-
Brennkraftkolberunaschine mit Brennstoffeinspritzung in eine Wirbelkammer
Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor und hat sich zur Aufgabe gesetzt, Mittel
zu schaffen, die die Verbrennung in derartigen Motoren verbessern und ihren Wirkungsgrad
erhöhen.
-
Wie bekannt, ist es bei einem Dieselmotor, bei dem der Brennstoff
direkt in den Zylinder eingespritzt wird, nötig, zur Erzielung einer einwandfreien
Verbrennung eine möglichst homogene Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft
hervorzurufen.
-
Bei langsam laufenden Motoren ist hinreichend Zeit für die Verbrennung,
und es genügt eine Zerstäubung des Brennstoffes bei mittleren Drücken, um eine zufr
iedenstellende Mischung zu gewährleisten.
-
Bei schnell laufenden Motoren reicht aber die einfache Zerstäubung
des Brennstoffes nicht aus, um ein vollständiges Gemisch sicherzustellen. Man zerstäubt
daher üblicherweise den Brennstoff bei erhöhtem Druck und erzeugt eine starke Turbulenz
des Gemisches. Dazu hat man schon verschiedene Ausbildungsformen von Zylinderköpfen
vorgeschlagen, um die Turbulenz hervorzurufen und zu verbessern, meistens mittels
Vorkammern oder Wirbelkammern.
-
Bei Anordnung einer Wirbelkammer nimmt die in dieser gestaute Luft
am Ende des Kompressionshubes eine Wirbelbewegung an, die die Zerstäubung unterstützt
und die homogene Mischung mit dem eingespritzten Brennstoff erleichtert. Das Gemisch
enzündet sich in dieser Kammer und wird durch die daraus entstehende schnelle Vergrößerung
des Druckes aus einer passend dimensionierten Öffnung kräftig in den den Hauptbrennraum
bildenden Zylinder ausgetrieben, wo es sich mehr oder minder innig mit der darin
komprimierten Luft mischt.
-
Um die Wirkung der Wirbelkammer zu verstärken, hat man vorgeschlagen,
den Kolben oder den Zylinder (oder auch beide) so auszubilden, daß Wirbelungen geschaffen
werden, die dazu bestimmt sind, die Homogenität des Gasgemisches zu verbessern.
Die so erzeugten Wirbelungen, die in einer oder in mehreren Richtungen verlaufen
können, arbeiten während des Kolbenhubes dauernd in derselben Richtung.
-
Die Erfindung hat eine Verbesserung von Brennkraftmaschinen dieser
Art mit einer Wirbelkammer zum Ziel, mit dem Zweck, während des Explosionshubes
des Kolbens die Verwirbelung der aus der Wirbelkammer ausströmenden Gase nacheinander
in verschiedenem Drehsinn entstehen zu lassen und diesen Drehsinn während des Kolbenhubes
umzukehren.
-
Dadurch, daß die aufeinanderfolgenden Turbulenzen einander entgegenlaufen
und zu einem gewissen Zeitpunkt heftig aufeinanderprallen, erhält man eine innigere
Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft, so daß die Wirkungsweise
und Leistung des Motors verbessert wird. Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine
mit Brennstoffeinspritzung in eine neben dem Zylinder angeordnete Wirbelkammer,
die mit dem oberen Ende des Zylinders durch einen tangential in die Wirbelkammer
einmündenden Überströmkanal verbunden ist, an dessen Mündung rippenförmige Ablenkeinrichtungen
vorgesehen sind, um die Wirbelbewegung des Brennstoff-Luftgemisches zu verstärken.
-
Die Erfindung besteht darin, daß der in an sich bekannter Weise rechtwinklig
zur Zylinderachse angeordnete Überströmkanal parallel zu der durch die Achsen des
Zylinders und der Wirbelkammer bestimmten Ebene nach außen verschoben ist und daß
im Zylinder vor der Einmündung des Üherströmkanals eine am Boden des Zylinderkopfes
sitzende Ablenknase angeordnet ist, deren Ablenkfläche parallel zur Zylinderachse
und schräg zur Achse des Überströmkanals liegt und deren Höhe wesentlich kleiner
als der Durchmesser des überströmkanals ist und maximal dem »schädlichen Raum«,
d. h. dem Abstand zwischen dem Boden des Zylinderkopfes und der Stirnfläche des
Kolbens, in dessen oberer Totpunktstellung entspricht.
-
In dieser Stellung des Kolbens werden zu Beginn des Explosionshubes
die Gase gezwungen, aus dem durch den Kolben teilweise verdeckten Einströmkanal
in den engen schädlichen Raum einzutreten, in dem
ie eine kräftige
Verwirbelung in dem einen Drehsinn (z. B. Uhrzeigersinn) erfahren. Wenn dann der
Kolben auf seinem Explosionshub abwärts geht und den Einströmkanal freigibt, bildet
die Ablenkfläche der Nase kein nennenswertes Hindernis mehr für die Gase, so daß
ihre Strömung nunmehr die durch die ausmittige Anordnung des Einströmkanals bedingte
entgegengesetzte Wirbelbewegung erhält.
-
Durch das Aufeinanderprallen der beiden Turbulenzen entsteht die gewünschte
kräftige Mischung der Gase im Zvlinder, die eine vollständigere Verbrennung ,icherstellt,
die Geschwindigkeit an den Wandungen reduziert und damit geringere Wandverluste
bewirkt und schließlich zu einem höheren thermodynamischen Wirkungsgrad führt.
-
Die Erfindung ist sowohl auf Zweitakt- als auch auf -#'iertal:t-Dieselmotoren
anwendbar. Sie ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nach-2tehenden
im einzelnen an Hand dieser Zeichnung beschrieben.
-
F4-. 1 zeigt im Schnitt die allgemeine Anordnung des Zylinderkopfes
und der Wirbelkammer nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie
II-II in Fig. 1; Fig. 3 und 4 geben schematisch die Ausbildung der Turbulenz in
der Brennkammer wieder, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet,
und zwar Fig. 3 im Längsschnitt und Fig.4 im Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig.
3; Fig. 5 und 6 zeigen schematisch die Ausbildung der Turbulenz, wenn sich der Kolben
bei seinem Abwärtshub ein Stück nach unten bewegt hat, und zwar ist Fig. 5 wieder
ein Längsschnitt, während Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5 wiedergibt.
-
In der Zeichnung bedeutet 1® den Zylinderkopf des :Motors, 11 die
Einspritzpumpe, 12 den Hauptbrennrauin, d. h. den Zylinder, in dem der Kolben 13
seinen Hub ausführt, und 14 die Wirbelkammer, aus der ein Überströmhanal 15 in den
Hauptbrennraum 12 führt. Die Verlängerung der Mittellinie dieses Kanals führt, wie
aus Fig. 2 zu ersehen ist, außermittig an der Zylinderachse vorbei, in der gewählten
Anordnung nach Fig. 2 ein Stück unterhalb der Zylinderachse.
-
In den Zylinderkopfboden 16 ist gegenüber der Einströmöffnung des
Überströmkanals 15 eine Nase 17 eingesetzt, deren Ablenkfläche parallel zur Zylinderachse
und schräg zum Kanal 15 steht, so daß ihre Verlängerung in Fig.2 nach rechts oben
ein Stück oberhalb der Zylinderachse vorbeigeht. Die Höhe der Ablenknase entspricht,
wie aus Fig. 3 deutlich zu erkennen ist, dein schädlichen Raum 18 über dem Kolben
in dessen oberer Totpunktstellung ; da in dieser Stellung der Überströmkanal 15
vom Kolben 13 teilweise verschlossen ist, so ,werden die aus der Wirbelkammer 14
austretenden Gase in dem engen Raum 1$ kräftig verwirbelt.
-
Sobald sich aber der Kolben auf seinem Explosionshub ein kleines Stück
entsprechend dem Durchmesser des Cberströmkanals 15 abwärts bewegt hat, bildet die
Nase 17 kein Hindernis mehr für die aus der Wirbelkammer 14 ausströmenden Gase,
so daf:; sie nun ihre durch die außermittige Lage des Überströrnkanals 15 bedingte
entgegengesetzte Turbulenz erhalten können.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und
durch -die Zeichnungen vera:ichaulichte Ausführungsform beschränkt, sondern den
verschiedensten baulichen Abwandlungen zugänglich. Insbesondere kann die Ablenknase
17 mancherlei Formen annehmen, z. B. finit dem Zylinderboden 16 aus einem Stück
bestehen oder auch in geeigneter Ausbildung am Kolben 13 sitzen.