Zweitakteinspritzbrennkraftmasehine mit Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes und drei oder mehr in einem Zylinderstern auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum arbeitenden Kolben. Die Erfindung bezieht sich auf eine im Zweitakt arbeitende Einspritzbrennkraft- maschine, bei der die Verdichtung so hoch getrieben wird, dass eine Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes eintritt und bei der ein Zylinderstern mit drei oder mehr Zylindern vorgesehen ist, deren Kolben auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum ar beiten.
Um dabei einen hinreichend kleinen Verbrennungsraum zu erhalten, hat man vorgeschlagen, den Kolbenböden die Form eines Daches zu geben.
Wird .dann am Ende der Kompression der Verbrennungsraum zwischen den Kol benböden gleichmässig freigelassen, so be steht dieser Raum aus einer Anzahl ver hältnismässig enger, von einer Age stern förmig ausgehender Spalten. Es ist schwie rig, den Brennstoff auf einen so zerklüfte ten Verbrennungsraum derart zu verteilen, dass alle in den Spalten befindliche, verdich- tete Verbrennungsluft mit Brennstoff ver mischt wird und eine vollständige Ver brennung eintritt.
Dabei soll die Bildung von Luftwirbeln nach Möglichkeit ver mieden werden, da erfahrungsgemäss der Brennstoff nur durch die schnellfliessenden Fasern des Wirbels mitgerissen wird, so dass der ausserhalb dieser Fasern befindliche Brennstoff mit der Luft nicht in innige Be rührung kommt.
Nach der Erfindung ist bei Maschinen dieser Art, um eine rauchlose Verbrennung zu erreichen, das Einspritzorgan zwischen zwei Zylindern angeordnet. Am Ende der Kompression wird zwischen dem oder den dem Einspritzorgan gegenüberliegenden Kol ben und ihnen gegenüberliegenden Dach flächen der ihnen benachbarten Kolben ein Zündraum gebildet, der die Hauptmenge der Verbrennungsluft aufnimmt und in den das Einspritzorgan den Brennstoff durch einen Kanal hindurch einspritzt,
der am Ende der Kompressian von zu beiden Seiten des Brenn stoffstrahls liegenden Dachflächen von Kol ben gebildet wird. In der Mitte des Raumes sind namentlich bei Maschinen mit ungekühl- ten Kolben die Vorbedingungen für die Ent zündung des Brennstoffes besonders günstig,
da er nur durch heisse Kolbenböden begrenzt ist und die wärmeabführenden Flächen im Verhältnis zum eingeschlossenen Luftvolu- men klein sind. Der Brennstoffnebel kann infolge der Form des Zündraumes sich gleich mässig über diesen -verteilen, so dass' bei der Verbrennung in diesem Raum alle Luft ver. braucht werden kann.
Auf :der Zeichnung sind mehrere Aus führungsbeispiele der Brennkraftmazchine nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Maschine schematisch im Längsschnitt durch den Zylinderstern und die Brennstoffpumpe und veranschaulicht -den Antrieb der Kolben und der Brennstoff pumpe; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil .des Zylinders einer Maschine mit einem an dern Verbrennungsraum;
Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie C-D der Fig. 3.; Fig. 5 ist eine schaubildliche Darstellung eines Teils: der Fig. 3;
Fig. 6 und 7 zeigen weitere Ausführungs beispiele im Längsschnitt; Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch den Zy linderstern einer Variante der Maschine nach Fig. 3 und 4 und zeigt ein. Schaubild zur Ver anschaulichung der Luftverteilung im Ver brennungsraum; Fig. 9 ist ein Schaubild zur Veransehau- lichung der Einspritzgeschwindigkeit.
Bei der im Zweitakt arbeitenden Drei zylindermaschine nach Fig. 1 und 2 spielen in einem Zylinderstern 1 mit drei Zylindern 2, 2, 3 die Kolben 4, 4, 5, von Jenen,die bei den Kolben 4 die Spüllufeschlitze 6 in den Zylindern 2 und der Kolben 5 die Auspuff schlitze 7 im Zylinder<B>3</B> steuern. Die drei Kolben werden. durch Kurbeln 8, 8, 9 an getrieben, deren Bewegung durch Zahnräder 10, 11 weitergeleitet wird.
Die drei gegenläufigen Kolben arbeiten auf einen gemeinsamen Verbrennungsraum. der im innern Totpunkt :der Kolben zwischen ihren Böden gebildet wird. Diese Böden sind dachförmig ausgestaltet. Jeder Boden hat also eine Dachfläche 12 und eine Dachfläche 1.8. die am First zusammenstossen. Zwischen den beiden Zylindern 2 Jer Spülluftkolben 4 ist im Zylinderstern 1 das Brennstoffventil 14 mit dem Düsenkanal in der Age des Aus puffzylinders<B>3</B> angeordnet.
Dem Brennstoffventil 14 wird der Brenn stoff durch eine Leitung 15 von der Brenn stoffpumpe 16 zugeführt, deren Saugraum durch eine Leitung 17 mit dem nicht gezeich neten Brennstoffbehälter in Verbindung steht. Der Plunger 18 der Pumpe wird durch einen Nocken 19 mit einer Auflauffläche 29 und einer Ablauffläche 30 angetrieben, -der auf einer von der Steuerwelle der Maschine angetriebenen Welle 20 sitzt.
Der Kolben 5 ist gegenüber -den Kolben 4 verkürzt, so-dass am Ende der Kompression die einander gegenüberliegenden Dachflächen 1.2, 13 der Kolben 4, 4 nur einen schmalen Kanal 21 freilassen, während der Boden des Auspuffkolbens 5 von den ihm gegenüber liegenden Dachflächen 12, 13 der beiden Kol ben 4 so weit absteht, dass zwischen den bei den Spülluftkolben einerseits und dem Aus puffkolben anderseits ein Raum 22 gebildet wird.
Gegen Ende des Verdichtungshubes be ginnt die Einspritzung ges Brennstoffes; dieser wird durch den Kanal 211 hindurch in .den Raum 22 gespritzt, in welchem sich der Hauptteil der verdichteten Luft befindet. Da dieser Raum 22 die Form eines flachen Daches hat, wird der an dem First dieses Raumes eintretende Brennstoffstrahl nach beiden Seiten abgelenkt und auf die in dem Raum 22 befindliche Luft verteilt. Haben -die Kolben die in Fig. 1 dargestellte innere Tot lage erreicht,
so herrscht in dem Raum 22 der höchste Verdiehtungsdruck, bei dem das Brennstoffluftgemisch eine Temperatur er reicht hat, die über der Selbstzündungs- temperatur des Brennstoffes liegt. Das Ge 7nisch wird dadurch entzündet und verbrennt restlos, da. es die dazu erforderliche Luft- menge vorfindet.
Die Einleitung der Zündung erfolgt in der Mitte des Zündraumes 22, da clieser Raum nur von den heissen Böden der Kolben 4, 4, 5 begrenzt und die Abführung der. Wärme durch diese Flächen im Verhält nis zum eingeschlossenen Luftvolumen am kleinsten ist.
Im innern Totpunkt .der Kolben ist auch die Einspritzung beendet. Die zuletzt durch die Düse 14 eingespritzten Brennstoffmengen, die durch den engen Kanal 2:1 in den Zünd- raum 22 vordringen wollen. werden daran dadurch gehindert. :dass das Gas in dem Raum 2-2 sich ausdehnt und ein Teil :davon dem Brennstoffstrahl in ,dem Kanal 21. entgegen strömt.
Die zuletzt: eingespritzten Brennstoff teilchen sind dadurch an einem weiteren Vor dringen gehemmt und werden zum Teil sogar in die Teile des Kanals 9'1 zurückgedrängt. welche der Düse des, Brennstoffventils 14 be- na.ehbart sind. Dort befindet sich aber ver dichtete Luft. die noch nicht verbraucht ist, da. der vorher eingespritzte Brennstoff sofort tiefer in den Kanal eingedrungen war. Es werden daher auch die zuletzt eingespritzten Brennstoffteilchen restlos verbrannt. Die Ma schine hat daher auch bei sehr hohen Dreh zahlen eine rauchlose Verbrennung.
Per Zündraum 22 kann auch dadurch sein, dass die dem Auspuffkolben 5 gegenüberliegenden Dachflächen 12, 13 der Spülluftkolben 4, 4 zurückgesetzt sind, so dass die Böden dieser Kolben die Formeines She Aaehes erhalten. Auch können diese Dachflächen mit Aussparungen versehen sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 5 sind in den beiden gegenüberliegenden Dachflächen 13 bezw. 12 der Kolben 4, 4 Rinnen 23 in der Richtung des Brennstoff- strahles vorgesehen, die sich gegen den Zünd- raum vertiefen.
Im innern Totpunkt bilden die beiden Rinnen den Durehlasskanal 24 für den Brennstoff, der infolge :der Vertiefung -der Rinnen 23 gegen den Zündraum 25 dem Brennstoffstrahl angepasst ist.
Die neben den Rinnen 23 .stehenden Teile der Dachflächen 12, 13 der Kolbenböden kommen am Ende der Verdichtung dicht aneinander, so dass tote Räume, deren Luftinhalt zur Verbren nung nicht herangezogen werden kann, nach Möglichkeit vermieden sind.
Der Auspuffkolben 5 ist mit einer Aus sparung 25 versehen, die die Gestalt einer flachen Rinne hat, welche quer über den Kol benboden läuft. Diese Aussparung bildet zu sammen mit den gegenüberliegenden Dach flächen 12 und 13 der Spülluftkolben 4,den Zündraum 25.
Bei dem Zündraum 22 nach Fig. 1 und 2 besteht infolge der dachförmigen Ausgestal- tung dieses Raumes die Gefahr, dass :die Ver teilung .des Brennstoffes in der verdichteten Luft nicht gleichmässig erfolgt, so, dass in. den Ecken des Zündraumes wegen Luftmangel Kohlenogydbildung eintreten kann.- Der Zündraum 25 nach Fig. 3 bis 5 ist kom pakter.
Der zuerst eingespritzte Brennstoff schiesst durch den Kanal 24 zwischen :den Spülluftkolben 4 hindurch, wobei er sieh in folge der kegelförmigen Ausgestaltung dieses Kanals ausbreiten kann, und trifft auf die verdichtete Luft in dem Raum 25. Dabei wird schon eine grosse Fläche dieser Luft menge unmittelbar von dem Strahl getroffen.
Infolge der kompakteren Gestalt des Raumes 2'5 wird der Brennstoff über :den ganzen Raum bis in seine äussersten Ecken hinein so gleichmässig verteilt, dass,
beider Zündung i m Zeitpunkt des höchsten VerdichtungsJru skes die restlose Verbrennung des Brennsto.±Fes in diesem Raum besser gesichert erscheint als beider Maschine nach Fig. 1 und In Fig. 6 ist eine Maschine mit fünf Zy- lindern :dargestellt.
Das Brennstoffventil 14 ist, was die Zeichnung nicht zeigt, zwischen zwei Zylindern 2 mit Spüllufts,chlitzen 4 und gegenüber einem Auspuffschlitze .steuernden Kolben 5 angeordnet.
Die beiden, diesem Kolben 5 benaehbarten Kolben können auch Spülluftschlitze steuern. Auch hier ist der Kolben 5 mit einer Rinne 25. versehen,. die zusammen mit den ihr gegenüberliegenden Dachflächen 12, 13 der benachbarten Spül luftkolben 4 den Zündraum bildet. Der Durchlasskanal 24 für den Brennstoff isst durch die einander gegenüberliegenden Dach flächen 12, 1'3 der dem Brennstoffventil 14 benachbarten 8pülluftkolben 4 gebildet.
Fig. 7 zeigt eine Maschine mit vier Zylin dern. Das Brennstoffventil 14 ist zwischen zwei Zylindern 4 mit Spülluftschlitzen gegen über der Schnittlinie der beiden diesen Zy lindern gegenüberliegenden, mit Auspuff schlitzen versehenen Zylinder 3 angeordnet.
Der Zündraum ist durch Aussparungen 25 in den im übrigen dachförmigen. Böden der Kolben 5 in den Zylindern '3 und durch die Dachflächen 12, 13 der Kolben 4 gebildet, Der Durchlasskanal 24 -ist wieder durch Rinnen in den einander am Ende der Kom pression gegenüberliegenden Dachflächen 12, 13,der dem Brennstoffventil 14 benachbarten Kolben 4 gebildet.
" Nach Fig. 8 mündet das Brennstoffventil 14 nicht unmittelbar in den Durehlasskanal zwischen den beiden Spülluftkolben 4, son dern in einen Raum<B>2'6</B> in dem Zylinderstern 1, an den der Durehlasskanal 24 unmittelbar anschliesst. Dieser Raum 26 ist von einem Kühlwassermantel 27 umgeben.
Zu Beginn der Einspritzung, während die Kolben 4, 4, 5 sich noch auf dem Verdich tungshub befinden, strömt Luft aus dem Ka nal 24 in den Vorraum 26, also entgegen gesetzt zur Richtung des Brennstoffstrahles. Der Strahl wird dadurch schon in dem VoT- raum 26, insbesondere durch Reibung an der entgegenströmenden Luft, zerstäubt und mit Luft durchsetzt, wodurch die spätere Ver- brennnung erleichtert wird.
Da nach erfolgter Zündung Gas aus. dem Zündraum 2:5 dem Brennstoffstrahl entgegen strömt, wird der am Ende der Einspritzung in den Vorraum eingespritzte Brennstoff :dort angestaut, in .den Vorderraum verteilt, mit der dort vorhandenen Luft innig vermischt und zur Entzündung gebracht.
Die Verteilung der Luft am Ende der Kompression zeigt-das bei Fig. 8 dargestellte Schaubild 28. Als Abszisse ist die Länge des Gesamtverbrennungsraumes vom Auspuff kolben 5 bis zur Düse des Brennstoffventils 14 und als Ordinaten sind die Quersahnitt- flächen,dieses. Raumes aufgetragen. Es zeigt sich, dass in dem Raum 25 bei weitem die grösste Luftmenge untergebracht ist, so, da-ss dieser Raum zuerst auf die zur Selbstzün dung des Brennstoffes erforderliche Tempera tur gelangt.
Um eine vorzeitige Zündung des Brenn- otoffes in dem Vorraum 26 zu vermeiden. wird dieser Raum .durch das Kühlwasser im Mantel 27 unterhalb der Selbstzündungstem- peratur des Brennstoffes gehalten.
Der Nocken 19 zum Antrieb des Plun- gers 18 der Brennstoffpumpe<B>16,</B> hat zweck mässig eine Auflauffläche, die am Ende we sentlich weniger steil ist als am Anfang, und eine längere Ablauffläche 30, so da.ss bei Voll- last die Geschwindiglzeit, mit der der Brenn stoff eingespritzt wird, der in Fig. 9 dar gestellten Linie 31 entspricht.
In Fig. 9 sind die Geschwindigkeit des Plungers 18 als Or dinate und die Zeit als Abszisse aufgetragen. Der Plunger 18 wird zunächst schnell hoch gestossen, so dass der Brennstoff bei Beginn der Einspritzung im Punkte 32 der Kenn linie 31 mit grosser Energie durch den Kanal 2'4 hindurch in den Zündraum 25 getrieben wird. Dann fällt die Plungergeschwindigkeit verhältnismässig schnell ab, bis im Punkt 33 der Einspritzvorgang beendet ist.
Dadurch ist erreicht, dass die zuletzt eingespritzten Teile nur noch bis in den Durchlasskanal 24 vordringen können, und so wird die hemmende Wirkung, welche die aus dem Zündraum 25 in dem Kanal 24 dem Brennstoffstrahl ent- gegengetriebenen Gase auf die zuletzt ein- gespritzten Teile ausüben, unterstützt. Diese Brennstoffteile bleiben in der Nähe der Düse des Brennstoffventils 14 und füllen dort den Kanal 24 aus, in welchem sie noch unverbrauchten Sauerstoff vorfinden.
Das Brennstoffventil kann auch zwi schen einem Zylinder mit Spülluft- und einem Zylinder mit Auspuffschlitzen oder zwei Zylindern mit Auspuffschlitzen au- geordnet sein. Der Auspuffkolben kann eine Voreilung gegenüber dem Spülluftkolben haben.