Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung und Einspritzung flüssigen Brennstoffes. Die Erfindung bezieht sich auf Brenn- kraftmaschinen mit Kompressionszündung und Einspritzung flüssigen Brennstoffes, bei denen ausserhalb des Zylinders eine Verbren nungskammer von der Form eines Um drehungskörpers angeordnet ist, die durch einen in einem wärmeisolierten Stopfen vor gesehenen Kanal, der tangential in die Ver brennungskammer einmündet, mit dem Zy linder verbunden ist.
Eine solche Maschine ist in der Beschrei bung des Patentes Nr. 160250 des Patent inhabers erläutert. Doch ist bei dieser Ma schine am Ende des Kompressionshubes der Spielraum zwischen der ganzen Kolbenstirn- fläche und dem ganzen Zylinderende so ge ring, dass sich dann praktisch die ganze Luft ladung im Kanal und in der Verbrennungs kammer befindet.
Bei der Maschine gemäss der Erfindung bilden die Kammer und der Verbindungs kanal höchstens<B>50%</B> des Gesamtvolumens des Verbrennungsraumes, während der Rest des Verbrennungsraumes zwischen dem Kol ben- und dem Zylinderboden angeordnet ist. Der Spielraum zwischen dem Kolben- und dem Zylinderboden ist örtlich erweitert und die Erweiterung geht bis zur Mündung des Verbindungskanals. Diese örtliche Erweite rung des Spielraumes zwischen dem Kolben-, und dem Zylinderboden kann durch eine Aussparung im Kolbenboden oder im Zylin derboden gebildet werden.
Dadurch werden gegenüber der in oben erwähnten Patentbeschreibung erläuterten Maschine folgende Vorteile erzielt: da nur ein- Teil der ganzen Luftmenge durch den Kanal des Stopfens getrieben werden muss, wird weniger Energie benötigt, die Luft in die Verbrennungskammer zu drücken und fin det, wenigstens wenn die Brennkraftma- schine unter höheren Belastungen läuft, ein geringerer Wärmeverlust während der Ver brennung und Ausdehnung statt, da die Ver brennung eines beträchtlichen Teils des Brennstoffes in dem Zylinder erfolgt. Bei niedrigen Belastungen wird beinahe der gesamte Brennstoff in der Verbren nungskammer verbrennen.
Da der Luftinhalt dieser Kammer nur höchstens die Hälfte des ganzen Verbrennungsraumes ist, wird die Temperatur der Kammer infolge des höheren Brennstoff-Luftverhältnisses höher. Daher wird, auch bei der Maschine gemäss der Er findung, der wärmeisolierte Stopfen bei geringer Belastung eine höhere Temperatur annehmen als bei der in der erwähnten Pa tentschrift beschriebenen Maschine.
Es ist bekannt, dass bei einer intensiven Wirbel- oder Kreiselbewegung der Luft, wie sie in der Verbrennungskammer hervor gerufen wird, die .Schwierigkeit, die Ma schine in kaltem Zustand anzulassen, infolge des verhältnismässig hohen Wärmeverlustes durch Konvektion an die umgebenden Wände, steigt. Bei der Maschine gemäss der Erfin dung wird die Luft, die im Zylinder bleibt, während des Kompressionshubes in verhält nismässig ruhigem Zustande bleiben und wird daher viel weniger Wärme verlieren als die Luft, die in die Verbrennungskammer ge drückt wird und sich dort in einem Zustand beträchtlichen Wirbels befindet.
Um das Anlassen zu erleichtern, wird deshalb zweck mässig der gesamte oder ein Teil des Brenn stoffes vorübergehend in den im Zylinder befindlichen Teil des Verbrennungsraumes eingeführt.
Beiliegende Zeichnung stellt als Ausfüh rungsbeispiele der Brennkraftmaschine ge mäss der Erfindung verschiedene vertikale Maschinen dar.
In dieser Zeichnung ist: Fig. 1 ein Schnitt durch den obern Teil des Zylinders, den Kolben und den Zylinder kopf; Fig. 2 ein Schnitt des obern Teils des Kolbens entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 in der Richtung der Pfeile gesehen; Fig. 3 ist die Draufsicht auf den Kolben boden mit der Verbrennungskammer ge strichelt angedeutet; Fig. 4 ist ein Schnitt des obern Teils eines andern Kolbens; Fig. 5 ist ein Schnitt dieses Kolbens nach der Linie 5-5 in der Fig. 4 in der Richtung der Pfeile gesehen;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Kol benboden des in Fig. 4 und 5 dargestellten Kolbens. Die Verbrennungskammer ist in ge strichelten Linien angedeutet; Fig. 7 zeigt. eine Maschine mit der Ver brennungskammer neben der Zylinderboh rung; Fig. 8 ist eine Draufsicht auf das Zy- lindergussstück, wobei die Aussparung im Zylinderkopf und die Ventile gestrichelt an gegeben sind; Fig. 9 ist ein Schnitt durch den Zylinder kopf einer weiteren Maschine.
In dieser Fi gur ist der Kolben nach der Linie 9-9 in Fig. 10 geschnitten; Fig. 10 ist eine Draufsicht auf den Kol benboden. Die Verbrennungskammer und der Verbindungskanal sind gestrichelt angegeben.
Bei der Maschine nach Fig. 1, 2 und 3 ist der Zylinderdeckel A mit einer ebenen .Stirn fläche A' auf den Zylinder aufgesetzt. In der Stirnfläche A1 ist neben dem Ein- und dem Auslass eine Tasche B vorgesehen. In die Mündung dieser Tasche ist ein Stopfen C mit einem Kanal D eingesetzt. Der Stopfen C bildet mit der Tasche B eine kugelförmige Verbrennungskammer und der Kanal D mün det tangential in diese Kammer während die Mündung D' dieses Kanals im Zylinder raume aussen an der Zylinderbohrung E liegt. Natürlich könnte die Verbrennungskammer auch zum Beispiel eine zylindrische Form haben.
Der .Stopfen C besitzt innen in der Tasche B Spiel, so dass keine Wärmeleitung vom Stopfen zu .dem benachbarten Teil des gekühlten Zylinderkopfes stattfindet. Der Brennstoff wird durch eine Düse E in die Verbrennungskammer eingespritzt.
Der Kolben G ist mit einem Boden G1 versehen, der bis auf eine Aussparung H gegenüber der Mündung D' des Kanals D eben ist.
Nach Fig. 3 umfasst die Aussparung drei Vertiefungen H', H' und H4, von der Form von Kugelkalotten, von .denen zwei gleich gross sind und in einem Grat H3 zusammen treffen. In der Verlängerung dieses Grates liegen die Zylinderachse und die dritte Ver tiefung H4, die kleiner ist als die Vertiefun gen 1I' und H2 und in diese ausmündet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, enthält die durch den Grat H3 gehende vertikale Ebene X-X auch den Mittelpunkt der Verbrennungskammer und die Achse des Kanals D. Die Vertie fung H4 liegt gegenüber der bfündung D3 des Kanals D, so dass nach Entzündung der Ladung in der Verbrennungskammer die durch den Kanal in den Zylinder austreten den Gase in die Vertiefung H4 geleitet wer den,
dort durch den Grat H3 in zwei unge fähr gleiche Teile gespaltet werden und in die Vertiefungen Hl und HZ strömen, wo ihnen eine Drehbewegung erteilt wird.
Am Ende des Kompressionshubes nähert ' sich der Boden G' des Kolbens der Stirnflä che A' des Zylinderkopfes, soweit es aus mechanischen Rücksichten möglich ist.
Wie man sieht, ist der Verbrennungs raum unterteilt. Der eine Teil wird von der Verbrennungskammer und dem Kanal D ge bildet. Der andere Teil des Verbrennungs raumes liegt im Zylinder und wird von dem ganzen Raum zwischen dem Kolben- und dem Zylinderboden gebildet.
Das Volumen desjenigen Teils des Ver brennungsraumes der ausserhalb des Zylin ders liegt, beträgt, was die Zeichnung nicht erkennen lässt, nicht weniger als<B>30%</B> und nicht mehr als<B>50%</B> des ganzen Verbren nungsraumes.
Die Aussparung H im Zylinderboden könnte in der Draufsicht einen ovalen Um riss haben und im übrigen gleichmässig ge krümmt sein, also zum Beispiel ungefähr die Form einer, der Längsachse nach halbierten Eichel haben. Bei einer solchen Aussparung werden die aus dem Kanal D ausströmenden Gase zweckmässig auf einer Seite der Aus ' eparung längs der kurzen Achse des Ovals in die Aussparung geleitet, beim Anprall auf die gegenüberliegende Seite der Aussparung abgelenkt und strömen dann in entgegen- gesetzten Richtungen nach beiden Seiten, un- gefähr längs der Längsachse der Aussparung über die Kolbenstirnfläche ab.
Die Aussparung könnte auch unsymme trisch gestaltet oder unsymmetrisch gegen über der Ebene durch die Zylinderachse an geordnet sein.
Nach den Fig. 4, 5 und 6 bildet die Aus sparung im Kolbenboden in der Draufsicht ein Viereck mit abgerundeten Ecken. Zwei der Ecken sind symmetrisch zu einem Kol bendurchmesser angeordnet und die beiden andern liegen auf diesem Kolbendurchmesser, die eine am Rande. und die andere etwas auf der andern Seite der Kolbenachse. Der Win kel des Vierecks an dieser Ecke ist ungefähr 60 , während der Winkel der Ecke am Kol benrand grösser ist. In diese Ecke mündet der Kanal D'. Nach den Fig. 4 und 5 ist die Aussparung H eine flache Vertiefung mit ebenem Boden und am Rande ausgerundet.
Die Vertiefung ist, was die Zeichnung nicht zeigt, so gross, dass die Verbrennungs kammer nach Fig. 1 bis 3 und der Kanal D zusammen 30 % bis 50 % des Verbrennungs raumes bilden.
In Fig. 6 wird durch die gestrichelte Li nie Hx noch eine Aussparung mit ungefähr ohrenförmigem Umriss angedeutet. Der Bo den der Aussparung kann flach oder wie die mit Hx bezeichnete Seite der Aussparung ausgerundet sein. Die aus dem Kanal treten den Gase strömen in der Richtung der kur zen Achse in die Aussparung und prallen gegen die Seite Hx, wo sie nach beiden Seiten gegen die Enden der Aussparung ab gelenkt werden, um sich von dort über den Kolbenboden auszubreiten.
Nach Fig. 7 und 8 ist die Verbrennungs kammer im Zylindermantel neben der Zylin derbohrung E in einiger Entfernung davon angeordnet.
Der Zylindermantel ist zweckmässig derart gestaltet, dass ein Umlauf der Kühl flüssigkeit um die Verbrennungskammer herum gesichert ist. Der Stopfen C ist in der Mündung der Tasche B derart angeordnet, dass die Achse des Kanals D durch den Stopfen gegen die Achse des Zylinders E ge richtet ist.
Im Zylinderkopf A sind ein Ein- und ein Auslassventil, sowie eine Aussparung H un tergebracht, welche beinahe den ganzen im Zylinder liegenden Teil des Verbrennungs raumes bildet, und in welche die Verbren nungsgase nach der Entzündung der Ladung in der Verbrennungskammer durch den Ka nal D gelangen.
Die Aussparung H im Zylinderkopf hat dieselbe Form und ist ,gegenüber der Ver brennungskammer in gleicher Weise ange ordnet wie die Aussparung H im Kolben boden nach F'ig. 1, 2 und 3, so dass ihre Wir kungsweise dieselbe ist. Wiederum zeigt die Zeichnung nicht, dass die Verbrennungskam mer mit dem Kanal D 30% bis <B>50%</B> des brennungsraumes bilden.
Nach Fig. 9 und 10 ist die Verbrennungs kammer mit einem Ein- und einem Auslass- ventil im Zylinderdeckel und die Ausspa rung H im Kolbenboden angeordnet. Die Aussparung umfasst zwei kreisrunde flache Vertiefungen H" und He mit ebenem Boden, die am Rand ausgerundet sind. Die beiden Vertiefungen sind gleich gross,. und unterhalb des Ein- bezw. des Auslassventils angeordnet und berühren sich in der Kolbenachse.
In die beiden Vertiefungen H5 und HB mündet eine Rinne H', :die nahe an den Rand des Kolbens G führt. Das äussere Ende der Rinne H' liegt gegenüber der Mündung Dl des Kanals<I>D</I> im Stopfen C. Die Rinne<I>H'</I> ist an den Enden und zweckmässig auch an beiden Seiten ausgerundet. Nach Entzündung der Ladung in der Kammer B gelangen die Gase, wenn sie aus der Mündung D' aus treten, in die Rinne H' und strömen dieser entlang. Der Strom spaltet sich beim Über tritt in die beiden Vertiefungen an der Ecke H$. Die beiden Gasströme geraten in den Vertiefungen in in entgegengesetztem Sinn drehende Bewegung.
Der Boden der Rinne kann zur Kolbenachse geneigt sein, so dass er sich gegen die Vertiefungen senkt. Auch hier zeigt die Zeichnung nicht, dass die Ver- brennungskammer und der Kanal D 30 bis<B>50%</B> des Verbrennungsraumes bilden.
Durch die Vertiefungen wird vermieden, dass die Ventilsitze im Kopf versenkt sein müssen, was sonst nötig sein könnte, um Platz für die Ventilteller zu schaffen.- Wenn eine Versenkung der Ventilsitze trotzdem er wünscht ist, bildet der derartig erzielte zu sätzliche Spielraum einen Teil der Vertie fungen und bewirkt eine Vergrösserung des Volumeninhaltes der Aussparung. Wenn die Aussparung hinsichtlich der Ventile anders ausgeführt oder angeordnet ist als eben be schrieben, so kann ein Versenken der Ven tilsitze erforderlich sein.
Das wäre jedoch nachteilig, da es eine Vergrösserung des Spielraumes zwischen denjenigen Teilen des Kolben- und des Zylinderbodens mit sich bringen würde, deren möglichst enge gegen seitige Annäherung am Ende des Kompres sionshubes wünschenswert ist, damit mög lichst viel von der Luftladung der Verbren nungskammer B, dem Kanal D und der Aus sparung zugeführt wird. Die Gestalt und die Abmessungen der Rinne, speziell ihres Au ssenendes, können wenigstens bis zu einem gewissen Grad, der Gestalt und den Abmes sungen der Mündung D' des Kanals ange passt sein. Nicht nur die Tiefe des Grabens sondern auch seine Weite kann über seine ganze Länge oder einen Teil derselben ver schieden sein.
Wenn die Verbrennungskammer im Zy lindermantel neben der Zylinderbohrung an geordnet ist, kann die Aussparung im Zylin derkopf gemäss Fig. 9 und 10 und der obigen Beschreibung ausgebildet sein.
Internal combustion engine with compression ignition and injection of liquid fuel. The invention relates to internal combustion engines with compression ignition and injection of liquid fuel, in which outside the cylinder a combustion chamber in the form of a body of rotation is arranged through a channel provided in a thermally insulated plug that opens tangentially into the combustion chamber to which the cylinder is connected.
Such a machine is explained in the description of patent no. 160250 of the patent owner. But with this machine at the end of the compression stroke, the clearance between the entire piston face and the entire cylinder end is so small that practically the entire air charge is then in the duct and in the combustion chamber.
In the machine according to the invention, the chamber and the connecting channel form at most <B> 50% </B> of the total volume of the combustion chamber, while the remainder of the combustion chamber is arranged between the piston and cylinder base. The clearance between the piston and cylinder base is expanded locally and the expansion extends to the opening of the connecting channel. This local expansion of the clearance between the piston and the cylinder bottom can be formed by a recess in the piston head or in the cylinder bottom.
As a result, the following advantages are achieved over the machine explained in the above-mentioned patent specification: since only part of the total amount of air has to be driven through the channel of the plug, less energy is required to push the air into the combustion chamber and, at least when the Internal combustion engine runs under higher loads, there is less heat loss during combustion and expansion, since the combustion of a considerable part of the fuel takes place in the cylinder. At low loads, almost all of the fuel in the combustion chamber will burn.
Since the air content of this chamber is only at most half of the entire combustion chamber, the temperature of the chamber becomes higher due to the higher fuel-air ratio. Therefore, even with the machine according to the invention, the thermally insulated plug will assume a higher temperature at low load than in the machine described in the aforementioned Pa tentschrift.
It is known that with an intense vortex or gyration of the air, as it is caused in the combustion chamber, the difficulty of starting the machine in a cold state increases due to the relatively high heat loss through convection to the surrounding walls. In the machine according to the invention, the air that remains in the cylinder will remain in a relatively calm state during the compression stroke and will therefore lose much less heat than the air that is pushed into the combustion chamber and is there in a considerable state Vertebra is located.
In order to facilitate starting, all or part of the fuel is expediently introduced temporarily into the part of the combustion chamber located in the cylinder.
The accompanying drawing shows various vertical machines as exemplary embodiments of the internal combustion engine according to the invention.
In these drawings: Fig. 1 is a section through the top of the cylinder, the piston and the cylinder head; Figure 2 is a section of the top of the piston taken along line 2-2 in Figure 1 and looking in the direction of the arrows; Fig. 3 is the plan view of the piston bottom with the combustion chamber ge indicated by dashed lines; Fig. 4 is a section of the top of another piston; Figure 5 is a section of this piston on line 5-5 in Figure 4 looking in the direction of the arrows;
Fig. 6 is a plan view of the Kol benboden of the piston shown in Figs. The combustion chamber is indicated in broken lines; Fig. 7 shows. a machine with the combustion chamber next to the cylinder bore; 8 is a plan view of the cylinder casting, the recess in the cylinder head and the valves being indicated by dashed lines; Fig. 9 is a section through the cylinder head of another machine.
In this Fi gur the piston is cut along the line 9-9 in Fig. 10; Fig. 10 is a plan view of the Kol benboden. The combustion chamber and the connecting duct are indicated by dashed lines.
In the machine according to FIGS. 1, 2 and 3, the cylinder cover A is placed on the cylinder with a flat face A '. In addition to the inlet and the outlet, a pocket B is provided in the end face A1. A plug C with a channel D is inserted into the mouth of this pocket. The plug C forms with the pocket B a spherical combustion chamber and the channel D opens tangentially into this chamber while the mouth D 'of this channel in the cylinder space is outside of the cylinder bore E. Of course, the combustion chamber could also have a cylindrical shape, for example.
The plug C has clearance inside the pocket B so that no heat conduction from the plug to the neighboring part of the cooled cylinder head takes place. The fuel is injected into the combustion chamber through a nozzle E.
The piston G is provided with a base G1 which, apart from a recess H, is flat opposite the mouth D 'of the channel D.
According to FIG. 3, the recess comprises three depressions H ', H' and H4, in the form of spherical caps, of which two are of equal size and meet in a ridge H3. In the extension of this ridge lie the cylinder axis and the third recess H4, which is smaller than the recesses 1I 'and H2 and opens into them.
As can be seen from Fig. 3, the vertical plane XX passing through the ridge H3 also contains the center point of the combustion chamber and the axis of the channel D. The recess H4 lies opposite the connection D3 of the channel D, so that after ignition of the charge in the Combustion chamber, which exits through the duct in the cylinder, the gases are directed into the recess H4,
there are split by the ridge H3 in two unge mately equal parts and flow into the depressions Hl and HZ, where they are given a rotary motion.
At the end of the compression stroke, the bottom G 'of the piston approaches the front surface A' of the cylinder head, as far as it is possible for mechanical reasons.
As you can see, the combustion chamber is divided. One part is formed by the combustion chamber and the channel D. The other part of the combustion chamber lies in the cylinder and is formed by the entire space between the piston and cylinder base.
The volume of that part of the combustion chamber that is outside the cylinder is, what the drawing does not reveal, not less than <B> 30% </B> and not more than <B> 50% </B> of the whole Combustion chamber.
The recess H in the cylinder base could have an oval outline in the plan view and otherwise be evenly curved, for example approximately the shape of an acorn halved along the longitudinal axis. With such a recess, the gases flowing out of the channel D are expediently guided into the recess on one side of the recess along the short axis of the oval, deflected on impact on the opposite side of the recess and then flow in opposite directions in both directions Sides, roughly along the longitudinal axis of the recess over the piston face.
The recess could also be designed asymmetrically or asymmetrically relative to the plane through the cylinder axis.
According to FIGS. 4, 5 and 6, the recess in the piston head forms a square with rounded corners in plan view. Two of the corners are arranged symmetrically to a piston diameter and the other two are on this piston diameter, one on the edge. and the other something on the other side of the piston axis. The angle of the square at this corner is about 60, while the angle of the corner at the Kol benrand is larger. The channel D 'opens into this corner. According to FIGS. 4 and 5, the recess H is a shallow depression with a flat bottom and rounded at the edge.
The depression is, what the drawing does not show, so large that the combustion chamber according to FIGS. 1 to 3 and the channel D together form 30% to 50% of the combustion space.
In Fig. 6, the dashed line Li never Hx indicates a recess with an approximately ear-shaped outline. The bottom of the recess can be flat or rounded like the side of the recess labeled Hx. The gases come out of the channel and flow in the direction of the kur zen axis into the recess and collide with the side Hx, where they are deflected to both sides against the ends of the recess in order to spread from there over the piston head.
According to Fig. 7 and 8, the combustion chamber in the cylinder jacket next to the Zylin derbohrung E is arranged at some distance from it.
The cylinder jacket is expediently designed in such a way that circulation of the cooling liquid around the combustion chamber is ensured. The plug C is arranged in the mouth of the pocket B in such a way that the axis of the channel D is directed against the axis of the cylinder E through the plug.
In the cylinder head A there are an inlet and an exhaust valve, as well as a recess H, which forms almost the entire part of the combustion chamber located in the cylinder, and into which the combustion gases after the ignition of the charge in the combustion chamber through channel D. reach.
The recess H in the cylinder head has the same shape and, compared to the combustion chamber, is arranged in the same way as the recess H in the piston head according to FIG. 1, 2 and 3 so that their way of working is the same. Again, the drawing does not show that the combustion chamber with channel D form 30% to <B> 50% </B> of the combustion space.
According to FIGS. 9 and 10, the combustion chamber is arranged with an inlet and an outlet valve in the cylinder cover and the recess H is arranged in the piston crown. The recess comprises two circular, flat depressions H ″ and He with a flat bottom, which are rounded at the edge. The two depressions are of the same size and are arranged below the inlet and outlet valve and touch each other in the piston axis.
A channel H ′,: which leads close to the edge of the piston G, opens into the two depressions H5 and HB. The outer end of the channel H 'lies opposite the mouth Dl of the channel <I> D </I> in the plug C. The channel <I> H' </I> is rounded at the ends and also appropriately on both sides. After the charge in chamber B has been ignited, the gases, when they emerge from the mouth D ', enter the channel H' and flow along it. The current splits when it passes over into the two depressions at the corner H $. The two gas flows get into the depressions in opposite directions rotating movement.
The bottom of the channel can be inclined to the piston axis so that it descends against the depressions. Here, too, the drawing does not show that the combustion chamber and channel D 30 to <B> 50% </B> of the combustion chamber.
The depressions prevent the valve seats from having to be countersunk in the head, which could otherwise be necessary to create space for the valve disc Recesses and causes an increase in the volume of the recess. If the recess with regard to the valves is designed or arranged differently than just be written, it may be necessary to lower the Ven tilseats.
That would be disadvantageous, however, since it would increase the clearance between those parts of the piston and cylinder base whose closest possible mutual approximation at the end of the compression stroke is desirable so that as much as possible of the air charge of the combustion chamber B , the channel D and the recess is fed. The shape and dimensions of the channel, especially its outer end, can at least to a certain extent be adapted to the shape and dimensions of the mouth D 'of the channel. Not only the depth of the trench but also its width can be different over its entire length or part of it.
If the combustion chamber is arranged in the cylinder cylinder next to the cylinder bore, the recess in the cylinder head according to FIGS. 9 and 10 and the above description can be formed.
