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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.
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Injection internal combustion engine
The invention relates to injection internal combustion engines in which during the
Compression stroke essentially the entire
Air charge is displaced into a bulb-shaped combustion chamber arranged in the piston, the opening of which is smaller than its largest cross section and whose swirling air content is injected towards the end of the compression stroke in the direction of the nozzle axis.
In such machines it is of crucial importance that the axis of the combustion chamber coincides with the cylinder or cylinder axis. The piston axis coincides, because only in this case can a perfectly symmetrical air turbulence arise in the piston chamber. Is the combustion chamber z. B. arranged eccentrically to the piston axis, the part of the cylinder to be displaced must be that which is further away from the combustion chamber axis
Air masses are accelerated more than the other, diametrically opposite part.
As a result, however, a greater amount of compression work must be used. This fact has been taken into account in the known designs. That's why you even have one
Machine with two inlet and outlet valves, despite the significantly higher construction costs in
Purchase taken. In these machines, the injection nozzle is located between the four valves in the piston or. Combustion chamber axis. In addition to the large number of valves, this version also has the disadvantage of poor accessibility to the injection nozzle.
Therefore, instead of the four-valve version, a two-valve machine was built.
Because of the necessary large suction valve, nozzle and combustion chamber had to be arranged off-center. However, this arrangement has the fluidic disadvantages mentioned at the beginning and the following structural disadvantages:
Firstly, the piston combustion chamber can be reversed during piston assembly and secondly, due to the off-center position of the combustion chamber, the part of the piston on the side of the combustion chamber is heated more than the opposite part, which causes distortion of the piston, sticking of the piston rings and uneven wear are the consequence.
The invention now creates a machine which combines the fluidic advantages of the four-valve design with the particular structural advantages of the two-valve design.
The invention consists in that, despite the
If only one large suction valve is used (the smaller exhaust valve is not of decisive importance) the combustion chamber can be arranged coaxially with the piston axis.
This is achieved in that the nozzle is inclined and passes through the center of the combustion chamber. Through appropriate
By choosing the angle of inclination, the entire fuel can be evenly captured by the air masses swirling in the bead-shaped combustion chamber and distributed evenly over the entire room.
Machines are already known in which the nozzle axis is inclined against the combustion chamber or Piston axis is directed, but these are neither machines with a flat combustion chamber, which is the prerequisite for the formation of an air vortex, nor those whose combustion chamber axis coincides with the piston axis.
Depending on whether the combustion chamber is more flat and therefore more wide or more high and therefore less wide, or the nozzle is more or less inclined, it will protrude more or less far over the edge of the opening towards the center of the combustion chamber.
In this case it can happen that at least the outer jacket of the fuel jet collides with the edge of the combustion chamber opening. In this case, according to a further embodiment of the invention, a recess is provided in the opening of the combustion chamber which enables the entire fuel jet to enter the combustion chamber free of charge.
However, in order not to disturb both the symmetry of the flow and to maintain the advantage of installing the piston without confusion, a second, identical recess can be provided diametrically opposite one recess.
In Figs. 1-4, two embodiments according to the invention are shown: Figs. 1 and 2 represent a machine with relatively
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wide combustion chamber and steep nozzle in plan and floor plan. FIGS. 3 and 4 show a
Machine with the recesses in the edge of the
Combustion chamber opening are necessary. Figs. 1 and 3 are sections along the line I-I of Figs.
1 denotes the piston axis, 2 is the nozzle axis, 11 the nozzle, 3 the piston, 4 the piston combustion chamber, 5 the drawn-in edge of the combustion chamber, 6 the suction valve, while 7 and 8 (Fig. 3, 4) are the opposite recesses in the Represent the edge of the combustion chamber. The direction of flow of the air vortex in the combustion chamber is indicated by 9, 10 is the space between the piston and cylinder cover remaining at top dead center, M is the center of the combustion chamber.
During the compression cycle of the machine, the air is now displaced from the room 10 into the room 4, the air vortex 9 being formed.
Shortly before reaching top dead center, the fuel is injected from the nozzle 11 in direction 2 into the combustion chamber. As can be seen from the drawing, the circumference of the fuel jet is captured by the air vortex in such a way that, with the appropriate arrangement of the nozzle, the jet direction of the fuel coincides with the direction of flow of the air at the point where the two media come into contact, whereby a uniform and similar effect under all operating conditions Mixing of
Fuel and air is guaranteed.
PATENT CLAIMS:
1. Injection internal combustion engine, in which during the compression stroke essentially the entire air charge is displaced into a flat, rotary combustion chamber with a bead-like shape arranged in the piston, the opening of which is smaller than its largest cross-section and whose swirling air content towards the end of the compression stroke has liquid fuel in the direction the nozzle axis is injected, characterized in that the axis of the combustion chamber coincides with the piston axis and that the nozzle axis is inclined towards the combustion chamber or. Piston axis is directed and goes through the center of the combustion chamber.