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Einspritzbrennkraftmasehine.
Die Erzielung einer hohen Leistung einer Einspritzbrennkraftmaschine hängt wesentlich davon ab, inwieweit die Ladeluft mit dem eingespritzten Brennstoff innig und gleichmässig gemischt wird. Ausser- dem darf sich der zerstäubte Brennstoff nicht etwa wieder in flüssigem Zustand verdichten, d. h. in Form von Tropfen an den Wandungen des Verbrennungsraumes abseheiden ; auch muss vermieden werden, dass vom voraufgegangenen Arbeitshub im Verbrennungsraum verbleibende Restgase den frisch einge- spritzten Brennstoff einhüllen und so eine innige Mischung des Brennstoffes mit der Ladeluft verhindern.
Werden diese Anforderungen nicht erfüllt, so findet keine rasche Verbrennung statt ; vielmehr verbrennt das Gemisch unter schlechter Wärmeausnutzung nur unvollständig und mit starker Verzögerung, was durch Russbildung im Auspuff angezeigt wird.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch besondere Ausbildung des Verbrennungsraumes und durch die Art der Brennstoffeinspritzung eine innige Gemischbildung zu erzielen, d. h. zu erreichen, dass der eingespritzte Brennstoff gleichmässig und in feinster Zerstäubung in der Ladeluft verteilt wird. Zu diesem Zweck hat man bereits einen besonderen Verbrennungsraum vorgesehen, der von dem eigentlichen Arbeitszylinder der Maschine abgesondert ist, jedoch mit ihm in Verbindung steht und gleichachsig zu ihm liegt ; in diesem Verbrennungsraum spielt sich die Gemischbildung ab. Bei dieser Bauart ist ferner auch vorgesehen, unter Zuhilfenahme von Verdrängeransätzen od. dgl. eine Wirbelung der Ladeluft zu erzeugen, in die dann der aus der Zerstäuberdüse austretende Brennstoff eingespritzt wird.
Die Erfindung betrifft nun eine weitere Verbesserung dieser Gattung von Einspritzbrennkraftmaschinen. Erfindungsgemäss wird eine erhebliche Steigerung der Maschinenleistung dadurch erreicht, dass die dem Arbeitszylinder in tangentialer Richtung zugeführte und daher um die Zylinderachse kreisende Ladeluft von der äusseren Ringfläche des sieh in seine innere Endstellung bewegenden Kolbens in den zentralen Verbrennungsraum gedrückt und von den gekrümmten Wandungen dieses Verbrennungsraumes derart umgelenkt wird, dass sie eine im Kreise schraubenförmig fortschreitende Wirbelbewegung ausführt. Die für die Gemischbildung erforderliche Wirbelung der Ladeluft setzt sich also aus zwei sich einander überlagernden Strömungsbewegungen zusammen.
Zunächst beschreibt die Luft infolge ihrer tangentialen Zuführung in den Arbeitszylinder eine kreisende Bewegung um die Zylinderachse. Diese kreisende Bewegung hält noch an, wenn der Kolben sich in die innere Totlage bewegt und dabei die Luft immer mehr in den vom Arbeitszylinder gesonderten Verbrennungsraum drängt. Die Luft kreist also auch in dem Verbrennungsraum um die Zylinderachse. Beim Übergang aus dem Arbeitszylinder in den Verbrennungsraum ist der Luft aber noch eine zweite Bewegung aufgezwungen worden, u. zw. eine schraubenförmig fortschreitende Bewegung. Der Weg, den die Ladeluft im Augenblick des Einspritzvorganges innerhalb des Verbrennungsraumes durchläuft, ist also durch eine fortsehreitende Sehraube gekennzeichnet, die sich kreisförmig um die Zylinderachse herumbewegt.
Diese Bewegung wird hervorgerufen einerseits durch die tangentiale Einführung der Ladeluft in den Arbeitszylinder und anderseits durch die gekrümmte Ausgestaltung der Wandungen des Verbrennungsraumes.
Es hat sich ergeben, dass die schraubenförmig kreisende Wirbelung der Luft dadurch noch besonders gefördert werden kann, dass der Verbrennungsraum mit dem Arbeitszylinder durch eine Öffnung in Verbindung steht, deren Querschnitt gegenüber demjenigen des Arbeitszylinders so klein ist, dass die aus dem Arbeitszylinder in den Verbrennungsraum übertretende Ladeluft gedrosselt und daher beim Eintritt in den Verbrennungsraum in ihrer Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt wird.
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Vorteilhaft wird der in einer Düse zerstäubte Brennstoff quer durch die Bahn der sich spiralförmig durch den Verbrennungsraum hindurchwirbelndenLadeluft gegen die Seitenwandungen des Verbrennungs- raumes gespritzt.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt im senkrechten Längsschnitt den oberen Teil des Maschinenzylinders, u. zw in dem Augenblick, in dem kurz bevor der Arbeitskolben den inneren Totpunkt erreicht hat. Fig. 2 zeigt den Arbeitskolben im Grundriss. Fig. 3 veranschaulicht die Wirbelbewegung der Ladeluft im Verbrennungsraum. Fig. 4 zeigt den gleichen Schnitt wie Fig. 1 und veranschaulicht den Zustand, kurz nachdem der Kolben den inneren Totpunkt erreicht hat. Die Fig. 5 bis 7 zeigen drei weitere Ausführungsformen in senkrechtem Längsschnitt.
In dem Zylinder 1 arbeitet der Kolben 2, der in Fig. 1 kurz vor Erreichen der inneren Totlage dargestellt ist. Einlassventil 3, Auslassventil 4 und Einspritzdüse 5 sind in bekannter Weise im Zylinderdeckel 6 gelagert.
Im Boden des Kolbens 2 ist ein als Verbrennungsraum wirkender Hohlraum 7 ausgespart, der ringförmig ausgebildet ist (Fig. 3) und etwa kreisförmigen Querschnitt aufweist (Fig. 1). Der Verbrennungsraum steht durch eine Drosselöffnung 8 mit dem Zylinderraum in Verbindung, deren Querschnitt etwa ein Drittel bis ein Sechstel des Zylinder querschnittes beträgt. Die Achse des Verbrennungshohlraumes 7 fällt mit der Zylinderachse zusammen, ebenso wie diejenige der Einspritzdüse 5.
Die Ladeluft strömt durch das Ventil 3 in tangentialer Richtung in den im Querschnitt kreisförmigen Arbeitszylinder, da der Luftzuführungskanal 9 in tangentialer Richtung zum Arbeitszylinder verläuft. Die Ladeluft kreist also im Arbeitszylinder.
Bei der Bewegung des Kolbens in die innere Totlage wird die im Arbeitszylinder kreisende Luft durch die Drosselöffnung 8 hindurch in den Verbrennungsraum 7 gedrückt (Fig. 1), wobei der kreisenden Luft infolge der gekrümmten Ausbildung der Wandungen des Verbrennungsraumes eine schraubenförmige Wirbelbewegung aufgezwungen wird. Diese resultierende Bewegung ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird beim Übertritt der Luft aus dem Arbeitszylinder in den Verbrennungsraum 7 infolge der Anordnung der Drosselöffnung 8 beschleunigt,'so dass eine besonders intensive Wirbelbewegung der Luft im Verbrennungsraum erreicht wird.
Um eine sichere Führung der schraubenförmig fortschreitenden Luft zu erreichen, ist am Boden des Verbrennungsraumes 7, u. zw. in seiner Mitte, eine warzenartige Erhöhung 11 vorgesehen, durch die Leitflächen für die wirbelnde Luft gebildet werden.
Die Strahlen des in der Brennstoffdüse 5 zerstäubten Brennstoffs sind so gerichtet, dass der im Verbrennungsraum kreisende Ringwirbel der Ladeluft einmal beim Durchtritt der Ladeluft durch die Drosselöffnung, d. h. also etwa nahe der Mitte des Verbrennungsraumes, und ein zweites Mal nahe der äusseren Wandung dieses Raumes von dem Brennstoffstrahl durchstossen wird ; dies ist in den Fig. l und 4 angedeutet.
Durch die geschilderte Art der Durchwirbelung der Luft und ihrer Mischung mit den Brennstoffstrahlen wird eine vollkommene Aufteilung des Brennstoffs in der Ladeluft erzielt, so dass der Brennstoff russfrei verbrennt und eine beträchtliche Leistungssteigerung der Maschine erzielt wird.
Das in Fig. 5 veranschaulichte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, dass sich'das Mündungsende der Brennstoffdüse 5 und die dieses Ende unmittelbar umgebenden Teile 10 des Zylinderdeckels 6 der Querschnittsform des Verbrennungsraumes 7 anpassen. Die äusseren Be- grenzungsflächen dieser Teile entsprechen also dem kreisförmigen Querschnitt des Verbrennungsraumes.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Boden 12 des Verbrennungsraumes flach ausgebildet.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht derjenigen nach Fig. 3, nur mit dem Unterschied, dass hier der Kolbenboden, ähnlich wie bei der Bauart nach den Fig. 1 und 4, eine warzenartige Erhöhung 11 aufweist, durch die Leitflächen für die wirbelnde Luft gebildet werden.
Die Fig. 7 zeigt die Anordnung des Verbrennungsraumes 7 im Zylinderdeckel 6, u. zw. bei einer
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Kolbenboden in der Mitte eine kegelförmige oder warzenartige Erhöhung 14 auf, die die Kreisringform des Verbrennungsraumes 7 ergänzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einspritzbrennkraftmaschine mit einem von dem Arbeitszylinder abgesonderten, jedoch mit ihm verbundenen, zentral angeordneten Verbrennungsraum, in dem die Ladeluft während des Einspritzens des Brennstoffs Wirbelbewegungen ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Arbeitszylinder (1) in tangentialer Richtung zugeführte und daher um die Zylinderachse kreisende Ladeluft von der äusseren Ringfläche des sich in seine innere Endstellung bewegenden Kolbens (2) in den zentralen Verbrennungsraum (7) gedrückt und von den gekrümmten Wandungen dieses Verbrennungsraumes umgelenkt wird, so dass sie eine im Kreise schraubenförmig fortschreitende Wirbelbewegung ausführt (Fig. 3).