DE740574C

DE740574C - Selbstzuendende, luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE740574C
Application number: DED77802D
Authority: DE
Inventors: Curt Thomas Gaggenau Murgtal
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1938-04-15
Filing date: 1938-04-15
Publication date: 1952-11-24

Description

Selbstzündende, luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende, luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit einer seitlich am Hubraum angeordneten, als Ventilkammer dienenden Brennkammer, welche in ihrer maschineneinwärts liegenden Begrenzungsfläche mindestens ein stehend angeordnetes Ventil, zweckmäßig je ein stehend angeordnetes Ein-und Auslaßventil, aufnimmt, als Wirbelkammer oder angenähert herzförmigen Querschnitt besitzende Doppelwirbelkammer mit zu den Ventilachsen gleichgerichteten Drehachsen ausgebildet ist und mit dem Hubraum durch eine breite niedrige Öffnung in Verbindung steht, wobei die Verbindungsöffnung der Brennkammer mit dem Hubraum gegen Ende des Verdichtungshubes durch den Kolben unter Freilassung einer kanalartigen Ausnehmung übersteuert wird und gleichzeitig mittels einer im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse flüssiger Brennstoff, z.- B. durch die kanalartige Ausnehmung hindurch gegen die den Luftstrom teilende Herzspitze zu bzw. gegen die Ventile gleichsinnig mit der überströmenden Luft, in die Brennkammer eingespritzt wird.
Brennkraftmaschinen dieser Gattung sind bekannt. Bei den bekannten Maschinen übersteuert jedoch die obere Kolbenkante die Oberkante des seitlichen Brennraumes im wesentlichen erst unmittelbar im oberen Kolbentotpunkt, so daß erst eine allmähliche Drosselung zwischen dem Zylinderraum und dem seitlichen Brennraum mit Annäherung an den oberen Kolbentotpunkt eintritt. Bis zum oberen Kolbentotpunkt besteht dagegen zwischen der seitlichen Brennkammer und dem Hubraum eine Verbindungsöffnung, deren Breite im wesentlichen der Breite der seitlichen Brennkammer entspricht, so daß bis zum oberen Kolbentotpunkt ein breiter Luftstrom in die Brennkammer übertritt, welcher eine Drehbewegung der Luft in der Brennkammer und damit eine wirksame Durchwirbelung von Brennstoff und Luft in derselben nicht in dem erwünschten Maße bewirken kann.
Demgegenüber besteht nun die Erfindung darin, daß der Kolben die Kante der oberen Begrenzungsfläche der Brennkammer schon vor dem Ende des Verdichtungshubes, z. B. 501& des Hubes vor dem oberen Kolbentotpunkt oder früher, durch Eintritt in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes übersteuert und die Brennkammer von diesem Zeitpunkt ab während des restlichen, im wesentlichen die Dauer des Einspritzvorgangs umfassenden Kolbenhubes lediglich über eine tangential zu der als Wirbelkammer ausgebildeten Brennkammer gerichtete kanalförmige Ausnehmung im Kolben, deren Breite nur einen Bruchteil der Breite der ungedrosselten Verbindung zwischen Brennkammer und Hubraum beträgt, mit dem letzteren in Verbindung steht.
Die Erfindung ergibt einerseits den auch der bekannten Maschine eigentümlichen Vorteil, daß über den größeren Teil des Hubes ein großer nahezu ungedrosselter Querschnitt zwischen der seitlichen Brennkammer und dem Hubraum vorhanden und somit eine gute Füllung und restlose Ausspülung des Zylinderinnern gewährleistet ist. Andererseits wurden jedoch gleichzeitig die bekannten Vorteile von Maschinen mit unterteiltem oder abgetrenntem Brennraum beibehalten, weil der seitliche Brennraum schon eine wesentliche Zeit vor dem oberen Kolbentotpunkt von dem Zylinderraum abgeschnürt wird und somit lediglich eine enge gleichbleibende Drosselverbindung zwischen beiden Teilräumen während des restlichen Kolbenhubes, d. h. also während der Einspritzung des Brennstoffes, bestehenbleibt. Durch die beim Erfindungsgegenstand gegenüber der bekannten Maschine hierbei entstehende hohe Einströmgeschwindigkeit der Luft in den seitlichen Brennraum wird eine noch wirksamere Mischung von Luft und Brennstoff innerhalb desselben, ferner aber auch infolge der größeren und länger dauernden Drosselung eine erhebliche Drucksteigerung im Brennraum gegenüber dem Zylinderraum mit der Wirkung einer guten Zerstäubung, Verteilung und Verbrennung des in den Zylinderraum austretenden Brennstoff-Luft-Gernisches erzielt.
Zweckmäßig wird noch in weiterer Ausbildung der Erfindung die maschineneinwärts liegende Begrenzungsfläche der Brennkammer gegen den Hubraum zu leicht abfallend angeordnet.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß das Abströmen der durch den seitlichen Brennraum eintretenden Luft in den Zylinderraum während des Abwärtshubes des Kolbens bzw. das Austreten der Abgase während des Auf-,värtshubes desselben begünstigt wird. Gleichzeitig können die Ventile besonders nahe am Zylinderraum angeordnet, also ein besonders kleiner seitlicher Brennraum und ein hohes Verdichtungsverhältnis erzielt werden.
In der Zeichnung ist eine Viertaktbrennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen (Querschnitt durch den Zylinder mit Brennkammer, Abb. z einen Längsschnitt durch die Brennkammer, Abb.3 einen Grundriß der Maschine bei abgenommenem Zylinderkopf, Abb.4 beispielsweise ein Diagramm für die Geschwindigkeit der in die seitliche Brennkammer überströmenden Luft in Abhängigkeit von der Kurbelstellung.
In Abb. i ist a der Zylinder, b der Zylinderkopf, c der Kolben, welcher in seiner oberen Stellung in eine zylindrische Aussparung d des Zylinderkopfes eintritt. Die Brennkammer e ist seitlich vom Hubraum angeordnet und besitzt im Grundriß ungefähr herzförmige Form. In ihren Teilräumen f und g sind das Einlaßventil 1a bzw. das Auslaßventil i angeordnet. Die Ventile 1a und i sind gegen die Zylinderachse zu etwas geneigt, und die die Ventilsitze aufnehmende maschineneinwärts liegende Begrenzungsfläche der Brennkammer fällt gegen den Hubraum zu entsprechend ab. Nach oben zu wird die Brennkammer durch die Dichtfläche k des Zylinderkopfes begrenzt.
Der Brennstoff wird durch eine schräg im Zylinderkopf angeordnete Einspritzdüse l durch einen Einspritzkanal in die seitliche Brennkammer e eingespritzt. Der Einspritzkanal wird hierbei teilweise durch eine kegelige Bohrung in im Zylinderkopf und in der oberen Kolbentotpunktlage teilweise durch eine schräge Aussparung ia im Kolben c gebildet.
Wie Abb.3 zeigt, mündet der Einspritzkanal in den seitlichen Brennraum zwischen den Ventilen gegenüber dem Vorsprung o der die Brennkammer begrenzenden Wandung ein.
Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Im größten Teil des Kolbenhubes ist die seitliche Brennkammer e durch eine weite, nahezu ungedrosselte rechteckige Öffnung zwischen den Kanten q und r mit dem Zylinderraum verbunden, wie insbesondere aus Abb. 3 hervorgeht. Hierdurch steht der im Saughub durch das Ventil h angesaugten Luft oder den durch das Ventil i aasgeschobenen Auspuffgasen ein weiter Übertrittsquerschnitt zwischen dem Hubraum und der seitlichen Brennkammer zur Verfügung. Es kann daher eine gute Füllung und eine möglichst vollständige Beseitigung'der Abgase aus dem Zylinder erreicht werden. Beim Aufwärtsgehen des Kolbens wird im letzten Teil des Verdichtungshubes die seitliche Brennkammer e vom Kolben übersteuert, beispielsweise derart, daß die obere Kante p des Kolbens den Brennraum bei q.5° vor dem oberen Totpunkt abzuschließen beginnt und bei 25° vor dem oberen Totpunkt, d. h. etwa 5'/o des Kolbenhubes vom oberen Totpunkt entfernt, in die Aussparung d des Zylinderkopfes eintritt. In diesem Augenblick ist die seitliche Brennkammer durch den Kolben nahezu abgeschlossen und steht mit dem Hubraum bzw. der Aussparung d im Zylinderkopf nur noch durch die schräge Aussparung n des Kolbens in Verbindung.
In Abb. q, ist das Geschwindigkeitsdiagramm der aus dem Zylinderinnern in die seitliche Brennkammer überströmenden Luft dargestellt. Vom Beginn der Absperrung des Brennraumes durch den Kolben steigt die Geschwindigkeit der überströmenden Luft schnell an, bis am Ende der Absperrung, etwa 25'° vor Totpunkt, die Luftgeschwindigkeit einen Größtwert erreicht hat.
Beim überschieben der Luft aus dem Zylinderraum in den als Wirbelkammer und Ventilkammer ausgebildeten Brennraum werden im letzten Teil des Verdichtungshubes die in Abb. 3 strichpunktiert angedeuteten Luftwirbel erzeugt. Hierbei wird der Luftstrom durch die vorspringende Kante o geteilt und veranlaßt, entgegengesetzte Drehbewegungen um die Achsen der Teilräume f und g bzw. der Ventile lt und i auszuführen.
Gleichzeitig beginnt bei etwa z5° vor dem oberen Totpunkt auch die Einspritzung des Brennstoffes, der sowohl auf dem Weg von der Düse zur Wirbelkammer als auch in der Wirbelkammer selbst wirksam mit Luft durchmischt wird. Der Brennstoffstrahl wird hierbei durch den Einspritzkanal m, n schräg von oben her ungefähr gleichgerichtet mit der überströmenden Luft gegen die untere Wandung bzw. gegen die vorspringende Kante o der hinteren Abschlußwandung des Brennraumes zwischen den Ventilen la und i eingespritzt, wobei er von den sich teilenden Luftströmen gegen die Ventile abgelenkt wird. Da die Ventilteller eine verhältnismäßig hohe Temperatur besitzen und ungekühlt sind, dienen sie gleichzeitig dazu, die Aufbereitung und Zündung des Brennstoffes zu unterstützen, so daß in Verbindung mit der guten Durchmischung der Luft mit dem Brennstoff eine rasche Entzündung und saubere Verbrennung gewährleistet wird. Die Einspritzung des Brennstoffes ist ungefähr in der oberen Totpunktlage des Kolbens beendet.
Durch die Verbrennung wird in der seitlichen Wirbelkammer eine Drucksteigerung erzeugt, welche infolge der starken Drosselung, die zwischen Wirbelkammer und Zylinderraum bis zu etwa 25° nach oberem. Totpunkt besteht, d. h. solange die Verbindung zwischen den beiden Räumen lediglich durch die Aussparung n im Kolben bewirkt wird, ein kräftiges Ausblasen und damit eine wirksame Verteilung des Wirbelkammergemisches in dem Zylinderraum gewährleistet. Dieses Abblasen der Wirbelkammer wird im wesentlichen etwa 2o bis 25'1> nach oberem Totpunkt beendet sein. In diesem Augenblick beginnt die obere Kante p des Kolbens die weite Öffnung zwischen Wirbelkammer und Zylinderraum freizulegen, so daß eine praktisch ungedrosselte Verbindung zwischen diesen beiden Räumen entsteht und eine ungehinderte Ausdehnung der Brenngase stattfinden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: f. Selbstzündende, luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit einer seitlich am Hubraum angeordneten, als Ventilkammer dienenden Brennkammer, welche in ihrer maschineneinwärts liegenden Begrenzungsfläche mindestens ein stehend angeordnetes Ventil, zweckmäßig je ein stehend angeordnetes Ein- und Auslaßventil, aufnimmt, als Wirbelkammer oder angenähert herzförmigen Ouerschnitt besitzende Doppelwirbelkammer mit zu den Ventilachsen gleichgerichteten Drehachsen ausgebildet ist und mit dem Hubraum durch eine breite niedrige Öffnung in Verbindung steht, wobei die Verbindungsöffnung der Brennkammer mit dem Hubraum gegen Ende des Verdichtungshubes durch den Kolben unter Freilassung einer kanalartigen Ausnehmung übersteuert wird und gleichzeitig mittels einer im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse flüssiger Brennstoff, z. B. durch die kanalartige Ausnehmung hindurch gegen die den Luftstrom teilende Herzspitze zu bzw. gegen die Ventile gleichsinnig mit der überströmenden Luft, in die Brennkammer eingespritzt wird, dädurch gekennzeichnet, daB der Kolben die Kante der oberen Begrenzungsfläche der Brennkammer schon vor dem Ende des Verdichtungshubes, z. B. 5 % des Hubes vor dem oberen Kolbentotpunkt oder früher, durch Eintritt in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes übersteuert und die Brennkammer von diesem Zeitpunkt ab während des restlichen, im wesentlichen die Dauer des Einspritzvorgangs umfassenden Kolbenhubes lediglich über eine tangential zu der als Wirbelkammer ausgebildeten Brennkammer gerichtete kanalförmige Ausnehmung im Kolben, deren Breite nur einen Bruchteil der Breite der ungedrosselten Verbindung zwischen Brennkammer und Hubraum beträgt, mit dem letzteren in Verbindung steht.
2. Viertaktbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet> daB die maschineneinwärts liegende Begrenzungsfläche der Brennkammer gegen den Hubraum zu leicht abfällt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften N r. 572 576, -183 852, 437 286; österreichische Patentschriften Nr. 141 o61, 1189i i; CTS A.-I'atentschriften Nr. 2 ioq. i5o, 2 n3t) 253, 1 998 708.