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Anlaßzündvorrichtung für eine luftverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschine,
insbesondere eine schnell laufende Dieselmaschine mit rotationskörperförmigem Brennraum
im Kolben, wobei der Kraftstoff in Form eines dünnen Films auf die Wand des Brennraumes
aufgebracht und durch um die Zylinder-bzw. Brennraumachse rotierende Luft in Dampfform
allmählich von der Wand abgelöst, vermischt und verbrannt wird, gemäß der deutschen
Patentschrift 865683.
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Zweck der Erfindung ist es, das Anlassen einer solchen Maschine insbesondere
bei tiefen Außentemperaturen durch eine geeignete Anlaßzündvorrichtung zu verbessern.
Dieselbe soll ohne besondere Wartung dauernd betriebsklar sein und sich außerdem
nach erfolgtem Anlassen selbsttätig ausschalten.
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Bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es bekannt, die Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch einen elektrischen Funken zu bewirken. Hier
bildet die Zündvorrichtung einen normalen Bestandteil der Maschine, da bei den verhältnismäßig
niedrigen Verdichtungsdrücken anders eine Zündung des Gemisches nicht einwandfrei
erreichbar wäre. Die Zündvorrichtung dient in diesem Fall nicht als Anlaßhilfe,
sondern ist eine notwendige Einrichtung, ohne die die Brennkraftmaschine nicht betrieben
werden kann.
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Auch bei Dieselmaschinen ist bereits der Vorschlag gemacht worden,
den elektrischen Zündfunken als Zündhilfe zu verwenden. Die hierfür angegebene Vorrichtung
wirkt jedoch nicht als Anlaßhilfe, sondern soll dazu dienen, Betriebszustände der
Maschine zu überbrücken, bei denen aus anderen Gründen, z. B. infolge Luftverdünnung
in größeren Höhenlagen (Flugmotoren), die Verdichtung allein nicht mehr ausreicht,
um die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches herbeizuführen. Die für diese Fälle
vorgeschlagene Hilfszündeinrichtung arbeitet mit einer normalen Zündkerze, was bei
den herabgesetzten Verdichtungsdrücken in größeren Höhenlagen technisch gangbar
ist. Bei Dieselmaschinen, die mit Höchstverdichtungsdrücken im erdgebundenen Betrieb
arbeiten, wäre eine Verwendung von Zündkerzen als Anlaßhilfe nicht denkbar, da der
hohe Verdichtungsdruck im Brennraum einen derart kleinen Elektrodenstand an der
Zündkerze verlangen würde, daß eine Verkokung der Zündkerzenelektroden nicht zu
verhindern wäre.
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Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit ausschließlicher oder
nahezu ausschließlicher Wandverteilung des Kraftstoffes, wie dies gemäß der Erfindung
vorausgesetzt wird, ist der Kaltstart insofern mit gewissen Schwierigkeiten verbunden,
als bei noch kalter Brennraumwand nicht sogleich ein Aufdampfen des Kraftstoffes
von der Brennraumwand in so ergiebigem Maße einsetzt, daß eine Zündung durch die
Verdichtungswärme allein in jedem Falle mit Sicherheit gewährleistet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei derartigen Maschinen eine
Anlaßzündvorrichtung vorzusehen, welche diese Schwierigkeiten beseitigt und dabei
gleichzeitig auch die eingangs gestellten weiteren Betriebsbedingungen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine nächst der Aufdampfzone
des Kraftstoffes im Kolbenbre-nnraum wirksame Anlaßzündvorrichtung, die in an sich
bekannter Weise aus einer isoliert im Zylinderkopf befestigten Elektrode und einer
am Kolben befestigten Gegenelektrode besteht, die nach Art einer Abreißzündung zusammenarbeiten
und dabei zwecks Reinigung in Reibkontakt kommen. Die Stelle, wo die Elektroden
gegenseitig in Berührung kommen, ist dabei in eine Zone nächst der Brennraumwand
verlegt, wo die durch Zerfließen des Kraftstoffes auf der Brennraumwand gebildete
Filmschicht bereits so fein ist, daß dort zuerst ein Aufdampfen des Kraftstoffes
stattfindet.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist die im Zylinderkopf befestigte
Elektrode als im wesentlichen parallel zur Kolbenachse gerichtete Stabelektrode
ausgebildet, während die am Kolben befestigte Elektrode als angenähert senkrecht
dazu gerichtete Stiftelektrode vorgesehen und in eine Seitenwand des Brennraumes
eingesetzt ist. An Stelle -einer Stiftelektrode kann, sofern das Anbringen einer
solchen an der Brennraumwand
aus irgendwelchen Gründen nicht zweckmäßig
oder möglich ist, auch die Brennraumwand selbst als Gegenelektrode benutzt werden.
In diesem Falle ist die im Zylinderkopf befestigte Stabelektrode so angeordnet,
daß sie bei Annäherung des Kolbens in die obere Totpunktstellung eine bestimmte
Strecke über die Aufdampfzone der Brennraumwand hinwegschleift.
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Durch die vorstehenden Maßnahmen wird eine sichere Zündung des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches
auch dann erreicht, wenn - wie dies beim Anfahren mit noch kalter Brennraumwand
der Fall ist - die von der Wand aufdampfende Kraftstoffmenge noch verhältnismäßig
gering ist.
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Dadurch, daß die Elektroden beim Zündvorgang in länger dauernden Reibkontakt
kommen, indem sie über eine bestimmte Weglänge der festen Stabelektrode oder der
Brennraumwand aneinanderschleifen, wird der Vorteil erreicht, daß die Elektroden
sich ständig reinigen. Dies wäre jedoch mit einem erhöhten Verschleiß verbunden,
wenn nicht gemäß der Erfindung weitere Mittel vorgesehen wären, um diesen Nachteil
zu vermeiden. Diese Mittel bestehen darin, daß die Stabelektrode bimetallisch ausgebildet
und so angeordnet ist, daß sie sich nach erfolgter Anlaßzündung unter dem Einfluß
der Wärme im Brennraum für die Dauer dieses Einflusses von der Gegenelektrode oder
der Bremsraumwand, jeweils den Reibkontakt aufhebend, entfernt. Nachdem die Maschine
abgestellt ist und allmählich erkaltet, geht die Bimetallelektrode in ihre Normalstellung
zurück. Die Anlaßzündvorrichtung wird also selbsttätig wieder betriebsklar.
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Die erfindungsgemäße Anlaßzündvorrichtung ist auch bei anderen Anordnungen
von Brennraum und Kolben anwendbar, z. B. wenn der Brennraum im Zylinderkopf liegt.
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Von der Erfindung unterscheiden sich die bekannten Kolbenabschlagzündanordnungen
dadurch, daß sie nicht für den Kaltstart, sondern als betriebsmäßige Dauerzündeinrichtung
vorgesehen und infolgedessen an besondere Einrichtungen zur genauen Einhaltung eines
bestimmten Zündzeitpunktes gebunden sind. Die bekannten Kolbenabschlagzündeinrichtungen,
bei denen sich die Elektroden nur bis auf einen bestimmten Abstand (Funkenstrecke)
nähern, ohne sich dabei zu berühren, sind für die Anlaßzündung in einem Brennraum,
der in der Art eines Oberflächenvergasers arbeitet, ungeeignet, da sich die Elektroden
nicht reinigen, sondern die Luftfunkenstrecke oder die Brennraumwand rasch verschmutzt,
was den Funkenüberschlag unterbindet.
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Andererseits ist auch schon eine Kolbenabreißzündeinrichtung vorgeschlagen
worden, bei der zentrisch am Kolben und am Zylinderkopf angeordnete Elektroden,
sobald sie in gegenseitige Berührung kommen, zangenartig ineinandergreifen; auch
hier handelt es sich um eine Dauerbetriebszündung bei Verbrennungsvorgängen, welche
die besonderen Merkmale des der Erfindung zugrunde liegenden Einspritz_-und Gemischbil.dungsverfahrens
nicht aufweisen. Auch konstruktiv wäre eine solche Anordnung im Wandbereich des
Brennraumes schwer oder mindestens umständlich zu verwirklichen.
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Schließlich sind auch Zündvorrichtungen mit Selbstreinigung der Elektroden
bekannt, welche in Zündkerzenform ausgebildet und nur als geschlossene Einheit ein-
und ausbaufähig sind; auch diese bekannten Zündeinrichtungen wären als Anlaßhilfe
für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung auf die Brennraumwand im
Sinne der Erfindung nicht geeignet, da sie nicht beliebig nächst einer bevorzugten
Verdampfungszone der Brennraumwand, insbesondere wenn der Brennraum im Kolben angeordnet
ist, einbaufähig sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Dieselmaschine,
bei der der Brennraum im Kolben angeordnet ist und der Kraftstoff unmittelbar auf
die Brennraurnwand aufgespritzt wird, Fig. ? einen Grundriß des im Kolben angeordneten
Bremiraumes mit schematischer Einzeichnung eines Kraftstoffstrahles und Andeutung
der Luftdrehung im Brennraum.
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Bei der gezeigten Dieselmaschine ist 1 der Zylinderkopf, 2 der im
Kolben angeordnete Brennraum, 3 die Einspritzdüse, aus der der Kraftstoff in Form
eines oder mehrerer Kraftstoffstrahlen 4 (Fig. 2) direkt auf die Brennraumwand 5
aufgespritzt wird. Die Bewegung der Verbrennungsluft im Brennraum ist durch den
Pfeil 6 angedeutet. Nächst der Aufdampfzone 7 der Brennraumwand, wo der aufgespritzte
Kraftstoff bereits so fein auf der Bren nraumwand verteilt ist, daß unter dem Einfluß
der rotierenden Heißluft ein Aufdampfen des Kraftstoffes von der Brennraumwand stattfindet,
ist erfindungsgemäß eine elektrische Reibkontaktzündung als Anlaßhilfe vorgesehen,
welche durch die Elektroden 8 und 9 gebildet wird. Die Elektrode 8 ist eine Stabelektrode,
die in einer Isolierung 10 im Zylinderkopf 1 im wesentlichen in Richtung der Kolbenbewegung
angeordnet ist. Die Elektrode 9 ist innerhalb des Brennraumes 2 als Gegenelektrode
mit dem Kolben metallisch verbunden und steht im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Elektrode B. Die Elektroden sind so angeordnet und bemessen, daß sie sich in
der Nähe des oberen Totpunktes berühren und dabei den gewünschten elektrischen Reibzündungskontakt
herstellen. Eine der Elektroden 8 oder 9, vorzugsweise die Stabelektrode 8, ist
federnd ausgebildet, um stets einen sicheren Kontakt zu gewährleisten. Die Elektrode
8 ist außerdem bimetallisch ausgebildet, wobei der Binietallstreifen so angeordnet
und seine Wärmeempfindlichkeit so gewählt ist, daß er sich bei Erreichung normaler
Temperaturen im Brennraum so weit von der Gegenelektrode entfernt, daß während des
Betriebes keinerlei Kontaktberührung zwischen den Elektroden stattfindet. Im Kaltzustand
der Maschine geht die Bimetallelektrode wieder auf ihre normale Stellung zurück.
Hierdurch läßt sich der mechanische Verschleiß der Elektroden auf ein Mindestmaß
begrenzen. Eine Unterbrechereinriclitung ist bei der erfindungsgemäßen Hilfszündanordnung
nicht erforderlich, da die Steuerung des Zündfunkens durch die Kolbenbewegung erfolgt.
Zur Erzeugung des Zündfunkens kann eine Suniinerspule verwendet werden. wie dies
an sich bekannt ist.