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Vorkammer-Brennkraftmaschinc.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammer-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, bei welcher die Vorkammer durch eine Drosseleinrichtung, die dem Eintritt der Luft einen geringen, dem Austritt des Gemisches hingegen einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzt, mit dem Zylinderraum in Verbindung steht.
Es sind Maschinen dieser Art bekannt, bei welchen die Drosseleinrichtung aus einer Anzahl Zer- stäubungslöeher und ein oder mehreren Überströmkanälen besteht, die durch selbsttätige Rückschlagventile gesteuert sind. Dadurch soll erreicht werden, dass der Druckabfall während des Einströmens nur gering, der Druckanstieg infolge der Verbrennung in der Vorkammer jedoch beträchtlich ist, um eine möglichst günstige Zerstäubung des restlichen Brennstoffes zu erzielen. Diese Drosseleinrichtung hat den Nachteil, dass das Widerstandsverhältnis zwischen Ein-und Austritt noch zu gering ist, um dem beabsichtigten Zweck in vollkommener Weise zu genügen.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Rückschlagventile dauernd den hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sind und daher in kürzester Zeit zu Betriebsschwierigkeiten führen.
Es sind ferner Vorkammermaschinen mit Glüheinsätzen bekannt, deren frei in die Vorkammer ragende Enden eine Art Zwischenkammer bilden, in welche der Brennstoff eingespritzt wird. Diese Zwischenkammer steht mit der Vorkammer durch eine Anzahl tangential an den Umfang des Glüheinsatzes gerichteter Löcher und mit dem Zylinderraum durch eine Anzahl Zerstäubungslöcher im Boden des Glüheinsatzes in Verbindung. Dadurch soll erreicht werden, dass dem aus der Vorkammer rückströmenden Gemisch vorerst eine Wirbelbewegung aufgezwungen wird, die zur Durchmischung mit dem restlichen Brennstoff dient, ehe es im Zylinderraum zerstäubt.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass die durch die Verbrennung in der Vorkammer freiwerdende Energie hintereinander eine doppelte Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit erfährt, die mit beträchtlichen Verlusten verknüpft ist und keine vollkommene Zerstäubung des Brennstoffs gewährleistet. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der unmittelbar den hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzte Glüheinsatz verhältnismässig oft ausgewechselt werden muss.
Das Neue der Erfindung liegt darin, dass die Drosseleinrichtung aus einer runden bzw. schneckenförmigen Wirbelkammer besteht, die einen zentralen Kanal in den Zylinderraum und einen tangentialen Kanal in die Vorkammer besitzt, wobei der Brennstoff in die Vorkammer oder in die Drosseleinrichtung, vorzugsweise gleichachsig zum zentralen Kanal, eingespritzt wird. In dieser Drossel verläuft die Strömung beim Eintritt annähernd in der kürzesten Verbindung ihrer Kanäle, beim Austritt hingegen in spiralförmigen, langen Windungen um den zentralen Kanal herum, so dass bei kleinem Eintrittswiderstand ein ausserordentlich grosser Austrittswiderstand erzielt werden kann.
Dadurch ist erreicht, dass nahezu die ganze, durch die Verbrennung in der Vorkammer freiwerdende Energie als Druckenergie gespeichert, in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt und zur Zerstäubung des restlichen Brennstoffs herangezogen werden kann. Dabei wird durch den zu voller Stärke angefachten Wirbel ein völlig gleichartiges Brennstoffgemisch aufbereitet, das eine vollkommene Verbrennung im Zylinderraum sicherstellt. Die einfach ausgebildete, nach Bedarf zu kühlende Drosseleinrichtung ist selbst bei den höchsten Verbrennungstemperaturen unbedingt betriebssicher.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen nach Aufbau und Arbeitsverfahren getrennt veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen lotrechten Hauptschnitt durch den Zylinder in schematischer Darstellung, Fig. 2 den zugehörigen Schnitt längs der Linie 2-2 mit einem anschliessenden Schaubild der Geschwindigkeitsverteilung, Fig. 3 einezweite Ausführung im Schnittgemäss der Fig. 1, Fig. 4 eine dritte Ausführung im Hauptschnitt durch den Zylinder, Fig. 5 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie 5-5, Fig. 6 eine vierte Ausführung im Schnitt gemäss der Fig. 5, Fig. 7 eine fünfte Ausführung im gleichen Schnitt, Fig. 8 eine sechste Ausführung im Hauptschnitt durch den Zylinder, Fig. 9 eine siebente Ausführung im Schnitt gemäss der Fig. 8, Fig. 10 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie 10-10 und Fig.
11 ein schematisches Strömungsbild zu Fig. 8 im vergrösserten Massstab.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 liegt die Vorkammer 1 quer und exzentrisch zur Zylinderachse 0 im Zylinderdeckel. Sie ist mit der Drossel und mit dem Zylinder zusammengegossen.
Die Drossel besteht aus einer flachen runden Kammer 3, deren Achse mit der Zylinderachse 0 zusammenfällt, und aus zwei Verbindungskanälen annähernd gleichen Querschnitts. Der tangential an den Umfang der Kammer 3 gerichtete Kanal 2 verbindet die Vorkammer 1 mit der Kammer 3, während der zentral in der Achse der Kammer 3 liegende Kanal 4 diese mit dem Zylinderraum 5 verbindet. Die Mündungsstellen dieser Kanäle 2, 4 sind ausgerundet. Die Einspritzdüse 6 ist gleichachsig zum zentralen Kanal 4 in die Kammer 3 eingesetzt. Sie spritzt den Brennstoff im geschlossenen Kegel 8 durch die Kammer 3 hindurch in den Kanal 4. Der Zylinderraum 5 ist kegelig geformt. Die Kammern 1, 3 und die Kanäle 2, 4 liegen im Kühlwasser des Zylinderdeckels.
Die Strömungsvorgänge in dieser Drossel 2, 3, 4 sind die folgenden : Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 tritt die Luft aus dem Zylinderraum 5 durch den Kanal 4 in die Kammer 3 über, durchströmt diese im Sinne der Fäden e und gelangt schliesslich durch den Kanal 2 in die Vorkammer 1, wo sie gespeichert wird. Auf diesem Wege wird der Strömung im wesentlichen nur der Drosselwiderstand der Kanäle 2, 4 sowie der Umlenkwiderstand der Kammer 3 entgegengesetzt, so dass sich der Druckabfall in engen Grenzen hält. Infolge der durch die Verbrennung in der Vorkammer 1 hervorgerufenen Drucksteigerung tritt das Gemisch durch den Kanal 2 im Sinne des Fadens v aus, wird an der Wand der Kammer 3 umgelenkt und zu einer Wirbelbewegung im Sinne der Fäden a gezwungen.
Dieser Wirbel sperrt zunächst den Austritt des Gemisches aus der Kammer 3, bis sich die Stromfäden a derart verdichtet haben, dass es aus dem Wirbelkern in den Kanal 4 abgedrängt werden kann. Auf diesem Wege erfährt die Strömung somit eine beträchtliche Widerstandsvermehrung. Die Geschwindigkeit der Stromfäden a wächst vom Umfang der Kammer 3 gegen die Mitte hin bis zum theoretischen Wert "unendlich" in der Wirbelachse an. Diese Geschwindigkeiten u sind im Schaubild zur Fig. 2 über dem Halbmesser r der Kammer 3 aufgetragen. Die Geschwindigkeitszunahme ist praktisch dadurch begrenzt, dass die Stromfäden a an der Oberkante des Kanals 4 plötzlich ihre Führung verlieren und sich durch diesen hindurch in den Zylinderraum 5 schrauben.
Dieser Vorgang lässt sich mit der Windhose"eines Wirbelsturms vergleichen, bei welchem alle im Wirbelkern mit höchster Geschwindigkeit sich drehenden Teile zwangläufig das Bestreben zeigen, in der Achse des Wirbels herauszufliegen.
Die Grösse der Wirbelkammer 3 richtet sich nach dem Hubvolumen und der Drehzahl der Maschine.
Vom Hubvolumen hängt die Höhe der Kämmer 3 ab, da diese Höhe etwa dem Durchmesser der Kanäle 2, 4 entspricht und dieser Durchmesser zur Vermeidung grösserer Druckverluste während des Einströmens zum Hubvolumen in ein günstiges Verhältnis gesetzt werden muss. Von der Drehzahl hängt der Durchmesser der Kammer 3 ab, da dieser Durchmesser für die Geschwindigkeitszunahme der Stromfäden a massgebend ist und von dieser wiederum der Grad der Zerstäubung bestimmt wird. Je schneller somit die Maschine läuft, in je kürzerer Zeit also, die Verbrennung durchgeführt werden muss, um so grösser ist der erforderliche Feinheitsgrad der Zerstäubung und daher auch der Durchmesser der Kammer 3.
Das Volumen dieser Kammer 3 ist somit für jede Maschine vorgegeben, es ist jedoch im Verhältnis zum Verdichtungsvolumen der Maschine so gering, dass die Kammer 3 keinesfalls als Zwischenkammer im Sinne anderer Ausführungen angesprochen werden kann.
Hingegen steht die Grösse der Vorkammer in gewissen Grenzen frei. Sie kann so gross gewählt werden, dass der grösste Teil der Verbrennungsluft in ihr gespeichert wird, oder aber so klein gewählt werden, dass nur der für die Verbrennung in der Vorkammer benötigte Teil der Luft durch sie aufgenommen wird. Für die Luftverteilung zwischen Vorkammer 1 und Zylinderraum 5 ist in erster Linie massgebend, an welcher Stelle und in welcher Form die Einspritzung des Brennstoffs vorgenommen wird. Der Brenn- stoff kann nämlich ausser in die Vorkammer selbst an irgendeiner Stelle der Drosseleinrichtung eingeführt werden, wobei seine Verteilung über das Strömungs-bzw. Wirbelfeld des Gemisches für die Aufbereitung desselben von grossem Einfluss ist.
Es werden sich somit verschiedene Verfahren mit dieser Einrichtung verwirklichen lassen, die nach dem Verwendungszweck der Maschine bzw. nach der Art des Brennstoffs, nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten also, gewählt werden können. Erst in zweiter
Linie ist die Luftverteilung zwischen Vorkammer 1 und Zylinderraum 5 von der Grösse der Maschine selbst abhängig. Je kleiner nämlich die Maschine ist, um so schwerer fällt es, das vorgegebene Verdichtung- volumen auf die Räume 1, 3, 5 im erwünschten Sinne aufzuteilen, da der aus mechanischen Gründen nötige Kolbenspalt einen grossen Teil dieses Verdichtungsvolumens als Zylinderraum 5 vorwegnimmt.
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Für das erste Arbeitsverfahren, welches dem Ausführungsbeispiel nach Fig. l. 2 zugrunde liegt, sei angenommen, dass der grösste Teil der Verbrennungsluft zu Ende des Verdichtungshubes in der Vorkammer 1 gespeichert ist. Die Einspritzung beginnt knapp vor oberem Totpunkt und endigt weit hinter diesem. Durch die Luftströmung vom Zylinderraum 5 in die Vorkammer 1, welche infolge der Trägheit der Luftsäule bis etwa zum oberen Totpunkt anhält, werden die anfänglich eingespritzten Brennstoffteilchen erfasst und in die Vorkammer 1 mitgerissen. Diese Brennstoff teilchen werden in der hocherhitzten Luft verdampft, vergast und schliesslich zersetzt. Die ersten zündfähigen Zersetzungsprodukte leiten die Verbrennung ein.
Während dieses Zündverzuges"sind die Zersetzungsprodukte jedoch unfehlbar in die Vorkammer 1 gelangt, so dass sich die Verbrennung unter Erfassung der nachströmenden, nur wenig aufbereiteten Brennstoffteilchen in dieser und nicht etwa in der Wirbelkammer : 3 ausbreitet. Da nur ein kleiner Teil der Brennstoffmenge durch die Verbrennung erfasst wird, findet diese bei Luftüberschuss, also vollkommen und vollständig, statt. Die Verbrennung bewirkt eine Drucksteigerung in der Vorkammer 1, unter welcher das Gemisch durch den Kanal 2 auszuströmen und den Wirbel in der Kammer :) anzufachen beginnt. Es kann vorerst infolge des hohen Widerstandes nicht durch den Kanal 4 austreten, so dass die Drucksteigerung in der Vorkammer ! zu voller Hohe anwächst.
Dadurch wächst aber auch die Wirbelgeschwindigkeit u, die Stromfäden a verdichten sich und das Gemisch beginnt durch den Kanal 4 hindurchzutreten. Es erfasst hiebei die nachgespritzten Brennstoffteilchen, zwingt ihnen die Wirbelbewegung auf und vermengt sich mit ihnen zu einem gesättigten, zündfähigen Gemisch, das noch im Kanal 4 entflammt. In diesem Zustand zerstäubt es beim Verlassen des Kanals 4 im Zylinderraum infolge der plötzlich freiwerdenden Bewegungsenergie und verbrennt in der Restluft des Zylinderraums vollständig und vollkommen.
Diese Verbrennung lässt sich derart führen, dass die aus der Vorkammer 1 rückströmende Verbrennungsluft im richtigen Mischungsverhältnis steht zu dem von der Düse 6 eingespritzten Brennstoff, so dass die zeitlich und mengenmässig aufeinander abgestimmten, im Kanal 4 aufeinandertreffenden Ströme eine kontinuierliche Verbrennung sicherstellen. Diese Verbrennung passt sich der kontinuierlichen Vergrösserung des Zylinderraums 5 durch den Kolbenrückgang in der Weise an, dass bei auftretender Druckspitze die Rückströmung und damit der Verbrennungsverlauf verzögert,
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wird. Die Verbrennung verläuft daher im wesentlichen im Gleichdruck.
Für das zweite Verfahren sei angenommen, dass die Verbrennungsluft zu annähernd gleichen Teilen auf die Vorkammer 1 und den Zylinderraum 5 verteilt ist. Die Einspritzung erfolgt in die Wirbel- kammer. 1, u. zw. entweder in einem tangential an den Umfang der Kammer 3 gerichteten geschlossenen Kegel, der den Stromfäden a entgegengesetzt verläuft, oder in einem radial an den Umfang der Kammer.'3 gerichteten, sternförmig verteilten Kegel, der die Stromfäden a kreuzt. Beginn und Ende der Einspritzung liegen etwa gleich weit vor bzw. nach oberem Totpunkt. Die Vorgänge während der Verbrennung in der Vorkammer 1, welche bei Luftüberschuss stattfindet, stimmen im wesentlichen mit jenen des ersten Verfahrens überein.
Der restliche Brennstoff wird im rückströmenden Gemisch "zentrifugiert", d. h. die verhältnismässig schweren Brennstoffteilchen fliegen infolge der auf sie einwirkenden Fliehkraft immer wieder nach aussen, also auf weiter vom Kanal 4 entfernt liegende Stromfäden zurück, ehe sie aus dem Wirbel gerissen werden. Dadurch werden sie nicht nur mit den Gemischteilchen innig vermengt, sondern mit diesem auch zu einem fertigen Brennstoffluftgemiseh bis zur Grenze der Zündfähigkeit aufbereitet.
Die Zündfähigkeit darf nicht erreicht werden, um eine vorzeitige Drucksteigerung in der Wirbelkammer. J, welche die Strömung stillegen würde, zu verhindern. Der Luftüberschuss der Vorkammer ist dementsprechend knapp zu wählen. Die Zündung des derart vorbereiteten Brennstoffgemisches findet erst nach der Zerstäubung im Zylinderraum 5 statt, wo genügend Luft für die Sättigung dieses Gemisches vorhanden ist. Die Verbrennung kann aus diesem Grunde nicht mehr kontinuierlich geführt werden.
Sie hängt ausser von der Rückströmung auch von der Zerstäubung, also von der Verteilung des Brennstoffgemisches über die Restluft des Zylinderraumes 5 ab. Die Verbrennung wird aus diesem Grunde als #gemischte Verbrennung" mit mässigem Druckanstieg verlaufen.
Für das dritte Arbeitsverfahren sei angenommen, dass die Vorkammer nur so viel Luft enthält, als für die Vorverbrennung unbedingt nötig ist. Die Einspritzung erfolgt in die Vorkammer 1, gleichgültig in welcher Form. Sie beginnt derart weit vor oberem Totpunkt, dass zu Beginn der Rückströmung im wesentlichen bereits die gesamte Brennstoffmenge eingeführt ist. Die Verbrennung ist infolge des Luftmangels sowohl unvollständig wie unvollkommen. Sie bewirkt eine Zersetzung des unverbrannten oder nur teilweise verbrannten restlichen Brennstoffs in leicht zündfähige Bestandteile. Dieses Brennstoffgemisch kann durch den Wirbel während des Rückströmens nicht weiter aufbereitet werden, da die hiezu nötige Verbrennungsluft fehlt.
Es zündet erst nach seiner Zerstäubung in der reichlichen Hauptluft des Zylinderraums 5. Die sich anschliessende Verbrennung ist im weitesten Masse vom Zerstäubungsgrad des Brennstoffgemisches abhängig und nur zum geringsten Teil vom zeitlichen Verlauf der Rückströmung. Sie wird daher unter verpuffungsähnlicher Drucksteigerung verlaufen. Dieses Verfahren hat gegenüber den vorgenannten den Nachteil, dass durch die Aufspaltung des Brennstoffs in der Vorkammer "Stumpfverbindungen" entstehen, welche selbst bei reichlichem Luftüberschuss im Zylinderraum 5 nur unvollkommen verbrennen können.
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Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt, kann der zentrale Kanal 4 schräg zur Achse der
Wirbelkammer 3 angeordnet sein, sofern nur seine Mündungsstelle in der Kammer 3 zentral liegt. Hiezu ist man aus Platzgründen genötigt, entweder um die Einspritzdüse 6 besser zugänglich zu machen oder um die Ventile leichter im Zylinderdeckel unterzubringen. Diese Ausführung ist dann von besonderem
Vorteil, wenn der Kanal 4 in Richtung des tangentialen Kanals 2 geneigt ist. Durch Verkürzung des
Stromfadens e und Verringerung seiner Umlenkwinkel kann der Eintrittswiderstand weiter herabgesetzt, der Austrittswiderstand hingegen durch Umlenkung des Wirbelkerns noch vergrössert werden, so dass ein günstigeres Widerstandsverhältnis der Drossel und damit ein höherer Zerstäubungsgrad erzielbar ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist die Vorkammer 1 kreisringförmig um die
Wirbelkammer 3 ausgebildet. Die Kammern stehen durch zwei sich gegenüberliegende tangentiale
Kanäle 2, 2'miteinander in Verbindung. Diese Kanäle 2, 2'sind als verhältnismässig enge, über die Höhe der Kammer. 3 sich erstreckende Schlitze in der Trennwand 16 der Kammern 1, 3 ausgebildet. Die Innen- kanten dieser Kanäle 2, 2'sind ausgerundet. Die Kammern 1, 3 sind zu einem zylindrischen Gefäss 9 vereinigt, das durch den Deckel 12 abgeschlossen ist. Der zentrale Kanal 4 liegt in einem Ansatz 10 des Gefässes 9. Er ist gegen die Wirbelkammer. 3 und gegen den Zylinderraum 5 düsenartig ausgerundet.
Der Ansatz 10 ist mit einem Gewinde versehen, mit dessen Hilfe das Gefäss 9 im Zylinderdeckel19 eingeschraubt ist. Die Einspritzdüse 6 ist in einem Ansatz 1. 3 des Deckels 12 eingesetzt und durch Stehbolzen an diesem befestigt. Die Achse der Wirbelkammer. 3 ist zur Zylinderachse o geneigt. Der Kanal 4 mündet exzentrisch zum Kolben in einer Ausnehmung des Zylinderdeckels 19. Der Kolben 7 ist dem Zylinderdeckel bis auf das unvermeidliche Spiel genähert. Der Deckel 12 ist zur Kühlung des Gefässes 9 mit Rippen versehen. Das Gefäss liegt im Kühlluftstrom vor den Ventilen 20.
Diese Ausführung bietet viele Vorteile. Durch die kurzen, über den Umfang der Wirbelkammer-3 verteilten Kanäle 2,2'wird der Strömungsweg und damit der Eintrittswiderstand in die Vorkammer 1 verringert, während die besondere Form dieser Kanäle den Wirbel beim Ausströmen stärker entfacht und damit den Austrittswiderstand erhöht. Die Kammern 1, 3 sind durch die Trennwand 16 gegenseitig isoliert, wodurch nicht nur die freien Oberflächen dieser Einrichtung verkleinert, sondern auch ein Teil der durch die Verbrennung in die Gefässwand abgewanderten Wärme dem Gemisch wieder zugeführt werden kann. Durch die unmittelbare Vereinigung der Kammern 1, 3 wird der Platzbedarf verringert und die Herstellung vereinfacht, wobei hitze-und korrosionsbeständige Baustoffe Verwendung finden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und jenem nach Fig. 7 ist die Vorkammer 1 durch Zwischenwände 17, 17' in zwei Kammern la, Ib unterteilt. Jede dieser Kammern la, Ib steht durch einen tangentialen Kanal 2 bzw. 2'mit der Wirbelkammer. 3 in Verbindung. Die Zwischenwände 17, 17'sind entweder eben oder bogenförmig ausgebildet und laufen tangential in die Trennwand 16 ein, wobei sie die eine Begrenzungswand der Kanäle 2, 2'bilden. Die Kammern la, lb können durch Öffnungen 18, 18' in den Zwischenwänden 17, 17'untereinander verbunden sein. Diese Öffnungen liegen knapp an der Wand des Gefässes 9.
Durch diese Unterteilung der Vorkammer werden die Zündwege für die Vorverbrennung beträchtlich verkürzt. In jede dieser langgestreckten Kammern la, Ib werden die anfänglich eingespritzten Brennstoffteilchen hineingerissen, ohne jedoch weit in ihr Inneres vorzudringen, was zur Folge hat, dass nur der vordere, den Kanälen 2, 2'zugekehrte Teil der Kammern 1a, lb mit zündfähigem Gemisch erfüllt ist, während der hintere, den Kanälen'2, 2'abgekehrte Teil im wesentlichen nur reine Luft enthält.
Die Verbrennung dieses verhältnismässig kleinen Gemischteils kann daher in viel kürzerer Zeit erfolgen, als wenn dieses Gemisch in einer zusammenhängenden Kammer verwirbelt worden wäre. Durch die Öffnungen zwischen den Teilkammern la, lu soll erreicht werden, dass der Druckanstieg und damit die Rückströmung parallel verläuft. Setzt die Zündung beispielsweise in der einen Teilkammer früher ein als in der andern, so tritt infolge des Druckstosses ein geringer Teil der Verbrennungsluft aus dem Luftteil der einen Kammer in'den Gemischteil der andern Kammer über und beschleunigt in dieser die träge Zündung.
Durch die besondere Form und Anordnung der Zwischenwände 17, 17'kann die Umsetzung der Druck- in Geschwindigkeitsenergie beim Rückströmen wesentlich unterstützt werden.
Diese Zwischenwände 17, 17' dienen nämlich zur Umlenkung des aus den langgestreckten Kammern la, lb abströmenden Gemisches, wodurch das Auftreten schädlicher Wirbel verhindert wird. Sofern diese Zwischenwände 17, 17'gleichzeitig auch die eine Begrenzungswand der Kanäle 2, 2'bilden, können sie mit der die zweite Begrenzungswand bildenden Trennwand 16 derart zusammenwirken, dass das abströmende Gemisch nicht nur umgelenkt, sondern auch beschleunigt wird. Wie insbesondere das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt, können dadurch in der Stromrichtung sich verjüngende Auslass- düsen an die Stelle der einfach'en Kanäle 2, 2'treten, in welcher sich die Energieumsetzung stossfrei und wirbelfrei, also bei kleinsten Verlusten, vollzieht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 10 liegt das Gefäss 9 in einer Tasche 7 des
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verdickten Enden der Trennwand 16 begrenzt. Das Gefäss 9 ist durch eine kreisförmige Platte 12 abgeschlossen, die bei 12a mit dem Kolben 7 verschraubt ist und in der Flucht des Kolbenbodens liegt. Die Platte 12 ist mit einem in den Zylinderraum 5 vorspringenden Ansatz 10 versehen, in welchem der zentrale Kanal 4 mündet. Dieser ist nach dem Zylinderraum5 hin stärker aufgeweitet als nach der Wirbelkammer 3.
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zusammen. Der Brennstoff wird im schlanken, geschlossenen Hohlkegel 8 derart in den Kanal 4 eingespritzt, dass die Brennstofftröpfchen ganz knapp an der Wand des Kanals vorbeiführen.
Die Einspritzdüse 6 ist zu diesem Zweck mit einem Zapfen versehen.
Diese besondere Art der Einspritzung hat zwei Gründe. Erstens soll vermieden werden, dass der nachgespritzte, an der Vorverbrennung unbeteiligte Brennstoff im Wirbelkern zusammengeballt wird und hier gewissermassen einen Vorrat bildet, aus dem der Wirbel schöpft. Zweitens soll eine günstigere Aufbereitung der Brennstoffteilchen dadurch erreicht werden, dass diese unmittelbar in eine Zone der Rückströmung eingeführt werden, welche die höchste Bewegungsenergie aufweist und gleichzeitig knapp vor dem Zerstäubungsort liegt. Diese Zone liegt etwa im engsten Querschnitt des Kanals 4.
Wie das
Strömungsbild nach Fig. 11 zeigt, klebt"das ruckströmende Gemisch gewissermassen an der Wand des Kanals 4 in Form eines verdichteten Mantels, der einen verdünnten Kern vom Durchmesser D"umschliesst und sich von der Wirbelkammer gegen den Zylinderraum 5, also von c nach b, entsprechend den Durchmessern D und D'des Kanals 4 verjüngt. Dieser Mantel wird somit durch die Form des Kanals 4 fächerförmig umgelenkt und zerstäubt am Fortsatz 10 nahezu waagrecht in den Zylinderraum 5.
Berührt nun der hohle Spritzkegel etwa den Umfang des Kanals 4 an der engsten Stelle bei D, ohne in den Kern bei D"einzudringen, so wird die Durchschlagskraft der Brennstoffteilchen an dieser Stelle voll abgebremst und diese durch den annähernd waagrecht rotierenden Wirbel der Gemischteilehen wie in einer Mühle "zermahlen".
Die Einspritzdüse 6 muss dem Ansatz 10 sehr nahe gerückt werden, um zu vermeiden, dass während des Einströmens abgesplitterte Brennstoffteilchen vom Hohlkegel 8 in den Zylinderraum gelangen und dort eine Vorverbrennung hervorrufen, die jener in der Vorkammer entgegenwirken würde. Damit das Gemisch während des Ausströmens jedoch drosselfrei aus dem Kanal 4 in den Zylinderraum 5 gelangen kann, ist es nötig, die durch die Höhe li gegebene Spaltfläche zwischen Düse 6 und Ansatz 10 etwa dem durch D'gegebenen Mündungsquerschnitt des Kanals 4 anzupassen. Durch den frei in den Zylinderraum 5 vorspringenden Ansatz 10 soll vermieden werden, dass Gemischteilehen an der Mündung des Kanals -1 haftenbleiben.
Haben sich diese Teilchen einmal vom Deckel 12 gelöst, so fliegen sie infolge des Dralls annähernd waagrecht und tangential nach aussen. Deckel 12 und Kolben 7 dürfen daher keine vorspringenden Teile aufweisen, an welchen die Gemischteilehen auftreffen und Niederschläge bilden könnten. Wenn der Deckel 12 mit dem Kolbenboden 7 in einer Flucht liegt, kann auch die durch die Zerstäubung hervorgerufene Rotation der Verbrennungsprodukte auf die Restluft des Zylinderraums störungsfrei übertragen und damit ein für die Nachverbrennung günstiger Wirbel aufrechterhalten werden.
Die Verlegung der Einspritzdüse 6 in einen vom Gefäss 9 räumlich getrennten Teil bietet viele Vorteile. Der restliche eingespritzte Brennstoff kann dem Gemisch im Gegenstrom statt im Gleichstrom zugeführt werden, was die Aufbereitung fördert. Durch die Umgehung des Wirbelkerns bleibt das Spritzbild unverändert, da das in der Kammer. 3 rotierende Gemisch sich nicht mit dem Hohlkegel 8"reibt". Das Gefäss 9 selbst kann in vereinfachter Weise als flache runde Dose ausgebildet werden, die an jeder beliebigen Stelle des Kolbenbodens bzw. des Zylinderdeckels einsetzbar ist. Eine derartige Dose ist weit besser zugänglich und insbesondere leichter auszuwechseln als ein mit der Einspritzdüse 6 verbundenes Gefäss.
Ausserdem lassen sich die Kühlverhältnisse besser beherrschen, insbesondere im Sinne örtlicher Temperatursteigerungen zur Nutzbarmachung der katalytischen Wandungseinflüsse auf die Verbrennung und Gemischaufbereitung, da die Kühlverhältnisse der Einspritzdüse dabei nicht mitzuberück- sichtigen sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 liegt das Gefäss 9 im Boden des Zylinder-
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so dass der Boden des Gefässes 9 mit jenem des Zylinderdeckels 19 abschliesst, jedoch über den Zylinderumfang herausgerückt ist. Die Einspritzdüse 6 ist schräg von unten seitlich in den Zylinder eingesetzt.
Gleichachsig zu ihr, also schräg zur Kammer"), ist der Kanal 4 im Fortsatz 10 ausgebildet. Das Gefäss 9 ist unter Vermittlung des Flansches 9a durch die Platte 12 von aussen her abgeschlossen. Die Platte 12 ist mit einem ringförmigen Anguss 19a des Zylinderdeekels 19 bei 12a verschraubt. Sie ist mit ringförmigen Rippen 15 versehen, die vom Kühlwasser des Zylinderdeckels 19 umspült werden.
Bei dieser Ausführung liegt die Restluft des Zylinderraums 5 geballt um die Mündung des Kanals -1 herum in einer durch Kolben 7 und Zylinder gebildeten Nische, was die Nachverbrennung begünstigt.
Die Stellung des Spritzkegels 8 gegenüber dem Kanal 4 wird hier durch die Kolbenbewegung nicht beeinflusst. Das aus dem Kanal 4 abströmende Gemisch wird hauptsächlich nach dem Kolben 7 hin zerstäubt, da die Führung durch die Kanalwand in dieser Richtung zuerst verlorengeht. Ein Aufprall des Gemisches
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an der feststehenden Wand der Nische ist dadurch vermieden. Das Gefäss 9 ist durch den Deckel 12 einseitig kräftig gekühlt. Dies ist notwendig, um den Ansatz 10, der zum Erglühen kommt, vor dem Verbrennen zu schützen.
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Stellung der Kammer. 3 bzw. des Gefässes 9 gegenüber dem Zylinderraum 5 kann je nach Platzbedarf und Bauart der Maschine verschieden gewählt werden, wobei für deren Unterbringung nicht nur der Zylinderdeckel oder der Kolben, sondern auch der Zylinder selbst in Frage kommt. Es ist ferner keineswegs nötig, nur eine Wirbelkammer bzw. ein Gefäss je Zylinder vorzusehen, vielmehr können mit grösser werdenden Zylinderabmessungen deren zwei oder mehrere nebeneinander angebracht werden. Es sind auch kombinierte Einrichtungen möglich, beispielsweise eine Vorkammer mit mehreren Wirbelkammern oder eine Wirbelkammer, die ausser mit den Vorkammern auch noch mit Luftkammern zusammenwirkt.
Ebenso beliebig ist die Stellung der Einspritzdüse zu dieser Einrichtung, sofern nur das jeweils erwünschte Spritzbild den Strömungsvorgängen zur Verwirklichung dieses oder jenes Verfahrens angepasst wird. Statt einer Einspritzdüse können auch deren zwei verwendet werden, von welchen beispielsweise eine in die Vorkammer und eine in die Wirbelkammer spritzt. All diese abweichenden Ausführungen haben lediglich den Zweck, den Vorteil dieses oder jenes Verfahrens besser auszunutzen bzw. die Vorteile dieses und jenes Verfahrens miteinander zu vereinigen. Das Grundsätzliche der Erfindung bleibt dadurch unberührt.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Vorkammer-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, bei welcher die Vorkammer über eine Drosseleinrichtung, die dem Eintritt der Luft einen geringen, dem Austritt des Gemisches hingegen einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzt, mit dem Zylinderraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung aus einer runden bzw. schneckenförmigen Wirbelkammer (. 3),
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wird (Fig. 1, 2).