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Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine Bei Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschinen
mit Gleichstromspülung liegt die Aufgabe vor, für die Auslaßventile im Zylinderkopf
so ausreichende Querschnitte unterzubringen, daß in der kurzen, für den Ladungswechsel
zur Verfügung stehenden Zeit die Verbrennungsgase möglichst restlos aus dem Zylinder
gespült werden. Gleichzeitig besteht aber aus Gründen guter Gemischbildung die Forderung,
die Einspritzdüse in den zentralen Teil des Zylinderkopfes zu legen. Die bisher
angewendeten vier hängenden Ventile, die rund um die in der Zylinderachse liegende
Einspritzdüse und mit den Achsen parallel zu dieser angeordnet sind, bedingen einen
erheblichen Aufwand an Einzelteilen und für die Bearbeitung.
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Große Ventilquerschnitte, durch welche die Anzahl der Ventile auf
zwei reduziert werden kann, lassen sich dann unterbringen, wenn die Ventile und
die Einspritzdüse gegen die Zylinderachse nach entgegengesetzten Seiten geneigt
angeordnet werden. Die Mündung der Einspritzdüse kann dabei ohne Nachteil wenig
außerhalb der Zylinderachse in dem zwischen den Ventilsitzen verbleibenden Teil
des Zylinderkopfes liegen. Bisher wurde vorgesehen, die Einspritzdüse und die einzelnen
Ventile je gegen die Zylinderachse geneigt so anzuordnen, daß deren Achsen auf Radien
der kugelförmigen Abschlußfläche des Verbrennungsraumes im Zylinderdeckel liegen,
also nicht parallel sind. Dies hat den Nachteil, daß für jedes Ventil ein separater
Kipphebel und eine Stoßstange erforderlich sind, was nicht nur die Ausführung verteuert,
sondern den Steuerungsantrieb mit erheblichen Massen belastet. Letzteres wirkt sich
bei den neuzeitlichen raschlaufenden Zweikontaktmotoren, bei welchen die Ventilsteuerzeiten
äußerst kurz sind, sehr nachteilig aus.
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Für Motoren mit je zwei Ein- und Auslaßventilen je Zylinderkopf ist
auch schon die Verwendung von Ventilen mit zueinander parallelen Achsen mit dem
Ziel vorgesehen worden, durch starke Neigung der Ventilachsen gegen die Zylinderachse
- sie beträgt etwa 45@ - eine Verwirbelung der in den Zylinder eintretenden Luft
zu erreichen. Nach einem anderen bekannten Vorschlag sind im Zylinderkopf zur Ausbildung
einer Wirbelkammer ein Ein- und ein Auslaßventil parallel zueinander angeordnet,
die bezüglich der Zylinderachse nach der entgegengesetzten Seite wie die im Scheitel
der Brennkammer mündende Einspritzdüse geneigt sind. Die Neigung der Ventile ergibt
sich dabei aus dem dachförmigen Verlauf des Kolbenbodens, während die Einspritzdüse
etwa unter 30 gegen die Zylinderachse geneigt ist. Wesentlich für diese Anordnung
ist das Bestreben, eine intensive Wirbelströmung innerhalb der zur Gänze im Zylinderkopf
liegenden Brennkammer zu erreichen. Da sich die Mündung der Einspritzdüse etwa über
der Zylinderwand befindet, ergibt sich der Nachteil einer nicht einwandfreien Gemischbildung.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Zweitaktbrennkraftmaschine
mit direkter Einspritzung des Brennstoffes in einen zur Zylinderachse koaxialen
Brennraum, vom Kolben gesteuerten Einlaßschlitzen und zwei parallelen hängenden
Auslaßventilen je Zylinderkopf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zur Verminderung
des Abstandes der durch die Achsen der Ventile gehenden Ebene und des Abstandes
der Achse der Einspritzdüse vom Schnittpunkt der Zylinderachse mit der oberen Abschlußfläche
des Brennraumes in an sich bekannter Weise die Ebene durch die Achsen der beiden
Auslaßventile und die Einspritzdüse nach entgegengesetzten Seiten der Zylinderachse
und gegen diese je weniger als 30°, vorzugsweise höchstens 15°, geneigt ist und
daß die Ventile durch einen gemeinsamen Kipphebel betätigt werden, was im Motorenbau
bei gleichartigen Ventilen an sich bekannt ist. Infolge der Neigung der Ventile
gegen die Zylinderachse ist das mit dem Kipphebel zusammenwirkende Ende der Ventilschäfte
von der Zylinderachse weiter entfernt als der Mittelpunkt der Ventilsitze, was sich
auf die Länge des Kipphebels und damit auf dessen Masse gleichfalls günstig auswirkt.
Schließt
nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die Stoßstange mit der Zylinderachse einen
entgegengesetzten gleichen Winkel ein wie die Ebene durch die Ventilachsen, so kann
die Länge deS Kipphebels auf ein Minimum gebracht werden. Für den Fall, daß die
Arme des Kipphebels gleich lang sind, also keine Übersetzung zwischen den Stoßstangen
und der Ventilbewegung gefordert ist, und die Ventilachsen unter dem gleichen Winkel,
aber in entgegengesetzter Richtung wie die Stoßstange gegen die Zylinderachse geneigt
sind, bleibt die Lagerung des Kipphebels frei von senkrecht zur Zylinderachse wirkenden
Kräften.
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In der Zeichnung sind Beispiele für die bekannten Anordnungen und
eine Ausführung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Fig. 1 bis 4 zeigen Anordnungen der Ventile und der Einspritzdüse
im Zylinderkopf nach den bekannten Vorschlägen, jeweils im Schnitt bzw. in der Ansicht
von unten, Fig.5 und 6 die Ausbildung eines Zylinderkopfes nach der Erfindung.
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Die Fig. 1, 3 und 5 sind Schnitte nach den mit 1-1, 111-111 und V-V
bezeichneten Linien der Fig. 2. 4 und 6. Bei der Anordnung nach den Fig. 1 und 2
ist die in der Zylinderachse liegende Einspritzdüse 1 von den Einlaß- 2, 2' und
Auslaßventilen 3, 3' umgeben. Da die Fläche zwischen der Eintrittsöffnung 4 des
Brennstoffstrahles und dem Rand 5 des Zylinderkopfes 6 nicht ausreicht, ein einziges
Ventil von genügendem Querschnitt unterzubringen, waren bei dem dargestellten Beispiel
insgesamt vier Ventile erforderlich. Wenn auch der durch die vielen Ventile bedingte
Bauaufwand nach der zweiten bekannten Variante, die in den Fig.3 und 4 wiedergegeben
ist, geringer ist, ergeben sich in diesem Fall aus der zur Unterbringung der erforderlichen
Wandstärken notwendigen starken Schräglage der Einspritzdüse nachteilige Wirkungen
hinsichtlich der Gemischaufbereitung innerhalb des Verbrennungsraumes. Diese Lösung
vermag daher ebenfalls nicht zu befriedigen.
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In Fig. 5 ist der Zylinder mit 10, der Kolben mit 11 und der
in diesem enthaltene Brennraum mit 12 bezeichnet. Nach der Erfindung sind die Düse
1 und die unter sich parallelen Ventile 2 und 3 gegen die Achse 13 des Zylinders
geneigt. Die Neigungswinkel sind kleiner als 30°, vorzugsweise bis 15°. Dadurch
braucht die Düse nur wenig aus der Mitte des Zylinderkopfes gerückt zu werden, um
für die Ventile ausreichend Platz zu lassen. Infolge der Neigung der Ventile wird
der auf das Ende ihrer Schäfte 7 wirkende Arm der Kipphebel 8 kürzer als
etwa bei der Ausführung nach Fig.3 und 4. Um den Kipphebel möglichst kurz zu halten
und den Kipphebelbock von Seitenkräften freizuhalten, werden die Stoßstange 9 des
Ventilantriebes vorzugsweise um den gleichen Winkel a wie der Ventilschaft, aber
in entgegengesetzter Richtung gegen die Zylinderachse geneigt und die Arme des Kipphebels
gleich lang ausgeführt. Durch die Übereinstimmmung der Winkel kann die Bearbeitung
der Werkstücke ohne Umspannen, nur durch Verdrehen des aufgespannten Teiles erfolgen.
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Bei der Einrichtung nach den Fig.5 und 6 sind die hin- und herbewegten
Massen des Ventiltriebes weitgehend reduziert. Ferner wird unter Vermeidung einer
starken Neigung des Brennstoffstrahls gegen die Zylinderachse die Möglichkeit geschaffen,
im Zylinderkopf zwei große Ventile anzuordnen. Die Vorzüge einwandfreier Gemischbildung
werden so mit jenen einer besonders zweckmäßigen Ventilsteuerung verbunden.