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Vorkammerdieselmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammerdieselmaschine, insbesondere mit einem in
Richtung des Brennstoffstrahles innerhalb der Vorkammer vor deren Einmündung in den Hauptbrennraum angeordneten Kernstück, und besteht darin, dass zusätzlich zu andern Verbindungen die Vorkammer mit dem Hauptbrennraum in Richtung des Brennstoffstrahles durch eine derart eng bemessene Verbindungsöffnung verbunden ist und der Brennstoff mit einem solchen Einspritzdruck und mit solcher
Strahlform gegen diese Verbindungsöffnung gespritzt wird, dass bei Drehzahlen der Maschine unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennstoff durch die genannte Verbindungsöffnung bis in den Hauptbrennraum gespritzt wird, wogegen bei Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl der dem Brennstoffstrahl entgegengerichtete Luftstrom den Brennstoffstrahl so stark abbremst oder ablenkt,
dass ein Hindurchspritzen von Brennstoff durch die Verbindungsöffnung bis in den Hauptbrennraum praktisch verhindert wird.
Zweckmässig wird hiebei eine Einspritzdüse mit kleinem Strahlwinkel oder eine Einspritzdüse mit beliebig grossem Strahlwinkel und besonders durchschlagskräftigem Kernstrahl verwendet. Die zusätzliche Verbindung ist vorzugsweise in der Achsrichtung des Brennstoffstrahles angeordnet und zweckmässig als ein sich von der Vorkammer nach dem Hauptbrennraum zu erweiternder Kanal ausgebildet, der bei Maschinen von ungefähr 0'5 bis 2 ! Hubvolumen pro Zylinder einen nach der Vorkammer zu gelegenen engsten Querschnitt von 1 bis 2 mm Durchmesser und einen nach dem Hauptbrennraum zu gelegenen weitesten Querschnitt von 4 bis 6 mm Durchmesser besitzt.
Vorkammermaschinen haben die Eigenschaft, dass sie zum Anlassen eine Glühkerze oder eine andere Anlassbilfsvorrichtung benötigen, weil für die Erwärmung der Vorkammer bis zu derjenigen Temperatur, die eine Selbstzündung verursacht, infolge ihrer Form eine längere Zeit erforderlich ist.
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt. Sie ermöglicht ein leichtes Anlassen - beispielsweise noch bei -150 C oder noch grösseren Kältegraden-ohne Glühkerzen oder andere Hilfsmittel. Trotzdem wird aber die Wirkung der Vorkammer in einer solchen Weise aufrechterhalten, als ob die zusätzliche Verbindung zwischen Vorkammer und Hauptverbrennungsraum nicht vorhanden wäre. Die günstige Wirkungsweise der Vorkammer wird also nicht beeinträchtigt. Unter Umständen kann sogar der durch die mittlere Öffnung in die Vorkammer eintretende Luftstrom die Zerstäubung und Aufbereitung des Brennstoffes begünstigen.
Die konische, sich nach dem Hauptbrennraum erweiternde Ausbildung der mittleren Durchtrittsöffnung ist hiebei von besonderem Vorteil, weil sie ein Niederschlagen von Brennstoff an den Wandungen des Durchtrittskanals praktisch verhindert, so dass die Brennstofftröpfehen bei Anlassdrehzahlen mit Sicherheit bis in den Hauptbrennraum gelangen können. Auch wird dadurch eine merkbare Beeinträchtigung der Abblaseenergie der Vorkammer vermieden.
Des weiteren sieht die Erfindung eine Verlängerung des Kernstückes durch die Mündungs- öffnung des Ringkanales, welcher die das Kernstück umgebenden Durchtrittsöffnungen vereinigt, bis zum Hauptbrennraum vor, so dass der die Verlängerung des Kernstückes durchsetzende mittlere Durchtrittskanal unabhängig von der ringförmigen Mündungsöffnung des Ringkanals in den Hauptbrennraum ausmündet. Gegebenenfalls kann auch ein einstellbares Kernstück zwecks Änderung und Abstimmung der Durchtrittsöffnungen vorgesehen werden.
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Auf der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 und 2 die eine Ausführungsform, wobei in Fig. 1 die ungefähre Ausbildung des Brennstoffstrahles bei Anlassdrehzahlen, in Fig. 2 die ungefähre Ausbildung des Brennstoffstrahles bei höheren Drehzahlen angedeutet ist ; in Fig. 3 ist eine weitere. Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorkammer dargestellt, die Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausführungen des Einsatzes in der Vorkammer.
In Fig. 1 und 2 bedeutet im einzelnen a den Hauptbrennraum, b die Vorkammer, c den wasser-
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Hülse e verbunden sind und z. B. durch einen Isolierraum i teilweise gegen die gekühlte Wandung isoliert sind. Der Teil g umfasst des weiteren ein Kernstück k, das innerhalb der Vorkammer vor dem Hauptbrennraum angeordnet ist und gegen welches der Brennstoff gespritzt wird.
Zum Durchtritt des Brennstoffes bzw. des Vorkammerinhaltes dienen (z. B. sechs oder acht) im wesentlichen kreisförmig um die Vorkammerachse angeordnete Bohrungen m, welche das Kernstück k umgeben und in einen kegelförmigen Ringraum n ausmünden, der durch eine zentrale Öffnung 0 mit dem Hauptbrennraum in Verbindung steht. Das Kernstück besitzt ferner zusätzlich eine mittlere Öffnung p, die in Achsrichtung des Brennstoffstrahles angeordnet ist und sich von der Vorkammer zum Hauptbrennraum kegelförmig erweitert. Bei den z. B. für Fahrzeuge üblichen Motorengrössen von
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förmigen Mittelkanals von 4 bis 6 M : m Durchmesser als am günstigsten erwiesen. Der Querschnitt q beträgt hiebei ferner nur einen Bruchteil (z.
B. % bis ) des Querschnittes einer jeden äusseren Bohrung ? :. Die Einspritzdüse ist des weiteren derart ausgebildet, dass sie einen Brennstoffstrahl r von verhältnismässig kleinem Strahlwinkelliefert. Der Einspritzdruck ist den Verhältnissen entsprechend anzupassen und beträgt beispielsweise 100-150 at.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Kernstück k1 in dem Einsatzstück g durch Kanäle 1ì11 gebildet, die derart schräg nach unten gerichtet sind, dass sich ihre Achsen in einem nach der Einspritzdüse zu gelegenen Punkte schneiden und die durch die Kanäle ni, in die Vorkammer übertretende Luft näher an den Kern des Brennstoffstrahles herangeführt wird, wodurch insbesondere bei höheren Drehzahlen eine günstige Zerstäubung des Brennstoffes durch die heisse Luft bewirkt wird. Des weiteren besitzt das Kernstück k1 einen sich durch die Öffnung 01 bis zum Hauptbrennraum erstreckenden Ansatz k2, der jedoch auch in Fortfall kommen kann. Im übrigen entspricht die Ausführung der Vorkammer nach Fig. 3 derjenigen nach Fig. 1 und 2.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 verlaufen die Seitenkanäle nicht, wie dies Fig. 1 zeigt, parallel zur Vorkammerhauptachse, sondern gebrochen, wie dies bei ,, mg angedeutet ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist das Kernstück k3 des Vorkammereinsatzes dem Aussenteil des Kernstückes gegenüber axial verschiebbar gemacht. Zu diesem Zweck ist das Kernstück k3 mit Gewinde t versehen, dem ein Gegengewinde in dem äusseren Kernstückteil entspricht.
Die rechte und die linke Hälfte der Fig. 5 zeigen hiebei zwei verschiedene Ausführungsformen, u. zw. ist die Anordnung auf der linken Hälfte so getroffen, dass bei dem Verschieben des Kernstückteiles, k3 nach unten hin der Ringquerschnitt 02 durch die Kegelfläche 81 vergrössert wird, wogegen bei der auf der rechten Hälfte der Fig. 5 dargestellten Ausführung durch ein Verschieben des Kernstückteiles k3 nach unten der
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trittskanäle oder ! und der mittlere Durchtrittskanal Schraubennuten besitzen, um den durchtretenden Luft-oder Gasströmen einen Drall zu erteilen.
Die Wirkungsweise der Vorkammer ist im wesentlichen folgende : Bei kleiner Drehzahl des Motors, insbesondere beim Anlassen, ist die Geschwindigkeit der am Ende des Verdichtungshubes aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer übertretenden Luft so gering, dass sie praktisch keine bremsende Wirkung auf den Brennstoffstrahlteil r ausüben kann. Infolgedessen kann mindestens ein Teil des Brennstoffstrahles durch die enge Öffnung q und den Mittelkanal p bzw. P1 bis in den Hauptbrennraum vordringen und sich dort in der heissen verdichteten Luft entzünden.
Die sich nach dem Hauptbrennraum erweiternde kegelige Form des Durchtrittskanals bewirkt hiebei, dass einerseits der vom Hauptbrennraum in die Vorkammer übertretenden Luft ein möglichst geringer Widerstand geboten wird, und verhindert anderseits, dass die Brennstofftröpfchen, die durch
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schlagen oder im weiteren Verlauf des Kanals stark abgebremst werden, wie es z. B. bei einem zylindrischen Kanal der Fall sein würde.
Mittelkanal p bzw. P1 und Brennstoffstrahl sind nun derart aufeinander abgestimmt, dass von einer bestimmten Drehzahl an, zweckmässig oberhalb derjenigen Drehzahl (z. B. von 250 Umdrehungen pro Minute), die ein normaler Anlasser zu erteilen vermag, also z. B. bei der üblichen Leerlaufdrehzahl von ungefähr 400 bis 500 Umdrehungen pro Minute, die Bremswirkung des durch den Mittelkanal in die Vorkammer übertretenden Luftstromes auf den Brennstoffstrahl r so gross wird, dass die Brennstofftropfen von dem Eintritt in die obere Kanalöffnung q zurückgehalten und gegebenenfalls seitlich ab-
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gelenkt werden, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Die Vorkammer arbeitet von dieser Drehzahl ab praktisch in der gleichen Weise, als ob der mittlere Kanal p bzw.
PI zwischen der Vorkammer und dem Hauptbrennraum nicht vorhanden wäre, indem der gesamte Brennstoff seinen Weg von der Vorkammer zum Hauptbrennraum ausschliesslich oder jedenfalls praktisch ausschliesslich durch die das Kernstück umgebenden Durchtrittskanäle m, n, o nimmt. Jedoch ist unter Umständen die mittlere Bohrung auch bei diesen Drehzahlen insofern von Bedeutung, als die durch den Mittelkanal in die Vorkammer einströmende heisse Luft eine zusätzliche Zerstäubung und Aufbereitung des Brennstoffes bewirkt.
Statt eines kegelförmigen Mittelkanals kann auch ein ein-oder mehrfach stufenförmig abgesetzter Mittelkanal vorgesehen sein, wobei die Durchmesser der einzelnen Stufen nach dem Hauptbrennraum zu grösser werden. Ferner könnten die Enden des Mittelkanals leicht abgerundet sein. Die Brennstoffdüse kann gegebenenfalls auch derart ausgebildet sein, dass sie einen besonderen durchschlagskräftigen Kernstrahl liefert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorkammerdieselmaschine, insbesondere mit einem in Richtung des Brennstoffstrahles innerhalb der Vorkammer vor deren Einmündung in den Hauptbrennraum angeordneten Kernstück, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu andern Verbindungen (m bzw. % bzw. m, tKg die Vorkammer mit dem Hauptbrennraum in Richtung des Brennstoffstrahles durch eine derart eng bemessene Verbindungsöffnung (p bzw. PI) (von z. B. 1 bis 2mm Durchmesser bei Maschinen von 0'5bis 21 Hubvolumen je Zylinder) verbunden ist und der Brennstoff mit einem solchen Einspritzdruck (von z.
B. 100 bis 150 at,) und mit solcher Strahlform gegen diese Verbindungsöffnung gespritzt wird, dass bei Drehzahlen der Maschine unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennstoff durch die genannte Verbindungsöffnung bis in den Hauptbrennraum gespritzt wird, wogegen bei Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl der dem Brennstoffstrahl entgegengerichtete Luftstrom den Brennstoffstrahl so stark abbremst oder ablenkt, dass ein Hindurchspritzen von Brennstoff durch die Verbindungsöffnung bis in den Hauptbrennraum praktisch verhindert wird.