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Luftverdichtende, selbstzündende Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf eine luftverdichtende, selbstzündende Einspritzbrennkraftmaschine
mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum,
bei welcher der Kraftstoff nahezu ausschließlich in Form eines dünnen Filmes über
eine möglichst große Fläche der Brennraumwand ausgebreitet und durch eine rotierende
Luftbewegung in Dampfform von der Wand abgelöst, mit der Luft vermischt und ,dann.
verbrannt wird und bei welcher die Brennraumwand durch eine den. Wärmefluß drosselnde
dünne Brennraumschale gebildet wird, .die unter der Einwirkung des Gasdruckes im
Brennraum mit dem sie umgebenden Bettungsmaterial (Kolben oder Zylinderkopf) in
weitgehende innige Berührung kommt.
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Zweck der Erfindung ist es, bei einer derartigen Brennkraftmaschine
zum Zwecke einer optimalen Verdampfung bzw. Verdunstung des in den Brennraum eingespritzten
und an der Brennraumwand angelagerten Kraftstoffes an bestimmten Zonen der Brennraumwand
verschiedene Temperaturstufen einzuhalten und eine dosierte Wärmeverteilung innerhalb
der Brennraumwand zu erzielen.
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Die Anordnung von Isolierkörpern im Brennraum ist bei Einspritzbrennkraftmaschnnen,
die nach einem anderen Verbrennungsverfahren arbeiten, an sich bekannt. Diese Isolierkörper
haben zum Teil ebenfalls die Aufgabe, die Temperatur innerhalb des Brennraumes auf
einem bestimmten Niveau zu halten bzw. eine Temperaturerhöhung im Brennraum zu bewirken,
so daß dann die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Geinisches im Brennraum schneller
und zuverlässiger durchgeführt werden kann. Vorwiegend werden solche Isolierkörper
jedoch im Bereich der Auftreffstellen des Kraftstoffstrahles angeordnet, um dort
eine Zündstelle erhöhter Temperatur zu bilden und so insbesondere das Anlassen des
Motors zu erleichtern. oder auch die Verbrennung selbst wiederum zu beschleunigen.
Dabei bestehen die Isolierkörper entweder aus kerainischem Material oder es können
im Brennraum auch metallische Ausfütterungen vorgesehen sein, die meist so angeordnet
sind, daß sich zwischen ihnen und den gekühlten Teilen. des umgebenden Materials
ein Spalt oder eine schlecht wärmeleitende Berührung ergibt. Teilweise werden die
Ausfütterungen auch so ausgeführt, daß der Gasdruck von der Ausfütterung selbst
aufgenommen wird, d. h., der isolierende Spalt zwischen Brennraumausfütterung und
umgebender Wandung ist gegen Gaseintritt vom Brennraum her abgedichtet. Anderseits
sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen ein Gaseintritt in diesem Isolierspalt
vorgesehen ist.
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Bei der eingangs genannten Brennkraftrnaschine erfolgt die Ablösung
des Kraftstoffes in Dampfform teils durch Verda.inpfung oder Verdunstung infolge
der Wandungswärme, teils durch Strahlungseinwirkung der über die benetzten Wandungsteile
hinwegstreichenden Luft- und Gasmassen; außerdem ist die Verdampfung und Verdunstung
noch von. der Dicke der Kraftstoffschicht an den verschiedenenWandungszonen abhängig,
die unterschiedlich sein kann. Die hierbei einzuhaltenden Temperaturstufen für eine
optimale Verdampfung oder Verdunstung des Kraftstoffes sind aber, wie die Erfahrung
zeigte, an bestimmten Zonen der Brennwand verschieden. So ist z. B. bei der üblicherweise
zur Ablösung des Kraftstoffilms vorgesehenen Luftdrehung um eine gleichsinnig zur
Zylinderachse verlaufende Brennraumachse bei gleicher Winkelgeschwindigkeit der
Luftströmung um diese Achse die Luftgeschwindigkeit am Brennraumboden am geringsten.
In diesem Bereich ist es daher besonders zweckmäßig, dieWandungstemperatur zwecks
rascherer Verdunstung anzuheben, während die wesentlich höhere Luftgeschwindigkeit
in den Äquatorzonen des Brennraumes dort eine stärkere Kühlhaltung der Brennraumwand
gestattet.
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Ähnliche Verhältnisse liegen an der Brennraumwand im Bereich der unmittelbaren
Wandaufspritzung des Kraftstoffes in der Nähe der Düsenmündung vor. Hier kann: die
Filmschicht infolge Überlagerungen von Kraftstoff mehrerer Kraftstoffstrahlen leicht
zu dick werden, und außerdem wird auch die Wandung durch die hier große, darüber
hinwegfließende Kraftstoffmenge unter Umständen zu stark abgekühlt. Auch an dieser
Stelle ist es zweckmäßig, die Wandungsternperatur örtlich begrenzt anzuheben.
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Die Erfindung besteht darin., daß an, örtlich begrenzten Stellen der
Brennraumschale zur Erhöhung ihrer Temperatur gegenüber benachbarten Zonen im
Bereich
einer für die Verdarripfung des Kraftstoffes ungenügenden Luftgeschwindigkeit bzw.
im Bereich vermehrter Kraftstoffauftragung liegenden Stellen die Brennraumschale
überlagernde .Beilagen aus Metall oder einem den Wärmeflüß 'hemmenden Material vorgesehen
sind, die in- an sich bekannter Weise Schalen-oder Scheibenform aufweisen und innert
oder außen an der Brennraumschale angeordnet sind. Diese Beilägen können beispielswei,5e
dünne Blechscheiben oder Blechkalotten sein, deren. Umrißform der Größe .der zu
beeinflussenden Wandungszone angepaßt ist. Ist die Brennraumschale in das umgebende
Bettungsmaterial eingegossen, dann werden zweckmäßig, wenn die Beilagen an,der Außenseite
der Brennraumschale angeordnet sind, besondere Ausnehmungen im Bettungsmaterial
vorgesehen, welche die Beilagen aufnehmen. Die Schalen- oder Kalottenform der Beilagen
kann sowohl an der Außen- wie Innenseite der Brennraumschale zur Anwendung kommen,
während die Scheibenform nur an der Innenseite möglich ist; in diesem Fall überbrücken
die Beilagen im Querschnitt sehnenartig die Brennraumschale und bilden dadurch zusammen
mit .dieser einen lokal begrenzten Hohlraum, der die isolierende Wirkung noch verstärkt.
Bei Verwendung von schalen- oder kalottenförmigen Isolierbeilagen. an der Außenwand
der Brennraumschale kann durch entsprechende Wahl des Krümmungsradius erreicht werden,
daß sie entweder an der Brennraumschale -eng, d. h. im wesentlichen spaltfrei, anliegen,
oder daß sie mit -dieser gleichfalls einen isolierenden Hohlraum bilden. In, besonderen
Fällen. ist es zweckmäßig, diesen Hohlraum durch Bohrungen mit dem Inneren, des-
Brennraumes zu verbinden, wobei die Achsen dieser Bohrungen entweder radial zur
Brennraummitte hin oder tangential zur Oberfläche der Brennraum-scha.le im Sinne
der Luftdrehung gerichtet sind. Hierdurch läßt sich erreichen, daß kleine Kraftstoffmengen:
in diesen Hohlraum eindringen und zu einer Teilverbrennung gelangen, welche örtlich
die Turbulenz erhöht, was besonders in denjenigen Zonen von Vorteil ist, welche
eine schwache Luftbewegung aufweisen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brennkraftmaschinenkolben
mit Brennraum und darin angeordneter Brennraumschale nehst einer Isolierbeilage
am Brennraumboden, Fig. 2 den gleichen Brennraum wie in Fig. 1, jedoch mit Andeutung
der isolierenden Beilage im Bereich der Kraftstoffeinspritzung nächst der Mündung
der Einspritzdüse, Fig. 3 und 4 Ausschnitte des Brennraumbodens ähnlich wie in.
Fig. 1, jedoch- mit jeweils einer isolierenden Beilage an der Innenseite der Brennraumschale.
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Im Kolben 1 ist die den: Brennraum bildende Aushöhlung 2 eingeschnitten,
welche beliebige Rotationskörperform aufweisen kann und im Beispiel als oben offene
Kugel ausgebildet ist. In die Aushöhlung 2 ist eine Brennraumschale 3 aus- dünnem
Blech eingesetzt, deren Innenwand 4 die vom Kraftstoff benetzte Wandungsfläche des
Brennraumes bildet. Die Brennraumschale 3 kommt unter der Einwirkung des Gasdruckes
im Brennraum mit dem sie umgebenden Bettungsmaterial des Kolbens 1 in. innige Berührung.
Die Brennraumschale 3 kann im. Kolbenmaterial unmittelbar eingegossen sein. Aus
der Einspritzdfise 5 werden ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen 6 derart auf die
Innenwand 4 der B.rennraumschale 3 gespritzt, daß sie dort einen sich im Sinne der
durch den Pfeil 7 angedeuteten Luftdrehung bis zum Boden des Brennraumes hin erstreckenden
Kraftstoffilm bilden, dessen Flächenausbreitung mit 8 und dessen Schichtstärke mit
8a angedeutet ist. Die Luftdrehung im Brennraum erfolgt um die Brennraumachse 9.
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Am Boden des Brennraumes 2 ist im Bereich der Brenmraumachse 9 die
Brennraumschale 3 durch eine Ausnehmung 10 im Kolben 1 teilweise freigelegt. In
die Ausnehmung 10 ist eine isolierende Beilage 11 aus Blech oder einem den Wärmefluß
hemmenden Material eingelegt, welche ihrerseits schalenförmig ausgebildet und in
ihrer nicht weiter gezeigten Umrißform der örtlichen Ausdehnung der zu beeinflussenden
Wandungszone angepaßt ist. Die Umrißform der Beilage 11 ist rund geformt. Die Beilage
11 hat bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eine Wölbung, deren Krümmungsradius
kleiner als der Krümmungsradius der Brennraumschale 3 ist, so daß sie sich in der
Mitte von der Brennraumschale 3 um einen Ab-
stand d abhebt, während sie an
ihrem Umfang an der Schale 3 fest aufliegt. Hierdurch wird ein hohler Zwischenraum
12 gebildet, der die isolierende Wirkung an dieser Stelle noch erhöht. Je nach dem
Grad der Krümmung der Beilage 11 kann der Hohlraum 12 größer oder keiner gestaltet
werden oder es kann auf denselben auch ganz verzichtet werden, in welchem Falle
sich die Beilage 11 an die Blechschale 3 eng anlegen würde.
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In Fig. 2 ist die Anordnung einer isolierenden Beilage 11 in einem
Wandungsbereich nächst .der Einspritzdüse 5 angedeutet.
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In Fig.3 und 4 ist dargestellt, daß man Isolierbeilagen 11a, 11b
auch an der Innenseite der Brennraumschale 3 entweder in Schalenform (Fig. 3) oder
in Flachscheibenform (Fig.4) vorsehen kann, wobei gleichfalls Hohlräume 12 a,12
b :gebildet werden. Wird, wie in Fig. 3, eine schalenförmige Isolierbeilage 11 d
verwendet, deren Wölbung oder Krümmung zur Wölbung oder Krümmung der Brennraumschale
3 en.tgegengesetzt ist, dann. kann der Hohlraum 12a besonders geräumig gemacht werden,
was in manchen Fällen erwünscht ist. Werden die Hohlräume 12, 12a, 12b durch Bohrungen
13, 13a, 13b, die entweder an der Brennraumschale 3 oder an den Beilagen 11 a, il
b vorgesehen sind, mit dem Inneren des Brennraumes 2 in Verbindung gesetzt, dann
kann Kraftstoff teilweise in diese Hohlräume eindringen, und es entsteht durch Teilverbrennung
eine Blaswirkung, welche die Gasbewegung @in diesem Bereich jeweils beschleunigt.
Die Bohrungen 13, 13a, 13b können dabei entweder, wie in Fi.g. 1 gezeigt,
radial zur Brennraummitte hin, oder, wie in Fig. 3 und 4 zu sehen ist, tangential
zur Wandung der Brennraumschale 3 im Drehsinn der Luftbewegung .gerichtet sein.
In Fig. 2 sind ähnliche Bohrungen unter 13 c angedeutet.
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Mittels der isolierendem Beilagen 11 wird örtlich eine erhöhte Drosselung
des Wärmeflusses in Richtung zum Kolbenmaterial -geschaffen. Im Bereich der von
dem Beilagen 11 überdeckten Wandungsabschnitte ist daher der Wärmefluß gegenüber
dem nicht überdeckten Wandunigsteil geringer. Es wird hierdurch somit eine örtliche
Anhebung der Wandungstemperatur erreicht.