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Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, insbesondere für schwer zündbar
Brennstoffe.
Die Erfindung bezieht sich auf jene bekannten luftverdichtenden Brennkraftmaschinen mit
Selbstzündung, bei denen der Brennstoff in eine den Brennstoff aufschliessende und zündende Vor- kammer eingespritzt wird, aus der ein Brennstoffgasluftgemisch über eine oder mehrere Drossel- öffnungen in eine den Hauptteil der Ladeluft der Maschine enthaltende zweite Kammer eingeblasen wird, in der sich die Ladeluft in einer geschlossenen Kreiswirbelbewegung befindet (Wirbelkammer).
Bei diesen bekannten Maschinen wurde das aus der Vorkammer blasende Brennstoffgasluft- gemisch nicht mit genügender Energie bzw. nicht genügend durchschlagkräftigen Strahlen und nicht in der zweckmässigste Richtung in den in der Wirbelkammer kreisenden Ladeluftwirbel eingebracht.
Es trat daher häufig mangelhafte bzw. ungünstig ablaufende Verbrennung infolge unzureichender
Aufbereitung des Brennstoffes und unzureichender Vermischung mit der Ladeluft in der Wirbelkammer, insbesondere bei schwer zündbaren Brennstoffen, wie z. B. Braun-und Steinkohlenteeröl, ein, was einen rauchender. und russenden Betrieb sowie erhöhte Betriebskosten bei diesen Maschinen zur
Folge hatte.
Diese Mängel und Nachteile sollen gemäss der Erfindung nun dadurch beseitigt werden, dass bei den Maschinen der erwähnten Art die Achsen der kräftig drosselnd wirkenden Ausströmöffnungen bzw. der Ausströmöffnung der Vorkammer ungefähr senkrecht gegen ein oder mehrere Bahnelemente der geschlossenen Kreiswirbelbewegung in der Wirbelkammer gerichtet sind, so dass die mit erheblicher Geschwindigkeit und Energie aus der Vorkammer ausblasenden Brennstoffgasluftgemisehstrahlen unter ungefähr rechtem Winkel in den geschlossenen Ladeluftkreiswirbel eindringen. Die erfindungsgemässen Massnahmen stellen somit neben der richtigen und vollständigen Aufbereitung des Brennstoffes auch die weitestgehende gleichmässige Vermischung von Brennstoff und Ladeluft sowie einen vollständigen und günstigen Verbrennungsablauf sicher.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend noch näher beschrieben und auch in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
In der Zeichnung sind vier Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht und zeigt Fig. 1 einen lotrechten Hauptschnitt durch die Brennkammer einer Viertaktmaschine und Fig. 2 einen lotrechten Hauptsehnitt durch die Brennkammer einer Zweitaktmaschine ; in den Fig. 3 und 4 sind lotrechte Hauptschnitte durch den Zylinderkopf zweier abweichender Ausführungen dargestellt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Vorkammer 2 im Zylinderdeckel3 und die Wirbelkammer 4 im Arbeitskolben 5 symmetrisch zur Zylinderachse A angeordnet. Die Vorkammer 2 besteht aus einem Einsatz 6, der mit der Spritzdüse 7 durch ein Gewinde 8 unmittelbar verbunden ist. Die Spritzdüse 7 ist durch ein im Zylinderdeckel 3 eingesetztes Rohr 9 ummantelt. Der Einsatz 6 ist durch einen kegeligen Kopf 10 abgeschlossen, der eine Anzahl von Zerstäubungslöehern-H aufweist. Die Wirbelkammer besteht aus einer wulstförmigen Kolbenausnehmung, in die der Kopf 10 unter Freigabe eines kreisringförmigen Überströmkanals 12 hineinragt. Die Zerstäubungslöcher 11 sind nach der den Überströmkanal begrenzenden Wandung 13 der Wirbelkammer 4 ausgerichtet.
Ein kegeliger Fortsatz 14 am Boden der Wirbelkammer 4 ist dem Kopf 10 des Einsatzes 6 entgegengerichtet. Die Düse 7 spritzt bei 15 in der Achse des Einsatzes 6 ein.
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Beim Verdichtungshub des Kolbens 5 wird ein kleiner Teil der Ladeluft in die Vorkammer 2, der grössere Teil der Ladeluft hingegen in die Wirbelkammer 4 Überschoben. Im Kopf 10 des Einsatzes 6 prallen die einzelnen Luftströme aneinander und bilden einen gegen die Düsenmündung 15 gerichteten
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kammer 4 eine regelmässige Wirbelbewegung entsteht. Etwa im oberen Totpunkt wird das in der Vor- kammer 2 entstehende Brennstoffgasgemiseh in der Richtung D über die Zerstäubungslöeher ausgeblasen, wobei es den Luftstrom bei E kreuzt und mit dem Gasluftstrom C gegensinnig zusammentrifft.
Dadurch findet eine schnelle und vollkommene Vermengung des Brennstoffgasgemisches mit der Ladeluft statt, an die sich unmittelbar die Verbrennung anschliesst.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind Vorkammer 2 und Wirbelkammer 4 im Zylinder- deckel 3 symmetrisch zur Zylinderachse A angeordnet, wobei die Vorkammer 2 sich innerhalb der Wirbelkammer 4 befindet. Die Vorkammer 2 besteht aus einem Einsatz 6, der in einem zylindrischen Fortsatz 19 der Wirbelkammer 4 angeordnet und durch ein Gewinde 8 mit der im Boden 17 der Wirbelkammer 4 dicht eingesetzten Spritzdüse 7 verbunden ist. Der Einsatz 6 ist durch einen Kopf 18 abgeschlossen, der mit der unteren Begrenzungskante des Zylinderdeckels. 3 bündig verläuft. Der Kopf 18 ist mit einer Anzahl von Drosselöffnungen 11 versehen, die nach der den Überströmkanal ? begrenzenden Wandung 13 der Wirbelkammer 4 ausgerichtet sind.
Die Teile 18 und 19 wirken in diesem Falle als Leitflächen für die aus dem Spalt 16 überschoben Ladeluft. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Maschine die gleiche wie bei Fig. 1 beschrieben.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Vorkammer 2 und die Wirbelkammer 4 an der
Seite der Zylinderwand 20 im Zylinderdeckel 3 angeordnet. Die Vorkammer 2 ist an der Oberseite der Wirbelkammer 4 aufgesetzt und mit dieser gemeinsam gegossen. Die Vorkammer 2 steht mit der Wirbelkammer 4 durch einen Glüheinsatz 6 in Verbindung, der mit mehreren Drosselkanälen 11 versehen ist. Der Glüheinsatz 6 ist auf der Seite der Vorkammer 2 mit einem becherartigen Fortsatz 21 versehen, der gegenüber der Bodenwand der Vorkammer 2 durch einen Spalt freigestellt ist. Der Glüheinsatz 6 ist mit Hilfe eines Gewindes 22 in der Trennwand der Kammern 2, 4 festgehalten. Die Vorkammer 2 ist durch einen Deckel 24 abgeschlossen, in den die Spritzdüse 7 so eingesetzt ist, dass sie den Spritzkegel gegen den becherartigen Fortsatz 21 richtet.
Die Wirbelkammer ist durch eine im Zylinderumfang liegende Öffnung 1 : 2 mit dem Zylinderraum verbunden. Die Öffnung 12 legt einen Überströmkanal fest, durch den die Ladeluft aus dem Zylinderraum tangential in die Wirbelkammer 4 einströmt, in der sie zu dem Kreiswirbel F umgelenkt wird.
Beim Verdichtungshub des Kolbens 5 wird ein kleiner Teil der Ladeluft durch die Wirbelkammer 4 hindurch in die Vorkammer 2 überschoben, während der grössere Teil der Ladeluft in der Wirbelkammer 4 verbleibt. Der in die Vorkammer 2 übersehobene Luftteil wird durch den Glüheinsatz 6 beheizt, so dass der in die Vorkammer 2 eingespritzte Brennstoff rasch gezündet und unter Druckerhöhung verbrennen kann. Das ungesättigte Brennstoffgasgemisch wird über die Zerstäubungskanäle 11 - etwa vom oberen Totpunkt ab-in die Wirbelkammer 4 geblasen und durch den Kreiswirbel F in dieser rasch verteilt. Da das Brennstoffgasgemiseh sowohl thermisch als auch mechanisch weitgehend aufbereitet ist, kann es trotz des an sich geringen Wärmeinhalts der Wirbelkammer 4 rasch und sicher verbrennen.
Insbesondere schwer entzündbare Brennstoffe können auf diese Weise rauchund russfrei verarbeitet werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Vorkammer 2 im Zylindermantel und die Wirbelkammer 4 im Zylinderdeckel. 3, u. zw. an der Seite der Zylinderwand 20, angeordnet. Die Vorkammer 2 ist schräg an dem Boden der Wirbelkammer 4 angesetzt, der bei 14 in die Zylinderwand 20 einläuft.
Die Vorkammer 2 steht durch den Glüheinsatz 6, der in die Bodenwand der Wirbelkammer 4 eingeschraubt ist, mit der Wirbelkammer 4 in Verbindung. Der Glüheinsatz 6 ist mit einem becherartigen Fortsatz 21 versehen, der der Form der Bodenwand angepasst und durch einen Spalt dieser gegenüber freigestellt ist. Der Glüheinsatz 6 besitzt nur einen mittleren Drosselkanal 11. In die untere Abschlusswand der Vorkammer 2 ist die Spritzdüse 7 unter Vermittlung eines Einsatzstüekes 25 von unten her eingesetzt. Vorkammer 2 und Wirbelkammer 4 werden vom Kühlwasser 2. 3 des Zylinders umspült.
An der Wirkungsweise der Maschine selbst hat sich nichts geändert,
Die Vorkammer 2 ist im Verhältnis zur Wirbelkammer 4 sehr klein, da die Vorverbrennung unter Luftmangel vollzogen werden soll. Der Glüheinsatz 6 sorgt dafür, dass der in die Vorkammer 2 eingespritzte Brennstoff unter allen Umständen seine Zündbedingungen vorfindet, gleichgültig um welche Art von Brennstoff es sich hiebei handelt. Die Vorverbrennung dient dazu, die Wandungen des Glüheinsatzes 6 zu beheizen, die schwer entzündbaren Brennstoffteile aufzuspalten und die Druckenergie zur Zerstäubung des Brennstoffgasgemisches zu liefern. Die Zerstäubung ist hiebei so geführt, dass sie mit dem Luftwirbel der Kammer 4 in bestimmter Weise-z.
B. im Kreuz-und Gegenstromzusammenklingt, wodurch eine günstige Aufteilung des Brennstoffgasgemisches auf die Ladeluft sichergestellt wird und die Hauptverbrennung nahezu ohne Luftüberschuss durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ; sie ist auf alle Wirbelkammermasehinen anwendbar, gleichgültig welche Form die Wirbelkammer aufweist und an welcher Stelle der Maschine sie angebracht ist. Nach welchem Verfahren die Maschine hiebei arbeitet, ob im Zweitakt oder im Viertakt, ist für die Erfindung ohne Belang.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, insbesondere für schwer zündbare Brennstoffe, bei der der Brennstoff in eine Vorkammer eingespritzt wird, aus der ein Brennstoffgasluftgemisch über eine oder mehrere Drosselöffnungen in eine den Hauptteil der Ladeluft enthaltende zweite Kammer eingeblasen wird, in der sich die Ladeluft in einer geschlossenen Kreiswirbelbewegung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der kräftig drosselnd wirkenden Ausströmöffnungen bzw.
der Ausströmöffnung (11) der Vorkammer (2) ungefähr senkrecht gegen ein oder mehrere Bahnelemente der geschlossenen Kreiswirbelbewegung in der zweiten Kammer (4) gerichtet sind, so dass die mit erheblicher Geschwindigkeit und Energie aus der Vorkammer (2) austretenden Brennstoffgasluftgemischstrahlen unter ungefähr rechtem Winkel in den geschlossenen Ladeluftkreiswirbel eindringen.