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Fahrzeugdieselmotor mit Strahleinspritzung des Brennstoffes.
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luft zur Verfügung zu stellen, wird bei derartigen Maschinen oft zu erreichen versucht durch besonders gestaltete Düsen, Mehrlochdüsen, Fächerdüsen usw. und ferner durch das Bestreben, die Luft den Brennstoffstrahlen durch Wirbelung zuzuleiten. Beide Massnahmen schliessen aber die Ursache von Schwierigkeiten in sich. Die Düsen werden leicht empfindlich und unbeherrschbar ; die Mittel, die Luft zum Wirbeln zu bringen, erfordern unerwünschte bauliche Verwicklungen.
Diese Umstände führten dazu, auf besondere Düsenformen zu verzichten und die Luftmischung durch andersartige Massnahmen, z. B. Anbau von Luftkammern u. dgl., herbeizuführen oder bei Verwendung einfachster unempfindlicher Düsen zur grundsätzlichen Andersgestaltung des Verbrennungsraumes zu schreiten, wie dies bei Vorkammern oder Wirbelkammern geschah, die vom eigentlichen Zylinderraum stark abgeschnürt sind. Obwohl derartige Maschinen einen besonders weichen Gang aufweisen, wurde doch in den ersterwähnten Fällen der thermische Wirkungsgrad ungünstig beeinflusst, wogegen das Anlassen der Maschinen günstig blieb, während im anderen Falle zu dem schlechten thermischen Wirkungsgrad auch noch ein sehr schlechtes Anspringen kommt, das besondere Massnahmen erfordert.
Die Erfindung erstrebt, die Vorteile der unmittelbaren Strahlzerstäubung, also den besten thermischen Wirkungsgrad, leichtes Anspringen usw., zu vereinen mit den günstigen Eigenschaften der anderen Motoren, also Unempfindlichkeit der Düsen, weichen Gang usw. Sie ist bestimmt in erster Linie für Fahrzeugmotoren, bei denen ein leichtes Anlassen von ganz besonderem Wert ist und baut sich auf auf folgenden neuen Überlegungen und Erkenntnissen.
Als wichtigstes Mittel zur Verbesserung der Verbrennung betrachtet man allgemein, wie schon oben angedeutet, eine gute Durchwirbelung der im Verbrennungsraum enthaltenen Luft mit dem eingespritzten Brennstoff und man hat zu diesem Zweck sowohl den inneren Teilen der oft vielfach zerklüfteten Verbrennungsräume besondere Formen gegeben, als auch die erwähnten zusätzlichen Mittel angewandt, wie Wirbelkammern, Wirbelschirme usw. Auch die engen sogenannten Schusskanäle bei gewissen Vorkammermaschinen, die eine heftige Gasströmung erzeugen sollen, sowie Luftspeicher mit engen Ausblaseöffnungen dienen diesem Zweck.
Man hat hiebei meist übersehen, dass alle diese Vorkehrungen nicht nur beim Verbrennungsvorgang und im Anschluss daran eine starke Durchwirbelung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft bewirken, sondern auch während des Verdichtungshubes eine Durchmischung des Zylinderinhaltes herbeiführen.
Soweit diese letztere Wirkung erkannt wurde, hat man sie für günstig gehalten. Neue Untersuchungen zeigten nun, dass es zwar richtig ist, bei der Verbrennung eine möglichst starke Wirbelung und Mischung durchzuführen, dass es aber falsch ist, dies auch beim Verdichtungshub zu tun und dass das schwere Anspringen meist hierauf zurückzuführen ist.
Bei der Verdichtung, die mit der für den Dieselbetrieb notwendigen Temperatursteigerung des Zylinderinhaltes verbunden ist, wird die Luft im inneren Kern am heissesten, jedoch am Rande, wo sie mit den gekühlten Wandteilen in Berührung steht, bleibt sie kühler. Bei einem Motor mit einfachem scheibenförmigen Verdiehtungsraum (Verbrennungsr'aum) bleiben diese Verhältnisse bis zum Ein-
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spritzzeitpunkt erhalten und der Brennstoff findet daher auch beim Ingangsetzen der Maschine die für seine Zündung notwendige Wärme vor. Bei Motoren mit zerklüfteten Verbrennungsräumen und Wirbelvorrichtungen wird der innere heisse Kern des Luftinhaltes aber zerstört und die Folge ist, dass der Brennstoff beim Anlassen in weniger heisse Luft gelangt und dass seine Entzündung nicht immer sicher ist.
Je weiter man sich von der einfachen ersterwähnten Motorform entfernt, umso schwerer wirkt sich dieser Nachteil aus.
Aufbauend auf dieser Erkenntnis ist es Aufgabe der Erfindung, einen Motor zu schaffen, der während des Verdichtungshubes die Schichtung der Luft möglichst ungestört lässt, aber beim Verbrennungsvorgang eine gute Wirbelung und Mischung zulässt. Ausgegangen wird dabei von der einfachen Strahlzerstäubung, aber Einspritzung des Brennstoffes in eine besondere Brennkammer, die mit dem Zylinderraum durch eine Öffnung verbunden ist, und wobei der Brennstoff der einströmenden Luft entgegengespritzt wird ; nur hiebei wird bei schnellaufenden Fahrzeugmotoren mit ihren verhältnismässig kleinen Zylinderdurchmessern ein ausreichender Raum für die Entwicklung und feine Zerstäubung des Brennstoffstrahles gewonnen.
Die Erfindung kennzeichnet sich durch die gleichzeitige Anwendung folgender Merkmale :
1. Die Brennkammer von im wesentlichen kugeliger Gestalt nimmt praktisch die gesamte verdichtet Luftladung auf ; sie ist durch Verlängerung nach einer Seite der Strahlform der in der Brennkammerwand angeordneten Düse angepasst.
2. Der Öffnungsquerschnitt liegt zentriseh und senkrecht zu der durch denMittelpunkt der Kugel gehenden Düsenachse.
3. Die Grösse und die Gestalt der kreisförmigen Öffnung sind so gewählt, dass eine kantige Abschnürung der Brennkammer vom Zylinderraum entsteht, wobei die Öffnung nach dem Zylinderraum hin trichterförmig erweitert und im Durchmesser so gross ist, wie die Hälfte des Durchmessers der Brennkammer im kugeligen Teil, derart, dass sie bei der Verdichtung der Luftladung (beim Eintritt der Luft in die Kammer) keine wesentliche Drosselung und Wirbelung erzeugt, wogegen bei der Verbrennung (beim Austritt des hochgespannten Kammerinhaltes) Drosselung und Wirbelung entstehen.
Die gleichachsige Lage der Öffnung zur Brennkammer ist sehr wichtig, denn nur sie ermöglicht einen störungsfreien Übergang der Luft vom Zylinder in die Kammer. Brennkammern mit einseitiger Lage der Öffnung sind gerade zur Erzielung starker Wirbelung beim Lufteintritt öfter vorgeschlagen worden ; sie sind hier nicht brauchbar. Die Kugelform ist die für die Zusammenhaltung der Wärme günstigste, da sie die kleinste wärmeleitende Oberfläche besitzt ; es wird hier eine nicht wesentliche Ab- weichung davon benutzt, um zu bewirken, dass der Strahl den Innenraum der Kammer möglichst vollstän- dig ausfüllt, die Strahlform mit der Kammerform also zusammenfällt. Hiedurch erzielt man in an sich bekannter Weise eine gute Verteilung des Brennstoffes in der Luft. Die Düseliegt dabeiin der Brennraumwand.
Wichtig ist Gestalt und Grösse der Öffnung. Sie erhält die an sich bekannte Kreisform. Ihre
Grösse muss das im Punkte 3 angeführte Ausmass haben, damit sie einerseits durch die an ihrer Wand entstehende Reibung des während der Verdichtung übertretenden Luftstromes möglichst wenig Ver- anlassung zur Wirbelbildung gibt, anderseits aber beim Ausströmen der Gase in umgekehrter Richtung
Wirbelbildung hervorruft.
Macht man die Öffnung zu gross, so erzielt man zwar ein wirbelfreie Über- schieben bei der Verdichtung, bewahrt infolgedessen den heissen Luftkern vor Zerstörung und sichert damit die Zündung, aber man hat den Nachteil, dass bei der Expansion nur ungenügende Wirbel- bildung auftritt und infolgedessen der Brennstoffverbrauch ungünstig wird ; wählt man die Übertritts- öffnung zu klein, so wird infolge sicherer Wirbelbildung zwar der Brennstoffverbrauch gut, aber die
Wirbel treten dann auch schon beim Verdichtungshub auf, so dass der heisse Luftkern in der Kammer zerstört und somit die Zündung unsichere wird.
Eine Durchmessergrösse der Öffnung gleich der Hälfte des Durchmessers'der Brennkammer im kugeligen Teil zeigt sich für die meisten Verhältnisse am günstigsten ; die einströmende Luft wird dabei nur schwach gedrosselt, dagegen die wesentlich grössere
Menge der höher gespannten Verbrennungsgase sowie die Luftreste und Reste der Verbrennungsteilehen durch Drosselung und Wirbelung durcheinander gemischt. Unterstützt wird diese Wirkung durch die erwähnte Erweiterung der Öffnung gegen das Zylinderinnere zu und durch die dabei entstehende nach dem Kammerinneren zu gerichtete scharfe Kante.
Erwähnt sei, dass ältere Motorenbauarten schon Einzelmerkmale der Erfindung aufweisen und so eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Gegenstand derselben zeigen. So gibt es eine Verbrennungskammer, die durch eine gleichachsige, verhältnismässig grosse Öffnung mit dem Zylinderinneren in Verbindung steht ; hier sind aber ausdrücklich scharfe, sogenannte Wirbelkanten am Rande der Öffnung nach dem Zylinderinneren zu vorgesehen und die Öffnung erweitert sich nach dem Kammerinneren zu. Der
Erfolg ist natürlich, dass gerade beim Eintritt der Luft in die Kammer starke Drosselungen und
Wirbelungen auftreten, also der heisse Luftkern zerstört und das Anlassen erschwert wird, das'Gegen- teil von dem durch die Erfindung Beabsichtigten.
Eine ähnliche Erscheinung tritt auf, wenn ein Teil der Luftladung bei der Verdichtung in einen Luftspeicher od. dgl. abgezweigt oder gar durch eine Drossel- öffnung grösstenteils einem solchen zugeführt wird. Andere Anordnungen zeigen enge Kanäle zwischen
Kammer und Zylinderraum oder-wie vorhin schon erwähnt-eine einseitige Lage der Öffnung, womit natürlich auch dem Zweck der Erfindung zuwidergehandelt wird.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es ist 1 der kugelige Teil der Brennkammer, die durch die kegelige Verlängerung 2 erweitert ist. Im Grunde dieser kegeligen Verlängerung sitzt die Düse 3, deren Strahl sich, wie in der Zeichnung angedeutet, der Form der Brennkammer anpasst. Durch die Öffnung 4 steht die Brennkammer mit dem Zylinderraum 5 in Verbindung. Die Grösse und Gestalt der Öffnung (kegelige Erweiterung 6) sind gemäss Punkt 3 auf Seite 2 bemessen, so dass beim Verdichtungshub die Luft ohne Wirbelung und ohne störende Drosselung in die Brennkammer übertritt. Die höher gespannten und der Menge nach vermehrten Verbrennungsgase usw. strömen jedoch unter Wirbelung und unter der Wirkung des Drosselwiderstandes mit guter Mischung in umgekehrter Richtung.
Ein gutes Anlassen (Anspringen) der Maschine bei gleichzeitig guter Brennstoffausnutzung wird dadurch erzielt.