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Zweitaktbrennkraftmasehine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine im Zweitakt arbeitende Brennkraftmaschine, bei der die Verdichtung so hoch getrieben wird, dass eine Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffs eintritt und bei der ein Zylinderstern mit drei oder mehr als Zylinder dienenden Schenkeln vorgesehen ist, deren Kolben auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeiten. Um dabei einen hinreichend kleinen Verbrennungraum zu erhalten, hat man vorgeschlagen, den Kolbenböden die Form eines Daches zu geben.
Erhalten die Böden der Kolben die Gestalt eines symmetrischen Daches, so besteht der Verdichtungsraum aus einer Anzahl verhältnismässig enger von einem Mittelpunkt sternförmig ausgehender Sp. alten. Es ist schwierig, den Brennstoff auf diesen zerklüfteten Raum so zu verteilen, dass die in den Spalten befindliche, verdichtete Verbrennungsluft so mit dem Brennstoff vermischt wird, dass eine vollständige Verbrennung eintritt.
Nach der Erfindung ist bei Maschinen dieser Art eine rauchlose Verbrennung dadurch erreicht,
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organ ein Verdichtungsraum vorgelagert ist, der zwischen den seitlich vom Brennstoffstrahl und sym- metrisch zu diesem liegenden Dachflächen der dem Einspritzorgan benachbarten Spülluftkolben belassen ist, und dass der oder die Auspuffkolben den andern Dachflächen der Spülluftkolben möglichst genähert werden, wobei der oder die Auspuffkolben voreilen. Dadurch, dass der Verdichtungsraum zu einem Raum zusammengefasst ist, der unmittelbar vor der Einspritzdüse liegt, wird dieser Raum so von dem Brenn- stoff bestrichen, dass sich der Brennstoff gleichmässig über den Raum verteilt und daher auch gleichmässig mit der in diesem Raum befindlichen Verbrennungsluft mischt.
Die symmetrische Lage der seitlich vom Brennstoffstrahl liegenden Kolbenböden gibt dabei die Gewähr, dass die dem Brennstoffstrahl vor- gelagerte Luft gleichmässig in dem Verdichtungsraum gelagert ist, und dass keine Wirbel entstehen, welche die gute Verteilung des Brennstoffes stören könnten. Die vollständige Verbrennung des Brenn- stoffes in diesem Raum ist daher gewährleistet.
Die unvermeidlichen Toträume, welche zwischen den Spülluftkolben und dem oder den Auspuff- kolben verbleiben und in die der Brennstoffstrahl nicht unmittelbar gelangen kann, sind dadurch auf ein Mindestmass gebracht, dass im Zeitpunkt des höchsten Verdichtungsdruckes der oder die Auspuff- kolben möglichst nahe an die Dachflächen der Spülluftkolben gebracht sind. Die verdichtete Verbren- nungsluftmenge, welche sich in den engen Spalten zwischen dem oder den Auspuffkolben und den Spül- luftkolben noch befindet, ist aber immerhin noch so bedeutend, dass die Leistung der Maschine erheblich beeinträchtigt wird, wenn man diese Luft nicht mit zur Verbrennung heranzieht. Die Ausnutzung auch dieser Luftmenge ist dadurch erreicht, dass man den oder die Auspuffkolben voreilen lässt.
Da der oder die Auspuffkolben schon kurz vor dem höchsten Verdichtungsdruek, also vor der Selbstzündung des
Brennstoffes, ihren Auswärtshub beginnen, wird aus dem Verbrennungsraum, in welchem sich zu diesem
Zeitpunkt zerstäubter Brennstoff befindet, durch die Saugwirkung des oder der Auspuffkolben Brenn- stoff in die Spalten zwischen diesen und den Spülluftkolben hineingesaugt. Dieser Brennstoff mischt sich mit der dort befindlichen verdichteten Luft, so dass auch diese Luftmengen zur Verbrennung mit herangezogen werden.
Man hat bereits bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffs und drei in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeitenden Kolben vorgeschlagen,
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den Kolben, welcher den Auslass steuert, voreilen zu lassen. Auch hat man schon die Einspritzdüse zwischen zwei Zylindern angeordnet. Bei diesen bekannten Maschinen sind aber an dem Kolben Verdrängeransätze angeordnet, um eine innige Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft durch Wirbel zu erzielen.
Es hat sich aber herausgestellt, dass sich die Luftwirbel nicht gleichmässig über den ganzen Verdichtungsraum verteilen, sondern dass der Brennstoff nur durch einzelne schnellfliessende Fasern des Wirbels mitgerissen wird, und dass der ausserhalb dieser Fasern befindliche Brennstoff mit der Luft nicht in innige Berührung kommt. Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung sind demgegenüber Wirbel nach Möglichkeit vermieden und die innige Vermischung des Brennstoffes mit der Luft ist durch eine besondere Ausgestaltung des Verdichtungsraumes zwischen den gegenläufigen Kolben erreicht, u. zw. unter Verwendung dachförmiger Kolbenböden, die den kleinsten Brennraum und damit den höchsten Verdichtungsdruck erzielen lassen.
Der auf den oder die Kolbenböden auftreffende Brennstoff soll dabei möglichst schon mit Luft gemischt und in Dampfform verwandelt sein. Diese Vorbereitung des Brennstoffes für die Verbrennung ist dadurch erzielt, dass im Zylinderstern zwischen den dem Einspritzorgan benachbarten Zylindern ein
Vorraum vorgesehen ist, der sich an den von den Böden der zugehörigen Kolben gebildeten Durchlass- kanal unmittelbar anschliesst und in den das Einspritzorgan mündet. Während des Einspritzvorganges wird aus dem Verdichtungsraum zwischen den Kolben in den Vorraum ein Luftstrom eingeblasen, der eine dem Brennstoffstrahl entgegengesetzte Richtung hat. Dadurch entsteht eine starke Reibung zwischen Ladestoff und Brennstoffstrahl, so dass dieser zum Teil zerstäubt und dabei mit Luft durchsetzt wird.
Dadurch, dass bei-der Zündung aus dem Zündraum ein Gaskolben dem Brennstoffstrahl entgegengetrieben wird, tritt ferner in dem Vorraum eine Stauung ein, die bewirkt, dass der in diesem Vorraum befindliche Brennstoff verteilt, mit der dort vorhandenen Luft vermischt und zur Entzündung gebracht wird. Eine vorzeitige Zündung des Brennstoffes in diesem Vorraum kann durch Kühlung desselben vermieden werden.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine nach der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Maschine schematisch im Längsschnitt durch den Zylinderstern und veranschaulicht den Antrieb der Kolben ; Fig. 2 ist ein Teil der Fig. 1 in grösserem Massstab.
Bei der im Zweitakt arbeitenden Dreizylindermaschine spielen in einem Zylinderstern 1 mit drei Zylindern 2,2, 3 die Kolben 4, 4, J, von denen die beiden Kolben 4 mittels der in den Zylindern 2 vorgesehenen Schlitze 6 die Spülluft und der Kolben 5 mittels der Schlitze 7 den Auspuff steuern. Die drei Kolben werden durch Kurbeln 8, 8, 9 angetrieben, deren Bewegung durch Zahnräder 10, 11 weitergeleitet wird.
Die drei gegenläufigen Kolben arbeiten auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum, der im inneren Totpunkt der Kolben zwischen ihren Böden belassen ist. Diese Böden sind dachförmig ausgestaltet.
Der Auspuffkolben 6 hat die normale dachförmige Gestalt mit den Dachflächen 12, 13. Die
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den Dachflächen 12, 13 des Auspuffkolbens 6 gegenüberliegen und dessen längere Dachflächen 35 einander gegenüberliegen und parallel zur Achse des Auspuffkolbens 6 gerichtet sind. Der Auspuffkolben eilt den Spülluftkolben um einen gewissen Winkel vor.
Die Böden der Spülluftkolben 4 sind an ihren längeren Dachflächen 36 so verkürzt, dass im Zeitpunkt des höchsten Verdichtungsdruekes zwischen diesen Dachflächen der Verbrennungsraum 36 verbleibt. Die Lage der Kolben in diesem Zeitpunkt ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei sind die Verhältnisse so getroffen, dass der Auspuffkolben 6 mit seinen Dachflächen12, 13 den kürzeren Dachflächen 34 der Spülluftkolben 4 dicht gegenübersteht, also zwischen diesen Kolbenflächen nur enge Spalten J7 verbleiben.
Beim Verdichtungshub der drei Kolben 4,4, 5 wird die Luft in dem Raum zwischen den Kolben- böden verdichtet und der Brennstoff durch das Brennstoffventil M in den Verbrennungsraum 36 fächer- förmig eingespritzt. Dieser Verbrennungsraum, der sich zwischen den beiden Dachflächen : 35 der Spülluftkolben 4 befindet, hat die Form einer Scheibe, die in der Ebene des fächerförmigen Brennstoffstrahles liegt. Der Brennstoff gelangt daher unmittelbar an alle Teile dieses Verbrennungsraumes, so dass er auf die in dem Raum befindliehe, hoch verdichtete Luft gut verteilt wird.
Der Auspuffkolben 5 ist dabei der Spülluftkolben 4 schon sehr nahe gekommen, so dass sich in den Spalten 3"1 im wesentlichen nur verdichtet Luft befindet. Kurz bevor nun der Verdichtungshöchstdruck erreicht wird, also noch vor der Zündung, beginnt der Auspuffkolben 5 infolge seiner Voreilung bereits seinen Auswärtshub, während die beiden Spülluftkolben 4 sich noch etwas nahern. Durch diese Bewegung des Auspuffkolbens 5 entsteht in den engen Spalten 3"1 ein Unterdruck, der zur Folge hat, dass aus dem Verbrennungsraum 36 ein Brenn- stoffluftgemisch in die Spalten hineingesaugt wird. Es tritt darauf die Zündung ein.
Da einerseits in dem Verbrennungsraum der Brennstoff durch die Anpassung dieses Raumes an die fächerförmige Gestalt des Brennstoffstrahles auf die Luft gut verteilt ist und anderseits sich auch noch in den Spalten ein brennbares Gemisch befindet, wird eine restlose Verbrennung erzielt.
Das Brennstoffventil 14 mündet nicht unmittelbar in den Durchlasskanal zwischen den beiden Spülluftkolben 4, es ist vielmehr zwischen diesem Kanal und dem Brennstoffventil in dem Zylinder-
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stern 1 ein Raum 26 vorgesehen, der sich an den Raum. 36 unmittelbar anschliesst und in den die Düse des Einspritzventils mündet. Dieser Raum 26 ist von einem Kühlwassermantel 27 umgeben.
Der Raum 26 hat die Aufgabe, den Brennstoffstrahl für die Verbrennung vorzubereiten. Zu
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ein Luftstrom aus dem Raum 36 in den Vorraum 26 eingeblasen, also entgegengesetzt zur Richtung des
Brennstoffstrahles. Der Strahl wird dadurch schon in dem Vorraum 26, insbesondere durch Reibung an der entgegenströmenden Luft, zerstäubt und mit Luft durchsetzt, wodurch er für die spätere Ver- brennung gut vorbereitet ist.
Die in dem Vorraum 26 gegen Ende der Einspritzung befindliche Brennstoffmenge wird dadurch, dass nach erfolgter Zündung aus dem Zündraum dem Brennstoffstrahl Gas entgegengetrieben wird, in dem Vorraum angestaut, da sich die durch die Zündung im Zündraum verursachte Druckwelle durch den Raum 36 auf den Vorraum 26 fortpflanzt. Durch diese Stauung wird die Brennstoffmenge in dem
Vorraum verteilt, mit der dort vorhandenen Luft innig vermischt und zur Entzündung gebracht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes und drei oder mehr in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeitenden Kolben mit dachförmigen Böden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung des Einspritzorgans (14) zwischen zwei Zylindern gleichlaufender Kolben (4, 4) dem Einspritzorgan ein Verdichtungsraum (36) vorgelagert ist, der zwischen den seitlich vom Brennstoffstrahl liegenden Dachflächen der dem Einspritzorgan benachbarten Spülluftkolben belassen ist, und dass der oder die Auspuffkolben (5) den andern Dachflächen der Spülluftkolben möglichst genähert werden, wobei der oder die Auspuffkolben voreilen.