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Dieselmaschine mit einer Wirbelkammer Die Erfindung betrifft eine
Dieselmaschine, bei welcher die ganze Verbrennungsluft oder ein wesentlicher Teil
derselben bei jedem Verdichtungshub über einen Überströmkanal in eine Wirbelkammer
gedrückt wird; diese Wirbelkammer ist so ausgebildet und die Einführung der Luft
in die Wirbelkammer erfolgt derart, daß die Luft gezwungen wird, in der Kammer um
eine Achse zu rotieren. Der Brennstoff wird in die in der Kammer rotierende Luft
eingespritzt.
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Gemäß der Erfindung ist bei Dieselmaschinen der erwähnten Art der
die Mündung des Überströmkanals umgebende Bereich der Wirbelkammerwandung, über
den die rotierende Verbrennungsluft hinwegstreicht, als ebene oder annähernd ebene
Fläche nennenswerter Größe ausgebildet, in die der t'rberströmkanal unter einem
spitzen Winkel mündet. Dabei bildet die Kammerwandung in der Nähe desjenigen Teils
der ebenen Fläche, die von der rotierenden Verbrennungsluft vor ihrem Auftreffen
auf die Kanalmündung überstrichen wird, in Richtung der Rotationsachse der Luft
gesehen, einen stumpfen Winkel mit der ebenen Fläche und erteilt so der Verbrennungsluft
eine im wesentlichen parallel zur ebenen Fläche gerichtete Geschwindigkeitskomponente.
Hierbei sei bemerkt, daß es an Sich bekannt ist, den Überströmkanal unter einem
spitzen Winkel in die Wirbelkammer münden zu lassen.
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Es wurde festgestellt, daß Bauarten nach der Erfindung einen besseren
Nutzeffekt ergeben. Dies dürfte mindestens zum Teil auf die Tatsache zurückzuführen
sein, daß sich hierbei nicht mehr flüssiger Brennstoff in den Randbezirken der rotierenden
Luftmasse durch Fliehkraftwirkung anzusammeln sucht. Dieser Brennstoff wird, sobald
die umlaufende Verbrennungsluft einen Punkt erreicht, wo die Wände der Wirbelkammer
einen schroffen Richtungswechsel aufweisen, durch dort auftretende Wirbel zur Mitte
der Verbrennungsluft hin abgelenkt. Zum andern Teil dürfte auch die Tatsache eine
Rolle spielen, daß die Mündungskante des Überströmkanals, über die die umlaufende
Luft hinwegstreicht, dahin wirkt, daß Brennstoff aus den Randbezirken der Verbrennungsluft
nicht um diese Kante herum in den Überströmkanal gelangen kann, sondern für eine
längere. Zeitspanne innerhalb der Wirbelkammer im Umlauf bleibt. Außerdem verhindert
diese Kante, sobald die Verbrennungsluft durch den Überströmkanal hinausströmt,
daß unverbrannter Brennstoff an den Wänden des Überströmkanals hinabfließt und zwingt
ihn in die Mitte der Gase hinein, die durch den Überströmkanal ausströmen.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, die Lage der
Mündung des Überströmkanals in verhältnismäßig weiten Grenzen zu ändern. Dies gilt
auch für die Schräglage des Überströmkanals in bezug auf die Achse des Maschinenzylinders,
dem die Wirbelkammer zugeordnet ist. Diese Vorteile ließen sich bei den bisher verwendeten
Bauarten nicht erzielen, bei denen etwa kugelförmige Wirbelkammern zur Anwendung
kamen und bei denen der überströmkanal glatt in die kugelige. Wandung der Wirbelkammer
übergehen mußte, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Gemäß der Erfindung
ist man also bei der Konstruktion der Dieselmaschine hinsichtlich der Winkellage
und der Anordnung des Überströmkanals verhältnismäßig frei, um die jeweiligen Erfordernisse
richtig . erfüllen und einen optimalen Wirkungsgrad erzielen zu können.
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Außerdem ist durch die vorgeschlagene Ausbildung die Herstellung erleichtert
und verbilligt, denn die Mündung des Überströtnkanals braucht nicht mehr genau und
glatt in die Wandung der Wirbelkammer überzugehen; ferner wird der Vorteil erzielt,
daß die Mündungsöffnung des Überströmkanals erweitert werden kann, ohne daß man
dabei in den Seitenwandungen der Wirbelkammer Erweiterungen vorzusehen braucht,
wie dies bei kugeligen Wirbelkammern der Fall sein würde.
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Gemäß einem weiteren :Merkmal der Erfindung ist die Fläche, in der
die Mündung des Überströmkanals liegt und die in einer Ebene liegt, welche etwa
parallel zu der Achse verläuft, um welche die Luft in der Wirbelkammer rotiert,
von einer etwa kegelstumpfförmig gestalteten Wandung der Wirbelkammer umgeben; die
mittlere Rotationsachse dieses Kegelstumpfes steht etwa senkrecht auf der erwähnten
Fläche,
und zwar befindet sich diese Fläche an dem schmalen Ende des Kegelstumpfes.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch das dem >C?berströmkanal
abgewandte Ende der Wirbelkammer mit einer zweiten Fläche nennenswerter Abmessungen
versehen sein; diese Fläche verläuft etwa parallel zu der Fläche der Wirbelkammer.
in der sich die Öffnung des Überströmkanals befindet. Auch der Teil der Wirbelkammerwandung,
der sich an diesen zweiten Flächenbereich anschließt, kann kegelstumpfförmig ausgebildet
sein, wobei die erwähnte Fläche an dem kleineren Ende des Kegelstumpfes liegt. Die
Abmessungen der Kegelstümpfe und der flachen Wandungsabschnitte sind dann an beiden
Enden der R'irbelkammer zweckmäßig ungefähr die gleichen; die Wirbelkammer weist
dann im wesentlichen symmetrische Querschnitte in Ebenen auf, welche die Achse enthalten,
die die :1-litten der beiden erwähnten Flächen miteinander verbindet.
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Zweckmäßig wird bei einer Dieselmaschine nach der Erfindung der Brennstoff
in an sich bekannter Weise in die rotierende Verbrennungsluft in einer Richtung
eingespritzt, die im wesentlichen mit der Bewegungsrichtung der rotierenden Verbrennungsluft
übereinstimmt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
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Fig.l zeigt einen Querschnitt durch das obere Ende eines Zylinders
und des Zylinderkopfes einer Dieselmaschine; der Schnitt ist in einer Ebene geführt,
welche die Zylinderachse sowie die Rotationsachse der Wirbelkammer enthält; Fig.
2 zeigt im Grundriß den bei der Bauart nach Fig. 1 verwendeten Einsatz, einen sogenannten
Heißpfropfen, der den Überströmkanal enthält; Fig.3 zeigt in ähnlicher Darstellung
wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der Bauart nach Fig. 1 besteht die Maschine aus einem Zvlinderblock
A, in dem die Zylinder in Gestalt von Zylinderhülsen B angeordnet sind, von denen
eine in der Zeichnung dargestellt ist. Die oberen Enden der Zvlinderbohrungen werden
in der üblichen Weise voll einem Zylinderkopf C verschlossen, der Ein- und Auslaßöffnungen
aufweist, die durch Tellerventile steuerbar sind. Die Ein- und Auslaßöffnungen stehen
mit Ein- und Auslaßkanälen in Verbindung, die in der Zeichnung bei Cl angedeutet
sind.
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In dem Zyliliderkopf liegt neben jedem Zvlinder eine Wirbelkammer
D, die eine etwa zylindrische Mündungsöffnung Dl und einen halbkugelförmigen Innenraum
D2 aufweist, in den eine Brennstoffeinspritzdüse F_ einmündet. Alle diese Teile
sind in bekannter Weise ausgebildet und angeordnet, so daß sie nicht näher beschrieben
zu werden brauchen.
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In dem Mündungsabschnitt Dl der Wirbelkammer liegt ein Heißpropfen
F, der gleichfalls in an sich bekannter Weise ausgestaltet und angeordnet ist; nur
hat dieser Heißpropfen keine halbkugelige Innenwandung, die zusammen mit der Wirbelkammer
etwa einen kugeligen Raum bildet. sondern er weist an seiner Innenwandung einen
flachen Wandungsbereich F1 nennenswerter Abmessung auf. Durch diesen flachen Wandungsbereich
hindurch öffnet sich der Überströmkanal G in die Wirbelkammer, der diese Kammer
mit der Zylinderbohrung verbindet. Derjenige Teil der Innenwandung des Propfens
F, der den flachen Wandungsbereich F1 umgibt, ist kegelstumpfförmig ausgebildet,
wie dies bei F2 in Fig. 1 dargestellt ist. Hierbei liegt der flache Wandungsbereich
an dem schmalen Ende des Kegelstumpfes. Das breitere Ende des Kegelstumpfes läuft
in eine kurze Zylinderfläche F3 aus. die ihrerseits glatt in einen kurzen zylindrischen
Teil D3 gleichen Durchmessers übergeht, der sich an das halbkugelige Ende der Kammerwandung
D2 anschließt.
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Wie insbesondere aus Fig.2 zu erkennen ist, hat der Überströmkanal
G etwa rechteckigen Querschnitt, wobei die längeren Seiten dieses Kanalquerschnitts
erheblich länger sind als die kürzeren Seiten. Der Kanal mündet in die Wirbelkammer
in dein flachen Wandungsbereich F1, und zwar derart, daß die Kanalmündung einseitig
in dem flachen Wandungsbereich liegt. Anders als bei kugeligen Wirbelkammern kommt
es bei dieser Anordnung weniger genau auf die Lage der Kanalmündung an; außerdem
ist es nicht notwendig, sie so genau zu legen und auszubilden, weil sie nicht glatt
in die Innenwandung der Wirbelkammer überzugehen braucht.
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Bei der Bauart nach Fig.3 ist die Anordnung im wesentlichen die gleiche
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen, so daß eine erneute Beschreibung entbehrlich ist. Die Ausführungsform
nach Fig. 3 weicht jedoch von derjenigen nach Fig. 1 und 2 insofern ab, als das
dem Heißpropfen abgewandte Ende der Wirbelkammer, in dem die Öffnung für die Brennstoffeinspritzdüse
E liegt, gleichfalls mit einem flachen Wandungsbereich H versehen ist, der etwa
die gleichen Abmessungen wie die Fläche F1 aufweist und zu dieser parallel verläuft.
Die angrenzenden Teile der Kammerinnenwandung sind, wie bei Hl dargestellt, kegelstumpfförmig
ausgebildet; die großen Öffnungen der beiden kegelstumpfförmigen Wandungsabschnitte
F2 und Hl stehen über einen kurzen zylindrischen Wandungsabschnitt F3, D3 miteinander
in Verbindung wie bei der Bauart nach Fig. 1 und 2.
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Die in der Zeichnung veranschaulichte und oben erörterte Bauart nach
der Erfindung hat nicht nur die erwähnten Vorteile, sondern sie erleichtert auch
die Herstellung; denn es ist wesentlich leichter, flache Wandungen, kegelstumpfförniige
Flächen und zylindrische Flächen maschinell zu bearbeiten, als kugelige oder annnähernd
kugelige Wandungen, die genau hergestellt werden müssen. Die Anordnung nach der
Erfindung läßt im übrigen eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades erzielen.
Wahrscheinlich ist dies zum mindesten teilweise auf folgenden Umstand zurückzuführen:
Wenn bei bekannten Dieselmaschinen der hier in Rede stehenden Art, bei denen eine
im wesentlichen kugelige Wirbelkammer Anwendung findet, in dieser Wirbelkammer die
Luft rotiert, so wird eine Brennstoffschicht von den äußeren Teilen der rotierenden
Luft erfaßt und mitgerissen. Diese Brennstoffteile kommen infolgedessen nicht ausreichend
mit der Luft in Berührung, um richtig und wirksam zu verbrennen. Bei Anwendung der
Erfindung hingegen entstehen am Umfangsbereich der Luft, und zwar dort, wo die Bewegungsrichtung
dieser Luftteile durch die Kammerwandung plötzlich geändert wird, Wirbel. Diese
Wirbel haben das Bestreben. Brennstoff, der sich im Überschuß in den Umfangsabschnitten
der Luft befindet, in das Innere der Luftladung zu drängen, wo der Brennstoff hinreichend
Luft vorfindet, um wirksam zu verbrennen. Bei Maschinen nach der Erfindung werden
also der als Ganzes in der Wirbelkammer rotierenden Luft zwei oder mehrere derartige
Wirbel iiberlagert, je nachdem, ob die Wandung der Wirbelkammer neben dem flachen
Wandungsbereich, in welchem die Mündung des Überströmkanals liegt, einen kegelförmigen
Wandungsbereicb
aufweist, oder ob auch am gegenüberliegenden Kammerende eine zweite derartige Fläche
vorgesehen ist; dies hängt auch davon ab, ob im letzteren Fall neben dem zweiten
flachen Wandungsbereich eine zweite kegelstumpfförmige Fläche vorgesehen ist oder
nicht.
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Wahrscheinlich wird eine Verbesserung des Wirkungsgrades auch darauf
beruhen, daß die Kante der Mündung des Überströmkanals, über welcher der Brennstoff
durch Umfangsteile der rotierenden Luft hinwegbewegt wird, scharf ausgebildet sein
kann; auf diese Weise wird ein Eintreten des um die Kante herumströmenden Brennstoffs
in den Überströmkanal verhindert; hingegen wird erreicht, daß der Brennstoff quer
über die Mündung des Überströmkanals hinwegstreicht; hierbei trifft er mit Luft
zusammen und verbrennt mit ihr, die zusammen mit Verbrennungsprodukten und brennendem
Brennstoff aus der Wirbelkammer durch den überströmkanal hindurchtritt.