DE837486C

DE837486C - Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Verdichtungszuendung

Info

Publication number: DE837486C
Application number: DER3536A
Authority: DE
Inventors: Harry Ralph Ricardo
Original assignee: Ricardo and Co Engineers 1927 Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1938-10-13
Filing date: 1950-09-10
Publication date: 1952-04-28

Description

Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Verdichtungszündung Die Erfindung bezieht sich auf Zweitakt-Verbrennungskraftniaschinen, die mit Verdichtungszündung arbeiten und tangentiale, kolbengesteuerte Kanäle in der Zylinderwand und eine ein Auslaßventil aufnehmende im Zylinderkopf aufweisen, in die am Ende des Verdichtungs- bzw. l?inw<irtslitilis des Kolbens der Hauptteil der Luftladung eingepreßt wird, d. h. so viel von der Luftladung, als tiiiter Berücksichtigung der mechaiiisclien Bedingungen möglich ist.
hi einer \laschine der oben bezeichneten Art hat die \'erlireiinungskanitner gemäß der Erfindung die Gestalt eines L"nidrehungskörpers um ein Achse, die parallel zti der Zylinderachse liegt oder mit dieser zusammenfällt, und weist iii Kombination die folgenden Merkmale auf: eine in Achsrichtung gemessene "liefe in der Größenordnung von 1%3 bis 1/2, z. 13. o.4 bis o.45. des größten Durchmessers der Kammer, eine kreisförmige, konzentrisch zur Kammerachse gelegene Mündung, die allein die Kammer zur Zylinderbohrung hin öffnet, in der Innenwand der Kammer gegenüber und konzentrisch mit der Mündung eine Auslaßöffnung mit einem Sitz für ein Tellerventil, eine nach innen gerichtete ringförmige, flanschartige Lippe an der )lündung, die der letzteren einen Durchmesser gibt, der geringer als der größte Durchmesser der Kammer, aber nicht geringer als der Eingang in die Auslaßöffnung ist, und eine an der Seite der Verbrennungskammer in den Zylinderkopf mit ihrer Düsenöffnung in der Kammer eingebaute Kraftstoffeitispritzdüse, die den Kraftstoff tangential zu einem Kreis einspritzt, dessen Mittelpunkt in der Kammerachse liegt. Im allgemeinen wird es N% ünschenswert sein, (laß der geringste Durchmesser der Mündung sich dem größten Durchmesser des Auslaßventiltellers annähert. aber nicht geringer als dieser ist.
Obgleich die Verbrennungskammer vorzugsweise in der glitte und damit konzentrisch zur Zylinderbohrung angeordnet ist, muß sie nicht notwendigerweise so angeordnet sein. Wenn jedoch die Kammer außermittig liegt, muß sie so angeordnet sein, daß die gesamte -lündutig innerltall) der Zylinderbohrung liegt. Die Kammer oder zum mindesten ihr äußerer Teil wird gekühlt. Die ganze Wand der Kammer einschließlich der -Bindung kann mit (lern Kopf aus einem Stück bestehen, aber ebenso kann der Teil der Kammer, der an den Zylinder angrenzt und den Teil einschließt, in dem sich die -Mündung -befindet, gebildet werden von einem wärmeisolierten Einsatz, durch den die Durchgangsöffnung geht. Außerdem kann auch nur die ,Mündung einschließlich der Lippe gebildet werden voll einem eingesetzten ringfürmigen, in geeigneter Weise befestigten Teil, wobei dann der Hauptteil der Kammerwand, mit Ausnahme dieser Teile, mit dem Zylinderkopf aus einem Stück besteht. Der ringförmige Teil kann, falls erwünscht, wärmeisoliert befestigt werden.
Der ganze Kolbenboden kann im wesentlichen flach oder konvex sein. Ebenso kann, zur Erhöhung des Kompressionsverhältnisses, der äußere Teil der Kolbenstirnflä che die Form eines abgestumpften Kegels haben, wobei der flache bzw. konvexe mittlere Teil so ausgebildet ist, daß er im Durchmesser mit der Mündung der Verbrennungskammer nahezu übereinstimmt. Eine solche Kolbenbodenkonstruktion kann dort verwandt werden, wo die Verbrennungskammer koaxial mit dem Zylinder angeordnet ist. Bei jeder dieser Anordnungen ist das l,.tide des Zylinders um die Öffnung der :Mündung herum so ausgebildet, daß es mit der Form des entsprechenden Teils des Kolbenbodens übereinstimmt, so claß soviel wie möglich von der Luftladung am 1,.nde des Kolbeneinwärtshubs in die Kammer und die Durchgangsöffnung hineingepreßt wird. Doch kann außerdem bei einem Kolben, der, im ganzen lxtrachtet, einen im wesentlichen flachen bzw. konvexen Kolbenboden hat, auf diesem ein Ansatz geeigneter Formgebung vorhanden sein, der so ausgebildet ist, daß er im ganzen oller teilweise am l?ride des Kolbeneinwärtsltubs zur Erhöhung des Kompressionsverhältnisses in die -Mündung eintritt. ]`in so angeordneter und wirkender Ansatz kann die Form eines Umdrehungskörpers haben, etwa ähnlich einem abgestumpften Kegel, der in der -Mitte des sollst flachen bzw. konvexen Kolbenbodens angeordnet ist und eine Form hat, die ihm das Eintreten in die Mündung der Kammer gestattet. In allen hällen, in denen ein Ansatz am Kolben verwandt wird, muß dieser Ansatz so ausgebildet sein, (laß bei der Fortbewegung des Kolbens von der Verbrennungskammer ein stark anwachsender Querschnitt für die Gasströmung von der Kammer zu dein Zylinder freigegeben wird.
Die Konstruktion der Auslaßöffnung und des darin befindlichen Ventils kann in üblicher Weise erfolgen, jedoch ist das Ventil vorzugsweise ein überdecktes Ventil.
Die tangetitiale Anordnung des Kraftstoffstrahls ist derart, daß dieser Strahl in bezug auf die drehende Bewegung der Luftladung, die von dem durch die tangential angeordneten Öffnungen in der Zylinderwand erfolgenden Eintritt der Luftladung herrührt, mit dem Strom gerichtet ist. Der Durchmesser des Kreises innerhalb der Kammer, an dem die Kraftstoffstrahlachse tattgential anliegt, kann variieren, vorzugsweise ist er jedoch angenähert gleich der Hälfte des größten Durchmessers der Verbrennungskammer. Als Kraftstoffdüse wird vorzugsweise eine Düse mit Düsennadel vorgesehen. Obgleich aus konstruktiven Gründen die Achse der ganzen Kraftstoffeinspritzdiise um einen Winkel, der vorzugsweise so gering wie möglich ist, gegenüber einer Ebene senkrecht zur Kammerachse geneigt sein kann, wobei die Neigung zur Kammerrnündung hin gerichtet ist, so ist diese Neigung nicht notwendig. Das heißt wenn es konstruktiv möglich ist, liegt die Achse des Kraftstoffstrahls in oder unter einem Winkel, der so gering ist wie möglich, zu einer Ebene senkrecht zur Kammerachse, wobei diese Ebene wiederum soweit wie möglich mit der Ebene übereinstimmt, die die Kammer in ihrem größten Durchmesser schneidet.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. i ist ein Längsschnitt durch Zylinder, Zylinderkopf und Kolben von einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i ; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. i ; Fig. q, 5, 6 und 7 zeigen Längsschnitte von weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen. In der in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform umfaßt die -Maschine einen wassergekühlten Zylinder A mit der Zylinderbüchse Al und einen den Zylinder oben abschließenden Zylinderkopf B. Die Unterseite des Zylinderkopfes B ist, wie dargestellt, flach, und ein in der Zylinderbüchse hin und her gehender Kolben C hat einen in entsprechender Weise geformten Kolbenboden, wobei der Hub des Kolbens so ist, daß am Ende des Kompressionshubs der Kolbenboden sich dem Zylinderkopf mit solchem Spiel nähert, wie es vernünftigerweise für bewegte Teile gerade noch erforderlich ist.
In der Zylinderbüchse ist eine VerdickungA2 angebracht, in die eine Reihe von tangentialen Eintrittsöffnungen .43 eingearbeitet sind, die tritt einem Spülungskanal A4 in -\"erltiitdting stehen und so angeordnet sind, daß sie voll (lern Kolben am Ende seines Abwärtshubs oder kurz vorher freigegeben werden.

In der Mitte des Zylinderkopfes B ist eine Verbrennungskammer B1 angeordnet, in die auf diese Weise der Hauptteil der Luftladung durch den Kolben am Ende seines Koinpressioitslttibs hineingedrückt wird. Die Verbrenntingskamrner B1 ist

all ihrem oberen lalle finit einer in der Mitte ge-

legenen, durch ein Tellerventil T)' gesteuerten Aus-

Iaßöffnung I) versehen, die mit einem Auslaß-

kanal I)° im Zylinderkopf in Verbindung steht,

während (las untere Ende der Verbrennungskammer

mit (lein lvliii(It#i- (furch eine voll der Lippe E ge-

bildete \liiiidung in Verbindung stellt. Die Innen-

kolitur der \'erbreiinungskammer weist die Gestalt

eines ( "m(lrelrungskürpers um die Zylinderachse auf,

\\-()bei die Seitenwände eine stetige Krümmung

haben. die sich von der Auslaßöffnung D bis zur

\lündung bzw. der Lippe erstreckt. Wie dar-

gestellt. ist der griillte 1)urchniesser der Ver-

brennungskanimer grii(ier als der Durchmesser der

-\uslal.i@ittnung I) und gr-üßer als der geringste

I hirchinesser der \lündung .F., und (Ziese ist nicht

l:leiiic#r als der Durchmesser des .\tislaßventils D'.

1)er geringste I )urchmesser der Mündung E soll sich

in der (@rüßenordnung voll 0,73 bis o,9 des größten

l)urchinessers der Verbrennungskamrper bewegen,

w-;ihrend die in .\cllsriclitting gemessene Tiefe der

\-erlfr(,nntingskaminer, gemessen zwischen der

l'iit(#i-fliiclie (res geschlossenen Auslaßventils D' und

der 1?ltene, in der die wirksame Öffnung der

lliiri(lung I? liegt, in der Größenordnung voll 0,4

Iris o.43 des grüßten Durchmessers der Ver-

l)reiiiiuiit;skamnier liegen soll.

\\'ie ersichtlich, wird der untere Teil der Ver-

brennungskanuner von eitlem Einsatz E' gebildet,

der die die \(iiii(Ititig bildende Lippe E enthält,

\\-()bei dieser I#:iiis:ttz durch einen mit Gewinde ver-

seircnen 1tilll; l:2 all seinem Platz festgehalten wird,

der finit eitler Schulter gegen den Einsatz drückt, um

(fiesen auf eitler geeigneten Auflage im 7yIitider-

k(tpf festzuhalten. Der Einsatz ist so ausgebildet,

daL), er nu:- begrenzte Berührungsflächen mit dem

lZill#, l:= und finit dein Zylinderkopf hat, so daß er in

eilrein beträchtlichen Ausmaß gegen den Zylinder-

k(tpt w:irincisoliert ist.

\\"ie aus Fig. z ersichtlich, ist die Kraftstoff-

einspritzdüse /)3 ini Zylinderkopf an einer Seite der

\'erl>rennuugskammer und so angeordnet, daß die

Achse (res Kraftstoffstrahls in einer zur Achse der

Kaninier senkrechten Elferle liegt und tangential all

eincin Kreis anliegt, dessen Mittelpunkt sich in der

hainmerachse befindet. Falls erwünscht, kann die

.\clise der

eilte geringe, abwärts ge-

richtete \\"iiikell;ornl)olieiite gegen die Fläche des

Zylinderkopfes aufweisen. Diese Neigung ist jedoch

nur auf (;rund der Nähe der Kraftstoffdüse zu der

l', räche (res lylitiderkopfes erforderlich, wobei diese

N:die (furch die allgemeinen Altmessungen und ins-

1 durch (furch die Tiefe der Verbrennungs-

kaniiner gegeben ist. lii solch einer Anordnung

Folgt aus der Neigung der :\chse der Kraftstoff-

eilispritzdiise. (1a13 der Kraftstoffstrahl gegen einen

"feil der l#ainmerwand gerichtet ist, der innerhalt)

der Uppe l:, und zwar -zwischen der letzteren und

der ()uerelierle, in der der größte Durchmesser der

\'crl@relrnungsl;annner sich befindet, liegt.

lii bezug auf die Riclittltig des Wirbels bzw. der

Rotation der Luftladung, die voll ihrem tangen-

tial(-n Eintritt durch die Öffnungen .43 herrührt,

wird der Kraftstoff in derselben tangentialen Rich-` tung eingespritzt, was in bezug auf die allgemeine Rotation der Luftladung nicht nur in dem Zylinder, sondern auch in der Vrrbrennungskammer, da diese DrellheNregung aufrechterhalten bleibt, nachdem die Luftladung in die Verbrennungskammer hineingepreßt ist, mit dem Ausdruck »mit dem Strom« bezeichnet «-erden kann.

1?s ist normalerweise vorzuziehen, ein unter dem Ausdruck »überdecktes« Ventil bekanntes Auslaßventil zu wählen, d. h. der Ventilsitz ist in eine zylindrische Vertiefung zurückgesetzt, die in dem die Öffnung D umgebenden Teil gebildet ist, und der L'tnfang des Ventils, der an die Außenfläche grenzt, ist zylindrisch und mit passendem Spiel innerhalb der zylindrischen 'Vertiefung in der Öffnung festgehalten.
In der in Fig. a ein wenig schematisch gezeigten altgeänderten Ausführungsform beinhaltet die N-laschine einen Zylinder F, dessen Kopf F1 eine \'erltretiitttiigskammer G enthält, in die der Hauptteil der Ladung am Ende des Kompressionshubs durch einen Kolben F2 hineingepreßt wird. In dieser Konstruktion hat die Verbrennungskammer (: denselben allgemeinen Umriß wie die Verbrennungskammer Bi, die in Fig. i gezeigt ist, jedoch wird die ganze Innenwand der Verbrenntingskarnmer durch einen Teil des Zylinderklo ffes gebildet, d. h. der Einsatz El ist fortgelassen, und die die Mündung der Verbrennungskammer bildende Lippe G1 ist mit der Seitenwand der Ve;-brennungskammer aus einem Stück. Die durch die Lippe G' gebildete :Mündung der Verbrennungskammer hat bei dieser. Konstruktion einen etwas größeren Durchmesser als die in Fig. i gezeigte, durch die Lippe E gebildete Mündung, und der Kolben F2 ist mit einemVorsprungF3 versehen, der am Ende des Kompressionshubs des Kolbens in der dargestellten \\'eise in die Mündung eintritt.
Ebenso wie in der in Fig. i gezeigten Konstruktion weist die obere Wand der Verbrennungskammer eine in der Mitte gelegene Auslaßöffnung H auf, die von einem Tellerventil Hl gesteuert wird und mit einem Auslaßkanal H2 verbunden ist, wobei (las Auslaßventil entsprechend überdeckt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Kraftstoffeinspritzdiise I so dargestellt, als ob ihre Achse in bezug auf die Achse der Verbrennungskammer radial liegt. Diese Einspritzdüse wird in der Praxis jedoch so angeordnet, daß ihre Achse einen Kreis, dessen Mittelpunkt in der Kammerachse liegt, tangential berührt, so daß der Kraftstoff mit (lern Strom gerichtet ist, wie es in der in Fig. i, 2 und 3 gezeigten Konstruktion dargestellt ist. Wie ersichtlich, hat die Strahlachse eine leichte, abwärts gerichtete Neigung, bezogen auf Ebenen, die zu-der Zylinderachse senkrecht stehen.

In der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion ist die -\nordnung im allgemeinen ähnlich der in Fig. 4 gezeigten, außer daß die die Mündung bzw. die Lippe (:' talmittelbar umgebende Stirnfläche des Zylinderkopfes stumpfkegelig ist, wobei die obere Stirnfläche des Kolbens F2, wie bei F4 gezeigt, eni-

sprechend stumpfkegelig geformt ist, während cler

mittlere Teil des Kolbenbodens f#,> flach ist und mit

keinerlei in die Mündung eintretenden Vorsprung

versehen ist.

In Gier in F ig. 6 gezeigten Konstruktion ist die

Anordnung ähnlich der in Fig. j. außer daß der die

Lippe bzw. die Mündung G1 der \'ertlrentiungs-

kammer unmittelbar umgebende Teil der Stirn-

fläche des Zylinderkopfes die Forni eines Kugel-

abschilitts hat und der Boden des Kolliers F2, wie

bei F5 gezeigt, entsprechend kugelabschnittförmig

ausgebildet ist.

1n der in I# ig. 7 dargestellten Konstruktion ist

die Anordnung ini allgemeinen der, in Fig. 5 ge-

zeigten ähnlich, außer daß der Teil des Kolben-

lodens, Gier innerhalb des stumpfkegeligen 'Teils F4

liegt, mit einem Vorsprung Fe versehen ist, der am

Ende des Kompressionshubs in die ',Mündung der

Verbrennungskammer eintritt.

Claims

PATEN TANSPR0CHE: 1. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Verdichtungszündung und tangentialen, kolbengesteuerten Kanälen in Gier Zylinderwand und einer ein Auslaßventil aufnehmenden Verbrennungskammer im Zylinderkopf, in die am linde des Kompressionshubs des Kolbens der Hauptteil der Luftladung hineingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer die Form eines Umdrehungskörpers um eine Achse, die parallel zur Achse des Zylinders liegt oder mit dieser übereinstimmt, und eine in Achsrichtung gemessene Tiefe in der Größenordnung von 1/3 bis l/., beispielsweise 04 bis o.4;. des größten Durchmessers der Kammer hat, ferner eine kreisförmige Mündung. die konzentrisch zur Kammerachse liegt und von einer Durchgangsöffnung gebildet wird, durch die die Kammer allein zur Zylinderbohrung hin offen ist. und eine gegenüber der und konzentrisch mit der Mündung gelegene Auslaßöffnung mit einem Sitz für ein Tellerventil in der oberen Wand der Kammer sowie eine nach innen gerichtete ringförmige, flanschähnliche Lippe in der ,Mündung aufweist, die dieser einen geringsten Durchinesser gibt, der geringer als der größte Durchniesser der Kammer, jedoch nicht geringer als der Eingang zur Auslaßöffnung ist. während an der Seite der Verbrennungskammer in Gien Zylinderkopf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit der Düsenmündung in der Verbrennungskammer eingebaut ist, die Kraftstoff längs einer :Achse einspritzt, die tangential an einen Kreis anliegt, dessen :Mittelpunkt in der Achse der Verbrennungskammer liegt. Verbrennungskraftmaschine nach .\nspruch i. dadurch gekennzeichnet, claß der geringste Durchmesser der Mündung dem größten Durchmesser des Auslaßventiltellers nahekommt und nicht geringer ist als dieser. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet ist und damit konzentrisch zur Zylinderbohrung liegt. Verbrennungskraftmascliine nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Wand der Verbrennungskammer einschließlich Mündung und Lippe mit dem Zylinderkopf aus einem Stück besteht. 5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch r, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Verbrennungskammer, der an den Zylinder angrenzt und den 'feil einschließt, in dein die Mündung geformt ist, durch einen Einsatz gebildet wird, Gier begrenzte Berührungsflächen mit dem gekühlten Zylinderkopf aufweist. 6. Verbrennungskraftinaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch einen Ring festgehalten wird, der in den Zylinderkopf eingeschraubt ist und begrenzte Berührungsflächen mit dem Einsatz hat. 7. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden :Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Kohlenbodens, der am Ende des Kompressionshubs an der Mündung der Verbrennungskammer liegt, mit einem Ansatz versehen ist, der am Ende des Kompressionshubs in die Mündung der Verbrennungskammer eintritt. B. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz so ausgebildet ist, daß bei der Wegbewegung des Kolbens von der Verbrennungskammer ein rasch ansteigender Querschnitt für die Gasströmung von der Kammer zu dem Zylinder geschaffen wird. g. Verbrennungskraftrnaschine nach irgendeinem der vorhergehenden -Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden und der Teil des Zylinderkopfes, dem er sich am Ende des Kompressionshubs dicht nähert, flach sind. io. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Mündung der Verbrennungskammer umgellende Teil der Stirnfläche des Zylinderkopfes und der entsprechende Teil des Kolbenbodens als abgestumpfte Kegel ausgebildet sind. i i. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Mündung der Verbrennungskammer umgebende Teil der Stirnfläche des Zylinderkopfes und der Kolbenboden von übereinstimmender Kugelabschnittform sind. 12. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil von der überdeckten Art ist. 13. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzdüse so angeordnet ist, dala der Kraftstoffstrahl in heztig auf die (Ireüeii(le Bewegung der Luftladting, die von dem tangentialen Eintritt dieser 1_tiftladung in den Zylinder herrührt, mit dem Strom erfolgt. 14. Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis, an dem die .\chic des Kraftstoffstrahls tangential anliegt, einen Durchmesser hat, der angenähert gleich der Hälfte des größten Durchmessers der Verbrennungskammer ist. 15. Verbrennungskammer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzdüse so angeordnet ist, daß die Achse des Kraftstoffstrahls tim einen geringen Winkel zu einer zur Zylinderachse senkrechten Ebene geneigt ist, wobei diese Neigung zur Mündung hin gerichtet ist.