Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit unterteiltem Brennraum, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Vorteile einer Brennkraftmaschine mit unter teiltem Brennraum sind allgemein bekannt. Die vom Zylinderraum abgeteilte Kammer wird hierbei bei spielsweise als Vorkammer oder als Wirbelkammer benutzt. Im ersteren Falle wird der Brennstoff in die Vorkammer eingespritzt, wo er sich teilweise ent zündet und dadurch den restlichen Brennstoff unter Drucksteigerung in den Hauptbrennraum einbläst, in welchem alsdann die Hauptverbrennung stattfindet.
Bei einem Wirbelkammerverfahren wird die gesamte oder nahezu die gesamte Verbrennungsluft in die Wirbelkammer verdrängt, in welcher sie infolge tan- gentialer Zuführung oder infolge sonstiger Mittel rotiert, worauf der Brennstoff in die sich drehende Luftmasse eingespritzt wird.
In allen Fällen ist der günstige Verbrennungs ablauf durch das Zusammenwirken mehrerer Fak toren bedingt, von denen die Form und die Lage des Brennstoffstrahls, der abgeteilten Kammer und eines etwaigen Gemisch- oder Luftwirbels sowie die Tem peraturen in der Kammer und in der Kammerwan dung mit die wesentlichsten sind. Die gegenseitige Beeinflussung dieser Faktoren ist so eng, dass eine sinnvolle und erfolgreiche Entwicklung nur in zweck mässiger Abstimmung aufeinander gesichert ist. So werden Entzündung und Verbrennungsablauf und damit die Luft bzw. Gasbewegung von der Tempe ratur der Kammerwand derart beeinflusst, dass je nach der Temperatur der Kammerwand, z. B. der Brenn stoffstrahl und die Bewegung der Luft anders be messen sein müssen, um die jeweils günstigsten Ver hältnisse herzustellen.
Es sind auch Massnahmen üblich, welche dazu dienen, einen bestimmten Temperaturzustand der Kammer zu gewährleisten. Insbesondere werden hierzu Einsätze verwendet, welche entweder den Überströmkanal oder einen Teil bzw. die gesamte abgetrennte Kammer auskleiden. Auch hat man, um die Temperatur der Kammerwand auf einer bestimm ten Höhe zu halten, die verwendeten Einsätze isoliert angeordnet oder die Wandung der Kammer bzw. des Kühlwassermantels entsprechend bemessen.
Derartige Massnahmen lassen jedoch nur für einen bestimmten Belastungspunkt einen günstigsten Zustand zu, wäh rend bei andern Belastungszuständen entweder die Wandtemperatur zu niedrig oder zu hoch ist, was entsprechende Nachteile für die Verbrennung und damit für Leistung, Brennstoffverbrauch, rauchfreie Verbrennung und Verbrennungsgeräusche mit sich bringt.
Die Erfindung bezweckt demgegenüber ein Ver fahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer vom Zylinderraum abgetrennten Kammer, bei welcher die einzelnen Faktoren noch günstiger auf einander abgestimmt werden können und eine noch bessere und gleichmässigere Verbrennung des Brenn stoffes gewährleistet ist.
Das Verfahren besteht er findungsgemäss darin, dass die als Verbrennungsluft dienende Luftmasse in der abgeteilten Kammer eine Drehbewegung erhält, der Brennstoff in diese Luft masse innerhalb der abgeteilten Kammer oder vor dem Eintritt in dieselbe eingespritzt und die Tempe ratur der Kammerwand in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse der Maschine zwangläufig gesteuert wird.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäss darin, dass zur Erzielung der Drehbewegung der Luft in der abgeteilten Kammer der Überströmkanal die Luftströmung derart führt, dass sie am Eintritt in die Kammer eine tangentiale Komponente aufweist und die Kammerwand den wärmeabgebenden oder -aufnehmenden Teil einer in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse steuerbaren Temperaturregelvorrichtung aufweist.
Die Kammerwandtemperatur kann in Abhängig keit von der Drehzahl, von der Leistung bzw. dem Drehmoment oder auch von der Temperatur der Maschine selbst, z. B. mittels eines Temperatur fühlers, gesteuert werden, welcher als Thermostat im Kühlsystem des Motors oder im Auspuff oder dergleichen angeordnet sein kann. Statt einer Behei- zung kann gegebenenfalls auch eine Kühlung vor gesehen werden, so dass die Kammerwand teilweise beheizt und teilweise gekühlt wird. Für die Behei- zung kann beispielsweise elektrische Energie (z. B.
unter Verwendung eines Widerstandsdrahtes oder von hochfrequentem Strom), eine äussere Wärme quelle für ein strömendes Heizmedium (etwa beim Anfahren) oder auch das Motorkühlmittel selbst ver wendet werden.
Es ist zwar schon bekannt. Vorkammerwandun- gen zu beheizen, doch ist hierbei eine in bestimmter Weise angeordnete Luftbewegung innerhalb der Vor kammer nicht vorgesehen. Infolgedessen können sich Ungleichmässigkeiten in der Erwärmung der Luft er geben, die für die Erzielung eines günstigen Wir kungsgrades nachteilig sind.
Dadurch, dass vorzugs weise gleichzeitig mit der Beheizung der Kammer wandung eine Drehbewegung der Luft erzeugt wird und infolge der Umlaufbewegung, die stets einen wirbligen Strömungszustand darstellt, praktisch alle Luftteilchen gleichmässig mit der beheizten Wandung in Berührung kommen, lässt sich demgegenüber auch eine nahezu gleichmässige Beheizung der in der Kam mer umlaufenden wirbelnden Luftmasse erreichen.
Wird der Brennstoff in diese sich drehende und gleichmässig beheizte Luft eingespritzt, so findet er an allen Stellen der Kammer relativ gleiche Verbrennungs bedingungen vor, so dass bei Erzeugung eines gleich mässigen Luft-Brennstoff-Gemisches auch beste Ver brennungsergebnisse erzielbar sind. Ausserdem wird der Brennstoff unmittelbar mit den beheizten Wan dungen in Berührung gebracht.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn zur Erzielung der Drehbewegung der Luft in der abgetrennten Kammer der Überströmkanal in an sich bekannter Weise durch schräg oder schrau benförmig gerichtete Öffnungen gebildet wird. Die Achse des Brennstoffstrahls liegt vorzugsweise in Achsrichtung des Luftwirbels bzw. nahezu in dersel ben. Hierdurch wird nicht nur der in die Vorkam mer einströmenden Luft, sondern auch den aus der Vorkammer ausströmenden Gasen ein Drall erteilt, was zur weiteren Gemischbildung bzw. zur Vervoll kommnung der Verbrennung von Vorteil ist.
Die schräg oder schraubenförmig gerichteten Öffnungen können hierbei nach Grösse, Form und/ oder Richtung gleich oder verschieden ausgebildet sein.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeich nung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Achsschnitt durch den obern Teil einer Vorkammer-Maschine mit seitlich zur Zylinder achse angeordneter Vorkammer, Fig. 2 eine andere Ausführung der Vorkammer bzw.
der Heizvorrichtung, Fig. 3a einen Umfangsschnitt durch den über strömkanal zwischen Zylinderraum und Vorkammer in Abwicklung, Fig. 3b eine Draufsicht auf den den überström kanal bildenden Einsatz, wobei die Fig. 3a und 3b in grösserem Massstabe als die Fig. 1 und 2 darge stellt sind, Fig. <I>4a</I> und<I>4b</I> eine Variante zu den Fig. 3a und 3b, Fig. 5 eine weitere Variante zu den Fig. 3a und 4a,
Fig. 6 einen Achsschnitt durch den obern Teil einer Wirbelkammermaschine mit seitlich angeord neter Wirbelkammer, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie<I>A, B, C, D</I> der Fig. 6, Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Mehrzylinder maschine entsprechend einer Ausführung nach den Fig. 6 und 7, Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Draufsicht einer etwas andern Ausführung der Maschine,
Fig. 10 einen Achsschnitt durch eine Luftspei- chermaschine mit leistungsabhängiger Regeleinrich tung und Fig. 11 einen der Fig. 2 entsprechenden Achs schnitt mit drehzahlabhängiger Regeleinrichtung. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Zylinderkopf 10 eine zur Zylinderachse seitlich ange ordnete Vorkammer 11 vorgesehen.
Der Verbindungskanal 12 zwischen der Vorkam mer 11 und Hauptbrennraum 13 über dem Kolben 14 wird durch einen Einsatz 15 gebildet, in dem radiale Leitelemente angeordnet sind, wobei die Libertrittsöffnungen 16 zwischen den Leitelementen zur Erzielung einer Drehbewegung der in die Vor kammer einströmenden Verbrennungsluft um die Strahlachse der Einspritzdüse schräg gerichtet sind bzw. schraubenförmig verlaufen.
Gleichzeitig wird dadurch der Brennstoff insbe sondere durch Zentrifugalwirkung an die Kammer wand herangetragen, so dass sich eine unmittelbare Wirkung der Wandtemperatur auf den Brennstoff erzielen lässt.
Die Verbindungsöffnungen 16 zwischen Zylinder raum bzw. Hauptbrennraum 13 und Vorkammer 11 können hierbei gleichmässig bemessen, angeordnet und gerichtet sein, wie in Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Je nach Lage der Vorkammer zum Hauptbrenn- raum und der Form des Brennraumes kann jedoch auch die Aufteilung und die Form bzw. Richtung der Öffnungen auf den Umfang veränderlich gewählt werden.
So zeigen beispielsweise die Fig. <I>4a</I> und<I>4b</I> Öffnungen 16a mit verschieden grossem, in Umfangs richtung aufeinanderfolgend ab- bzw. zunehmendem Öffnungsquerschnitt, während im Falle der Fig. 5 die Querschnitte sowie die Schrägstellung der Durch trittsöffnungen 16b verschieden gewählt sind. Auch kann die radiale Formgebung der Durchtrittsöffnun- gen verschieden sein, bzw. können die einzelnen Massnahmen je für sich oder in Vereinigung mitein ander vorgesehen werden, wobei die Öffnungen z. B.
linear über den Umfang verteilt sein oder einer be sonderen zweckmässigen Gesetzmässigkeit folgen kön nen. Ferner braucht die Achse der im Kreise ange ordneten Öffnungen nicht mit der Achse der Vor kammer (was im allgemeinen Fall nicht die Strahl achse ist) zusammenfallen. Auch können die Öffnun gen exzentrisch oder in sonstiger Weise im Einsatz 15 angeordnet werden.
Zur Steuerung der Kammertemperatur bzw. Kam merwandtemperatur ist beispielsweise um die Vor kammer eine schraubenförmige Leitung 17 (Fig. 1) gelegt, die gegen die Einflüsse vom Kühlraum her durch eine Isoliermasse 18 geschützt ist. Als Lei tung kann eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Rohrschlange verwendet werden, die von aussen mit einem erwärmenden (oder gegebenenfalls auch einem kühlenden) strömenden Mittel beschickt wird. Die Erwärmung bzw. Kühlung des strömenden Stoffes kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Die Wandungen der Leitung 17 können die zu erwär mende oder kühlende Wand ganz oder teilweise be decken.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2, in der die Vorkammer mit einem besonderen, die ganze Vorkammer umhüllenden Einsatz 19 versehen ist, so dass ein Zwischenraum 20 entsteht, der zur Unter bringung einer elektrischen Drahtwicklung 21 oder einer Rohrleitung ausgenutzt wird. Dabei kann gegen den Kühlraum des Zylinderdeckels hin zwischen Lei tung 21 und äusserer Wand eine wärmeisolierende Schicht angebracht werden. Es kann aber auch zweckmässig sein, den Zwischenraum 20 direkt von einem erwärmenden oder kühlenden Medium durch strömen zu lassen. Während die bisherigen Ausfüh rungsbeispiele für die Beheizung bzw.
Kühlung der Wandung der Kammer auf Wärmeübertragung be ruhen, kann der erforderliche Temperaturzustand der Kammerwand auch in an sich bekannter Weise durch unmittelbare Erwärmung mittels hochfrequenter Ströme erfolgen.
Für den Fall, dass die Kammerwand nicht nur erwärmt, sondern bei bestimmten Betriebszuständen auch gekühlt werden muss, kann die Leitung 21 als Rohrleitung ausgeführt und im Bedarfsfalle mit einem strömenden Kühlmittel in dem erforderlichen Masse beschickt werden. Eine zweckmässige Kombi nation für das Erwärmen und Kühlen würde beispiels weise darin bestehen, die Erwärmung auf elektrischem Wege, die Kühlung auf hydraulischem Wege zu er zielen. Die Wandung bietet im allgemeinen Platz genug, beide Vorrichtungen gleichzeitig unterzubrin gen. Selbstverständlich können diese verschiedenen Möglichkeiten bei jeder Brennraumform angewendet werden.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens bei Wirbelkammern. Bei den meisten Wirbelkammer maschinen wird der Brennstoff quer durch die sich drehende Luftmasse, also etwa senkrecht zur Wirbel kammerachse, z. B. in Richtung 22 oder 23 einge spritzt. Hierdurch wird der Brennstoffstrahl sowohl an seinem Fuss als auch an seinem Kopf bzw. sowohl an seiner Austrittsstelle als auch an seiner Auftreff- stelle von den Luftströmen geschnitten.
Die Brenn stoffverteilung ist hierdurch jedoch so uneinheitlich, dass nicht das Höchstmass an Gemischbildung und Leistung und damit der geringstmögliche Brennstoff verbrauch erzielt werden kann. Aus diesem Grunde wird der Brennstoff vorzugsweise in Richtung der Achse 24 des Luftwirbels bzw. parallel zu dieser angeordnet, wie beispielsweise in Fig. 6 und 7 dar gestellt ist.
Die Wirbelkammer 25 ist hierbei durch einen tangential oder nahezu tangential mit ihm ver bundenen Überströmkanal 26 mit dem Hauptbrenn- raum 27 verbunden. Die Einspritzdüse wird bei 28 in das Muffenstück 29 in Richtung der Achse 24 eingesetzt.
Wie im erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird auch hierbei eine besonders vollkommene Ge mischbildung erreicht, und zwar insbesondere da durch, dass diejenigen Brennstoffteilchen, die an die Brennraumwand herangeführt werden, infolge der gesteuerten Wandtemperatur denjenigen Temperatur zustand vorfinden, welcher für den beabsichtigten günstigsten Verbrennungsablauf besonders vorteil haft ist.
Die Wirbelkammer kann Kugelform oder irgend eine abgeflachte Form besitzen. Auch ist es unerheb lich, ob sie im Zylinderdeckel, im Zylinder oder in einem besonderen Zwischenstück bzw. - Ansatzstück untergebracht ist. Es genügt, wenn sich der Wirbel selbst ausbilden und seiner kinetischen Energie ent sprechend aufrechterhalten kann.
Bezüglich der Beheizung gilt für die Ausführung nach Fig. 6 und 7 das gleiche wie für die Fig. 1 und 2, so dass sich eine nochmalige besondere Er läuterung hierzu erübrigt. Beispielsweise ist eine Heiz- leitung 30 entsprechend Fig. 1 dargestellt, welche in Isoliermaterial eingebettet ist. Doch können auch beliebige andere Heiz- oder Kühlvorrichtungen vor gesehen-sein.
Des weiteren zeigt Fig. 8 eine Ausführung, bei welcher zwischen den einzelnen Zylinderdeckeln 31 ein Raum 32 vorgesehen ist, in welchem das Ein- spritzventil 33 bzw. der Kopf desselben herausnehm bar untergebracht sein kann, ohne dass hierzu die Deckel 31 abgenommen werden müssen.
Bei in Blöcken verwendeten Zylinderdeckeln ist, wie z. B. Fig. 9 zeigt, unter Umständen eine Öffnung 34 mit zur Motorachse geneigter Brennstoffeinspritz- ventilachse 15 zweckmässig, wenn auch diese Anord nung natürlich nicht auf die eine oder andere Zylin- derdeckelkonstruktion beschränkt ist. Die Wirbel kammer 25 wird zweckmässig zu einer durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene derart versetzt angeordnet, dass die Achsrichtungen von Wirbel und Brennstoffstrahl nahezu parallel verlaufen. Es ist in diesem Falle zweckmässig, auch die Ein- und Aus lassventile 36 bzw. 37 entsprechend zu versetzen.
In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem Luftspeicher dargestellt. (Es sind eine Reihe anderer Ausführungsformen bekannt oder denkbar.) Der Brennstoff wird durch eine in den Zylinderkopf ein gesetzte Einspritzdüse 40 in einen Kanal 41 in Rich tung auf den Hauptbrennraum 42 eingespritzt, wel cher durch eine im Kolbenboden angeordnete Vertie fung gebildet wird. Neben der Einspritzdüse ist ein Luftspeicher 43 angeordnet, dessen Wandung durch eine Heizwicklung 44 beheizt werden kann. Die Heiz- wicklung 44 ist in einen Stromkreis eingeschaltet, welcher von einem von der Kühlwassertemperatur beeinflussten Thermostaten 45 gesteuert wird.
Zu die sem Zweck ist in den Stromkreis ein von dem Thermostaten 45 betätigter stromdurchflossener Schalthebel 46 eingeschaltet, der mit einem Regel widerstand 47 zusammenarbeitet. Ein Schalter 52 kann den Strom über den Regelwiderstand 47 ein- oder ausschalten.
Parallel zum Regelwiderstand 47 ist ein weiterer Regelwiderstand 51 geschaltet, der über das Ge stänge 50 und 49 mit dem Regelgestänge 48 für die Brennstoffmenge verbunden ist. Der Hebel 50 ist gleichzeitig der stromdurchflossene Schaltarm für den Regelwiderstand 51. Ein Schalter 53 kann den Strom über den Regelwiderstand 51 schliessen oder öffnen. Ein weiterer Schalter 54 kann vorgesehen sein, um den Strom über die Heizwicklung 44 unab hängig von den Regelwiderständen 47 bzw. 51 ein- oder auszuschalten. Es könnten z. B. weiterhin zusätz lich oder für sich allein weitere Regelwiderstände in Abhängigkeit von der Abgastemperatur oder vom Drehmoment oder der Leistung usf. eingebaut wer den.
Selbstverständlich braucht jeweils nur ein ein ziger Regelwiderstand, hier 47 oder 51, in den Stromkreis eingeschaltet zu sein. Auch können die Schalter 52 und 53, sofern die Regelwiderstände 47 und 51, wie im gezeichneten Ausführungsbeispiel dargestellt, vorgesehen sind, derart miteinander ge kuppelt werden, dass beim Einschalten des einen Schalters der andere ausgeschaltet wird oder um gekehrt.
Beim Anfahren der Maschine, also auch z. B. zum Vorwärmen derselben, kann bei geöffneten Schaltern 52 und 53 (oder auch im geschlossenen Zustand derselben bzw. des einen oder des andern) der Schalter 54 geschlossen werden, so dass der Luft speicher 43 durch die Heizwicklung 44 vorgeheizt wird. Nach dem Anfahren wird der Schalter 54, sofern er zuvor geschlossen worden ist, wieder ge öffnet und hierauf einer der beiden Schalter 52 oder 53 geschlossen. Wird der Schalter 52 geschlossen, so erfolgt die Beheizung des Luftspeichers 43 in Ab hängigkeit von der Kühlwassertemperatur durch den Thermostaten 45, insbesondere derart, dass mit stei gender Kühlwassertemperatur der Regelwiderstand 47 vergrössert wird und dadurch die Heizwirkung verringert wird.
Wird statt dessen der Schalter 53 betätigt, so wird der Regelwiderstand mit dem Niedertreten des Beschleunigerpedals 48 ebenfalls vergrössert und damit die Heizwirkung der Wicklung 44 verkleinert.
Da der Brennstoff durch die Düse 40, wie bei Luftspeichermaschinen üblich, schon eine bestimmte Zeit vor dem obern Kolbentotpunkt, also im Kom pressionshub eingespritzt wird, wird der Brennstoff durch die vom Kolben verdrängte Luft in den Luft speicher 43 übergeschoben und dort in Pfeilrich tung x infolge der tangentialen Einströmung in Rota tion versetzt.
Hierbei wird auch ein wesentlicher Teil des in den Kanal 41 entgegen der Luftströmung ein gespritzten Brennstoffes in den Luftspeicher 43 mit genommen, wobei das aus Luft und Brennstoff be stehende Gemisch an der durch die Heizwicklung 44 beheizten Wandung entlangströmt. Durch die Behei- zung der Wandung kann das Luftgemisch auf einem für den jeweiligen Betriebszustand günstigsten Tem peraturniveau gehalten werden, wobei durch entspre chende Ausbildung der Regelwiderstände 47 und .51 eine erwünschte, angestrebte Gesetzmässigkeit der Beheizung in Abhängigkeit von der Maschinentem peratur bzw. von der durch die eingespritzte Brenn stoffmenge bestimmten Maschinenleistung erziel bar ist.
Im übrigen ist die Erzeugung einer Drehbewegung der Luft im Luftspeicher nicht nur für das Einströ men der Luft in diesen, sondern auch für das Aus strömen derselben mit Rücksicht auf eine bessere Gemischverteilung sowie auf eine Fortsetzung und Beendigung der Gemischbildung und Verbrennung im Hauptbrennraum von besonderem Vorteil, so dass das erfindungsgemässe Verfahren auch bei solchen Luftspeichermaschinen von Nutzen ist, bei denen im Luftspeicher selbst keine oder nur eine schwache Teilverbrennung stattfindet.
Die Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel für die Regelung der Wandungstemperatur der in Fig. 2 dargestellten Vorkammer in Abhängigkeit von der Drehzahl, wobei die Wandung teilweise ge kühlt und teilweise beheizt wird. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung sind nur je ein Kühl- und Heizkreis angegeben, die ausserdem voneinander räumlich getrennt sind. Wie bereits eingangs be schrieben, können mehrere Heiz- und Kühlkreise vor gesehen sein, die sich räumlich decken oder über schneiden und zeitlich verschieden geregelt werden können.
In dem dargestellten vereinfachten Ausfüh rungsbeispiel werden zum Zwecke der Durchführung des Verfahrens die durch den Einsatz 19 gebildete Vorkammerwandung 9 der Vorkammer 11 teilweise durch eine Heizwicklung 60 und teilweise durch eine Kühlschlange 61 umschlossen. Die Heizwicklung 60 wird hierbei durch einen elektrischen Strom, die Kühlschlange 61 durch ein flüssiges Kühlmittel be- liefert.
Zu diesem Zweck ist in den Stromkreis der Heizwicklung 60 ein stromdurchflossener Schalthebel 62 eingeschaltet, welcher einen Regelwiderstand 63 bedient und über ein Hebelgestänge 64 von einem Drehzahlregler 65 verstellbar ist, der direkt oder indirekt an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Ein Schalter 71 kann in den Strom kreis der Heizwicklung 60 eingeschaltet sein.
Die Kühlschlange 61 wird von einer Pumpe 66 bedient, die gegebenenfalls auch die Kühlwasser pumpe der Maschine sein kann, indem die Heiz schlange 61 mit der Pumpe durch eine Saugleitung 68 und durch eine Druckleitung 69 verbunden ist. In den durch diese Leitungen gebildeten Kühlmittel kreislauf ist ein Regelventil 67 eingeschaltet, welches ebenfalls von dem Drehzahlregler 65 derart verstellt werden kann, dass der Kühlkreislauf mehr oder weniger gedrosselt und dadurch die Kühlwirkung herabgesetzt werden kann.
Eine Rücklaufleitung 70 kann erforderlichenfalls vorgesehen sein, um das von der Pumpe 66 überschüssig gelieferte und von der Druckleitung 69 nicht aufgenommene Kühlmittel zur Pumpe (oder zu einem Kühlmittelbehälter) zurück zuleiten.
Bei Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen der Maschine ist der Regelwiderstand 63 auf einen ge ringsten Wert eingeschaltet, so dass beim Schliessen des Schalters 71 eine hohe Heizwirkung durch die Heizwicklung 60 erzeugt wird. Gleichzeitig ist die Leitung 69 und damit auch die Kühlschlange 61 für den Kühlkreislauf abgeschaltet, so dass das Kühl mittel, sofern die Maschine läuft und die Pumpe 66 angetrieben wird, durch die Rücklaufleitung 70 zur Pumpe zurückströmt und damit keine Kühlwirkung ergibt.
Kommt die Maschine auf höhere Drehzahlen, so wird der in Fig. 11 gezeichnete Winkelhebel 62 ent gegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt, was zur Folge hat, dass einerseits der Heizwiderstand 63 vergrössert und damit die Heizwirkung in der Wicklung 60 ver kleinert und anderseits das Ventil 67 das Kühlmittel in zunehmendem Masse über die Leitung 69 zur Kühlschlange 61 freigibt.
Durch entsprechende Anordnung und Bemessung der Regelwiderstände 47, 51 und 63 bzw. des Kühl regelorgans 67 für den Kühlkreislauf kann praktisch jede gewünschte Abhängigkeit und gegenseitige über schneidung erzielt werden, beispielsweise auch derart, dass das Maximum der Beheizung erst bei einer be stimmten Maschinenleistung oder Betriebsdrehzahl liegt und die Kühlung erst einsetzt, wenn eine be stimmte höhere Drehzahl erreicht ist. Es kann auch gleichzeitig in verschieden starkem Mass geheizt und gekühlt werden. Auch kann die Anordnung derart getroffen sein, dass die Beheizung oberhalb einer be stimmten Drehzahl ganz aussetzt und die Kühlung erst von dieser oder von einer andern höheren Dreh zahl ab in Wirkung tritt.
Statt in Abhängigkeit von der Drehzahl kann die Beheizung und Kühlung auch in Abhängigkeit von der Maschinentemperatur bzw. in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsregelgliedes oder derglei chen erfolgen. Auch können die einzelnen Regel möglichkeiten, wie sie z. B. in Fig. 10 und 11 ange geben sind, in beliebiger anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Method for operating an internal combustion engine with a subdivided combustion chamber, and device for carrying out the method The advantages of an internal combustion engine with a subdivided combustion chamber are generally known. The chamber separated from the cylinder space is used here, for example, as an antechamber or as a vortex chamber. In the first case, the fuel is injected into the antechamber, where it is partially ignited and thereby blows the remaining fuel under increasing pressure into the main combustion chamber, in which the main combustion then takes place.
In a swirl chamber process, all or almost all of the combustion air is displaced into the swirl chamber, in which it rotates as a result of tangential feed or as a result of other means, whereupon the fuel is injected into the rotating air mass.
In all cases, the favorable combustion process is due to the interaction of several factors, of which the shape and position of the fuel jet, the divided chamber and any mixture or air vortex and the temperatures in the chamber and in the Kammerwan extension with the are most essential. The mutual influence of these factors is so close that a meaningful and successful development can only be assured through appropriate coordination. Ignition and the combustion process and thus the air or gas movement are influenced by the tempe temperature of the chamber wall in such a way that, depending on the temperature of the chamber wall, e.g. B. the fuel jet and the movement of the air must be measured differently to produce the most favorable conditions Ver.
Measures are also customary which serve to ensure a certain temperature state of the chamber. In particular, inserts are used for this, which line either the overflow channel or a part or the entire separated chamber. Also, in order to keep the temperature of the chamber wall at a certain height, the inserts used are arranged in an isolated manner or the wall of the chamber or the cooling water jacket is dimensioned accordingly.
Such measures, however, only allow the most favorable condition for a certain load point, while in other load conditions either the wall temperature is too low or too high, which has corresponding disadvantages for combustion and thus for performance, fuel consumption, smoke-free combustion and combustion noises.
The invention aims to drive a Ver for the operation of an internal combustion engine, with a separated from the cylinder chamber chamber, in which the individual factors can be better matched to each other and an even better and more uniform combustion of the fuel is guaranteed.
According to the invention, the method consists in that the air mass serving as combustion air in the partitioned chamber receives a rotary movement, the fuel is injected into this air mass within the partitioned chamber or before it enters the same, and the temperature of the chamber wall depends on an operating size of the Machine is inevitably controlled.
According to the invention, the device for carrying out the method consists in that, in order to achieve the rotary movement of the air in the partitioned chamber, the overflow channel guides the air flow in such a way that it has a tangential component at the entry into the chamber and the chamber wall has the heat-emitting or heat-absorbing part of an in Has a temperature control device that can be controlled as a function of an operating variable.
The chamber wall temperature can be a function of the speed, the power or the torque or the temperature of the machine itself, for. B. by means of a temperature sensor, which can be arranged as a thermostat in the cooling system of the engine or in the exhaust or the like. Instead of heating, cooling can also be provided, if necessary, so that the chamber wall is partially heated and partially cooled. For example, electrical energy (e.g.
using a resistance wire or high-frequency current), an external heat source for a flowing heating medium (e.g. when starting up) or the engine coolant itself can be used.
It is already known. To heat antechamber walls, but here a certain way arranged air movement within the antechamber is not provided. As a result, irregularities in the heating of the air he give, which are disadvantageous for achieving a favorable degree of efficiency.
The fact that a rotating movement of the air is generated at the same time as the chamber wall is heated and that practically all air particles come evenly into contact with the heated wall as a result of the orbital movement, which is always a swirling state of flow, allows almost uniform heating the swirling air mass circulating in the chamber.
If the fuel is injected into this rotating and evenly heated air, it will find relatively identical combustion conditions at all points in the chamber, so that the best combustion results can be achieved when a uniform air-fuel mixture is generated. In addition, the fuel is brought into direct contact with the heated walls.
A particularly advantageous embodiment is obtained when, in order to achieve the rotational movement of the air in the separated chamber, the overflow duct is formed in a manner known per se by obliquely or helically directed openings. The axis of the fuel jet is preferably in the axial direction of the air vortex or almost in dersel ben. As a result, a swirl is imparted not only to the air flowing into the antechamber, but also to the gases flowing out of the antechamber, which is advantageous for further mixture formation and for perfecting the combustion.
The obliquely or helically directed openings can be designed identically or differently in terms of size, shape and / or direction.
Various embodiments of the subject invention are shown in the accompanying drawing. They show: FIG. 1 an axial section through the upper part of an antechamber machine with an antechamber arranged laterally to the cylinder axis, FIG.
the heating device, Fig. 3a shows a circumferential section through the overflow channel between the cylinder space and antechamber in development, Fig. 3b a plan view of the insert forming the overflow channel, Figs. 3a and 3b on a larger scale than Figs. 1 and 2 Darge Fig. <I> 4a </I> and <I> 4b </I> are a variant of Figs. 3a and 3b, Fig. 5 is a further variant of Figs. 3a and 4a,
6 shows an axial section through the upper part of a vortex chamber machine with a laterally arranged vortex chamber, FIG. 7 shows a section along line A, B, C, D of FIG. 6, FIG. 8 shows a plan view of a Multi-cylinder machine according to an embodiment according to FIGS. 6 and 7, FIG. 9 shows a plan view corresponding to FIG. 8 of a somewhat different embodiment of the machine,
10 shows an axial section through an air storage machine with a power-dependent control device, and FIG. 11 shows an axial section corresponding to FIG. 2 with a speed-dependent control device. In the embodiment according to FIG. 1, an antechamber 11 arranged laterally to the cylinder axis is provided in the cylinder head 10.
The connecting channel 12 between the prechamber 11 and the main combustion chamber 13 above the piston 14 is formed by an insert 15 in which radial guide elements are arranged, the access openings 16 between the guide elements to achieve a rotary movement of the combustion air flowing into the front chamber around the jet axis of the injection nozzle are directed obliquely or run helically.
At the same time, the fuel is thereby brought up to the chamber wall, in particular by centrifugal action, so that the wall temperature can have a direct effect on the fuel.
The connecting openings 16 between the cylinder space or main combustion chamber 13 and antechamber 11 can be dimensioned, arranged and directed uniformly, as shown in Fig. 3a and 3b. Depending on the position of the antechamber to the main combustion chamber and the shape of the combustion chamber, however, the division and the shape or direction of the openings on the circumference can also be chosen to be variable.
For example, FIGS. <I> 4a </I> and <I> 4b </I> show openings 16a with opening cross-sections of different sizes, successively decreasing or increasing in the circumferential direction, while in the case of FIG the inclination of the passage openings 16b are selected differently. The radial shape of the passage openings can also be different, or the individual measures can be provided individually or in combination with one another, the openings z. B.
be linearly distributed over the circumference or can follow a particularly appropriate regularity. Furthermore, the axis of the openings arranged in a circle need not coincide with the axis of the front chamber (which in the general case is not the beam axis). The openings can also be arranged eccentrically or in some other way in the insert 15.
To control the chamber temperature or chamber wall temperature, a helical line 17 (FIG. 1) is placed around the front chamber, for example, which is protected against the effects of the cooling chamber by an insulating compound 18. An electrical resistance heater or a pipe coil can be used as the line, which is charged from the outside with a heating (or possibly also a cooling) flowing medium. The flowing substance can be heated or cooled in various ways. The walls of the line 17 can completely or partially cover the wall to be heated or cooled.
Another embodiment is shown in Fig. 2, in which the antechamber is provided with a special, the entire antechamber enveloping insert 19, so that a gap 20 is created, which is used to bring an electrical wire winding 21 or a pipe under. A heat-insulating layer can be attached to the cooling space of the cylinder cover between the line 21 and the outer wall. However, it can also be expedient to let a heating or cooling medium flow through the intermediate space 20 directly. While the previous examples for heating or
Cooling of the wall of the chamber rest on heat transfer be, the required temperature state of the chamber wall can also take place in a manner known per se by direct heating by means of high-frequency currents.
In the event that the chamber wall not only has to be heated but also cooled in certain operating states, the line 21 can be designed as a pipeline and, if necessary, can be charged with a flowing coolant to the required extent. An expedient combination of heating and cooling would be, for example, to aim for heating by electrical means and cooling by hydraulic means. The wall generally offers enough space to accommodate both devices at the same time. Of course, these different possibilities can be used with any shape of combustion chamber.
FIGS. 6 to 9 show exemplary embodiments for the application of the method described in vortex chambers. In most vortex chamber machines, the fuel is transversely through the rotating air mass, so approximately perpendicular to the vortex chamber axis, z. B. is injected in the direction of 22 or 23. As a result, the fuel jet is cut by the air streams both at its foot and at its head or at its exit point as well as at its point of impact.
However, this means that the fuel distribution is so inconsistent that the maximum amount of mixture formation and performance and thus the lowest possible fuel consumption cannot be achieved. For this reason, the fuel is preferably arranged in the direction of the axis 24 of the air vortex or parallel to this, as is shown, for example, in FIGS. 6 and 7.
The vortex chamber 25 is connected to the main combustion chamber 27 by an overflow duct 26 connected tangentially or almost tangentially to it. The injection nozzle is inserted into the socket piece 29 in the direction of the axis 24 at 28.
As in the first described embodiment, a particularly perfect mixture formation is also achieved here, in particular because those fuel particles that are brought to the combustion chamber wall, as a result of the controlled wall temperature, find that temperature state which is particularly advantageous for the intended most favorable combustion process .
The swirl chamber can have a spherical shape or any flattened shape. It is also irrelevant whether it is housed in the cylinder cover, in the cylinder or in a special intermediate piece or extension piece. It is sufficient if the vortex can form itself and maintain its kinetic energy accordingly.
With regard to the heating, the same applies to the embodiment according to FIGS. 6 and 7 as to FIGS. 1 and 2, so that there is no need to explain this again. For example, a heating line 30 according to FIG. 1 is shown, which is embedded in insulating material. However, any other heating or cooling devices can also be seen.
Furthermore, FIG. 8 shows an embodiment in which a space 32 is provided between the individual cylinder covers 31, in which the injection valve 33 or the head thereof can be housed removably without the cover 31 having to be removed for this purpose.
When cylinder covers are used in blocks, such as. For example, FIG. 9 shows, under certain circumstances, an opening 34 with a fuel injection valve axis 15 inclined to the engine axis is expedient, although this arrangement is of course not restricted to one or the other cylinder cover construction. The vortex chamber 25 is expediently arranged offset to a plane running through the cylinder axis in such a way that the axial directions of the vortex and the fuel jet run almost parallel. In this case, it is useful to move the inlet and outlet valves 36 and 37 accordingly.
In Fig. 10 an embodiment is shown with an air reservoir. (A number of other embodiments are known or conceivable.) The fuel is injected through an injection nozzle 40 set in the cylinder head into a channel 41 in the direction of the main combustion chamber 42, which is formed by a recess arranged in the piston crown. An air reservoir 43 is arranged next to the injection nozzle, the wall of which can be heated by a heating coil 44. The heating winding 44 is connected to a circuit which is controlled by a thermostat 45 influenced by the cooling water temperature.
For this purpose a current-carrying switch lever 46 actuated by the thermostat 45 is switched on, which resistor 47 cooperates with a rule. A switch 52 can switch the current on or off via the variable resistor 47.
In parallel with the control resistor 47, another control resistor 51 is connected, which is connected via the linkage 50 and 49 to the control linkage 48 for the amount of fuel. The lever 50 is at the same time the current-carrying switching arm for the variable resistor 51. A switch 53 can close or open the current via the variable resistor 51. A further switch 54 can be provided in order to switch the current on or off via the heating winding 44 independently of the variable resistors 47 and 51, respectively. It could e.g. B. also additional Lich or on their own further control resistors depending on the exhaust gas temperature or the torque or the power, etc. installed who the.
Of course, only one variable resistor, here 47 or 51, needs to be switched into the circuit. The switches 52 and 53, provided that the variable resistors 47 and 51, as shown in the illustrated embodiment, are provided, can be coupled to one another in such a way that when one switch is switched on, the other is switched off or vice versa.
When starting the machine, including z. B. to preheat the same, the switch 54 can be closed when the switches 52 and 53 are open (or in the closed state of the same or one or the other) so that the air memory 43 is preheated by the heating coil 44. After starting the switch 54, if it has been closed before, opens again ge and then one of the two switches 52 or 53 is closed. If the switch 52 is closed, the air reservoir 43 is heated by the thermostat 45 as a function of the cooling water temperature, in particular in such a way that the control resistor 47 is increased as the cooling water temperature rises, thereby reducing the heating effect.
If the switch 53 is actuated instead, the control resistance is also increased when the accelerator pedal 48 is depressed and the heating effect of the winding 44 is thus reduced.
Since the fuel is injected through the nozzle 40, as is customary in air storage machines, a certain time before the upper piston dead center, i.e. in the compression stroke, the fuel is pushed into the air memory 43 by the air displaced by the piston and there in the direction of the arrow x due to the tangential inflow in rotation.
Here, a substantial part of the fuel injected into the channel 41 against the air flow is taken into the air reservoir 43, with the mixture consisting of air and fuel flowing along the wall heated by the heating coil 44. By heating the wall, the air mixture can be kept at a temperature level that is most favorable for the respective operating state, with a desired, desired regularity of the heating depending on the machine temperature or on the appropriate design of the control resistors 47 and 51 by the amount of fuel injected, certain machine performance can be achieved.
In addition, the generation of a rotary movement of the air in the air reservoir is particularly advantageous not only for the inflow of the air into it, but also for the outflow of the same with regard to better mixture distribution and the continuation and termination of mixture formation and combustion in the main combustion chamber so that the method according to the invention is also useful in air storage machines in which no or only weak partial combustion takes place in the air storage device itself.
Fig. 11 shows a further Ausführungsbei game for regulating the wall temperature of the prechamber shown in Fig. 2 as a function of the speed, the wall partially cooled GE and partially heated. For the sake of simplicity, only one cooling and one heating circuit are given, which are also spatially separated from one another. As already described at the outset, several heating and cooling circuits can be seen that spatially coincide or intersect and can be regulated differently in terms of time.
In the illustrated simplified Ausfüh approximately example, the antechamber wall 9 of the antechamber 11 formed by the insert 19 are partially enclosed by a heating coil 60 and partially by a cooling coil 61 for the purpose of performing the method. The heating coil 60 is supplied by an electric current, the cooling coil 61 by a liquid coolant.
For this purpose, a current-carrying switching lever 62 is switched on in the circuit of the heating coil 60, which operates a control resistor 63 and is adjustable via a lever linkage 64 by a speed controller 65 which is connected directly or indirectly to the crankshaft of the internal combustion engine. A switch 71 can be switched on in the circuit of the heating coil 60.
The cooling coil 61 is operated by a pump 66, which can optionally also be the cooling water pump of the machine in that the heating coil 61 is connected to the pump through a suction line 68 and a pressure line 69. In the coolant circuit formed by these lines, a control valve 67 is switched on, which can also be adjusted by the speed controller 65 in such a way that the cooling circuit can be more or less throttled and the cooling effect can be reduced as a result.
If necessary, a return line 70 can be provided in order to return the excess coolant supplied by the pump 66 and not taken up by the pressure line 69 back to the pump (or to a coolant container).
When the machine is at a standstill or at low speeds, the variable resistor 63 is switched on to a lowest value, so that when the switch 71 is closed, a high heating effect is generated by the heating coil 60. At the same time, the line 69 and thus also the cooling coil 61 for the cooling circuit is switched off, so that the coolant, provided the machine is running and the pump 66 is driven, flows back through the return line 70 to the pump and thus does not produce any cooling effect.
If the machine reaches higher speeds, the angle lever 62 shown in Fig. 11 is pivoted counterclockwise, which has the consequence that on the one hand the heating resistor 63 increases and thus the heating effect in the winding 60 is reduced and on the other hand the valve 67 the Releases coolant to an increasing extent via line 69 to cooling coil 61.
By appropriate arrangement and dimensioning of the variable resistors 47, 51 and 63 or the cooling control element 67 for the cooling circuit, practically any desired dependency and mutual overlap can be achieved, for example in such a way that the maximum heating is only achieved at a certain machine power or operating speed and the cooling only starts when a certain higher speed is reached. It can also be heated and cooled to different degrees at the same time. The arrangement can also be made in such a way that the heating stops completely above a certain speed and the cooling only comes into effect from this or from another higher speed.
Instead of depending on the speed, the heating and cooling can also take place depending on the machine temperature or depending on the position of the power control element or the like. The individual rules can also be used, for example. B. in Fig. 10 and 11 are given, can be combined in any other way.