wird nun die Luft aus dem Raum 10 in den Raum 4 verdrängt, wobei sich der Luftwirbel 9 bildet.
Kurz vor Erreichung des oberen Totpunktes wird der Brennstoff aus der Düse 11 in Richtung 2 in den Brennraum eingespritzt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird der Brennstoffstrahl auf seinem Umfang vom Luftwirbel so erfasst, dass bei entsprechender Anordnung der Düse die Strahlrichtung des Brennstoffes mit der Strömungsrichtung der Luft am Ort der Berührung der beiden Medien zusammenfallen, wodurch bei allen Betriebsverhältnissen eine gleichmässige und gleichartige Vermischung von
Brennstoff und Luft gewährleistet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einspritzbrennkraftmaschine, bei der während des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Luftladung in einen im Kolben angeordneten flachen, rotationsförmigen Brennraum von wulstförmiger Gestalt verdrängt wird, dessen Öffnung kleiner ist als dessen grösster Querschnitt und in dessen wirbelnden Luftinhalt gegen Ende des Verdichtungshubes flüssiger Brennstoff in Richtung der Düsenachse eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Brennraumes mit der Kolbenachse zusammenfällt und dass die Düsenachse schräg gegen die Brennraum-bzw. Kolbenachse gerichtet ist und durch den Mittelpunkt des Brennraumes geht.