DE1244463B

DE1244463B - Kolbenbrennkraftmaschine mit scheibenfoermiger Wirbelkammer

Info

Publication number: DE1244463B
Application number: DEL26762A
Authority: DE
Original assignee: GUENTHER LEUNIG DIPL ING
Current assignee: GUENTHER LEUNIG DIPL ING
Priority date: 1957-02-02
Filing date: 1957-02-02
Publication date: 1967-07-13

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

F02b

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Deutsche KI.: 46 a2-79/02

Nummer: 1 244 463

Aktenzeichen: L 267621 a/46 a2

Anmeldetag: 2. Februar 1957

Auslegetag: 13. JuK 1967 Ausgabetag: 18. Januar 1968

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Schnellaufende Dieselmotoren mit zerklüftetem Brennraum, insbesondere mit Wirbel- oder Wälzkammer, in die der Kraftstoff am Ende des Verdichtungshubes eingespritzt wird, lassen sich bekanntlich in kaltem Zustand nur schwer anlassen, insbesondere wenn sie kleine Abmessungen haben. Ähnliche Schwierigkeiten sind bei pumpenlosen Dieselmotoren mit Zentrifugier- oder Schleuderbrennkammer zu erwarten, bei denen eine in Nähe des Brennraums vorgelagerte Kraftstoffmenge von der während des Verdichtungshubes aus dem Zylinderraum in die Zentrifugierkammer überströmenden Luft angesaugt und der flüssige Anteil des Kraftstoffs in der Zentrifugierkammer in dünner Schicht an die Kammerwand ausgeschleudert wird.

Diese Schwierigkeiten werden vermieden und zusätzliche Vorteile erreicht, wenn der in flüssigem Zustand an die Umfangswand der Kammer gelangende Kraftstoff ins Innere der Kammer versprüht wird, wo erheblich höhere Temperaturen herrschen und ein ao höherer Luftüberschuß vorhanden ist als an der Kammerwand. .

Wie aus Versuchen bekannt ist, gelangt nicht nur bei pumpenlosen Schleuderkammermotoren, bei denen eine Ausschleuderung der von der Luft mitgeführten Kraftstofftröpfchen bewußt angestrebt wird, sondern auch bei Wirbelkammer-Einspritzmotoren ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs in flüssigem Zustand an die Kammerwand. An der Umfangswand der K^ammer bildet sich ein Flüssigkeitsring, der — bedingt ,durch die Einflüsse· von Trägheit und Reibung — init geringerer Geschwindigkeit als die, im wesentlichen aus Luft, Kraftstoffdampf und feinen Kraftstofftröpfchen bestehende Walze in der Kammer umläuft. Die Kammermitte, in der die höchsten Temperaturen herrschen, ist bei pumpenlosen Motoren und bei Einspritzmotoren mit etwa tangential zur umlaufenden Luftwalze gerichteter Einspritzung frei von Kraftstoff. Am Innenrand der Walze, wo die Temperaturen auch noch verhältnismäßig hoch sind, befinden sich neben Kraftstoff dampf die feinsten Tröpfchen, die nach vorliegenden Erkenntnissen nicht geeignet sind, als Zündherde zu dienen. Wie kommt nun die Selbstzündung zustande, die nach Lichtbildaufnahmen an Versuchsanlagen am Innenrand der Walze einsetzt?

Der Vorgang läßt sich folgendermaßen erklären: Bei seiner Drehbewegung erreicht der Kraftstoff-Flüssigkeitsring — soweit er noch nicht verdampft ist — mit seiner Frontwelle auch die Einmündung des Verbindungskanals zum Zylinderraum. Hierbei wird er von der während der Dauer des Verdich-Kolbenbrennkraftmaschine mit scheibenförmiger Wirbelkammer

Patentiert für:

Dipl.-Ing. Günther Leunig,

Bad Homburg v. d. Höhe, Maiestr. 7

tungshubes mit hoher Geschwindigkeit durch den Kanal neu zuströmenden Luft erfaßt und versprüht. Die dabei sich bildenden Tropfen, die verhältnismäßig grob sind, gelangen zunächst — ehe sie unter der Wirkung ihrer Massenträgheit an die Umfangswand der Kammer wandern — an den Innenrand der Walze. Da die Kraftstoffanteile, die am schwersten verdampfen, im allgemeinen am zündwilligsten sind, wird ihnen an dieser Stelle Gelegenheit zur Selbstzündung gegeben.

Allerdings haben die Tröpfchen, die aus der Frontwelle des sich bildenden Flüssigkeitsringes hervorgegangen sind, oft noch eine zu niedrige Oberflächentemperatur, um während der kurzen Zeit, in der sich die Tröpfchen in der Schwebe befinden, eine Dampfhülle bilden zu können, in der die Zündung einsetzen kann. Ehe die Zündverzugszeit verstrichen ist, werden die Tröpfchen wieder vom Flüssigkeitsring aufgenommen. Während bei betriebswarmem Motor der Flüssigkeitsring, durch Wärmeaufnahme von der mit hoher Geschwindigkeit darüberstreichenden heißen Luft sowie von der Wand her rasch wärmer wird und früher oder später der Zeitpunkt erreicht wird, in dem einzelne Tröpfchen sich selbst entzünden, genügt bei kaltem Motor die Wärme der durch'Verdichtung und Reibung erhitzten Verbrennungsluft im allgemeinen nicht, um die Kraftstofftröpfchen auf die für die Zündung erforderliche Temperatur zu bringen. Das Anlassen gelingt meist nur, wenn zusätzliche Wärmequellen bereitgestellt werden.

Erfindungsgemäß wird nun der Weg, den die Kraftstofftröpfchen beim Überspringen der Kanalmündung zurückzulegen haben, verlängert und dieser Weg zudem in den Bereich höherer Temperaturen verlegt, indem die Umfangswand der scheibenförmigen Wirbelkammer, ausgehend etwa von der Stelle, an der eine Uberströmkanalwand tangential in die Umfangswand übergeht, und endend an der Stelle ihres Schnittes mit der kammerseitigen Wand des in an sich bekannter Weise zur Wirbelkammer hin sich erweiternden Überströmkanals, als Kurve mit stetig abnehmendem Krümmungsradius ausgebildet wird.

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Beispielsweise kann die Umfangswand der Wirbelkammer als archimedische Spirale ausgebildet werden. Die Abbildung zeigt schematisch, wie eine solche Brennkammer ausgebildet sein kann, und zwar geben die ausgezogene und die strichpunktierte Linie zwei Ausführungsformen nach der archimedischen Spirale wieder, während die dünne gestrichelte Linie zum Vergleich die Kreisform darstellt.

Es ist zwar eine Brennkraftmaschine mit kugelförmiger Wirbelkammer, taugentialer Lufteinführung in diese und mittiger Einspritzung des Kraftstoffs in die Wirbelkammer bekannt, bei der aus der Innenwand der Wirbelkammer hinter der Einspritzdüse, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, ein Umlenkschirm vorspringt. Dieser Umlenkschirm dient dazu, die Luft nach innen in Richtung des Kraftstoffstrahls umzulenken und damit ein Auftreffen flüssiger Kraftstoffteilchen auf die Kammerwand zu vermeiden. Es ist ferner eine Brennkraftmaschine mit scheibenförmiger Wirbelkammer, tangentialer Lufteinführung in diese und mittiger Kraftstoffeinspritzung in die Wirbelkammer bekannt, aus deren kreisförmiger Innenwand, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, kurz vor der Stelle ihres Schnittes mit der kammerseitigen Wand des Überströmkanals ein Umlenkschirm exzentrisch zur Kammer herausragt. Auch dieser Schirm, der wegen seiner Lage und seiner geringen Wanddicke rasch heiß wird, soll die Luft nach innen gegen die Kammerachse umlenken, außerdem flüssig ausgefallene Kraftstoffteilchen aufhalten und verdampfen und so eine bessere Mischung von Kraftstoff und Luft bewirken.

Bei beiden bekannten Brennkraftmaschinen nimmt der Krümmungsradius der Kammerinnenwand nicht stetig über einen längeren Wandabschnitt ab; vielmehr geht ihre im Querschnitt kreisförmige Kammerinnenwand mit einer relativ kleinen Abrundung in den Umlenkschirm über. Der Zweck der Erfindung, trotz weitgehender Entmischung von Kraftstoff und Luft die Selbstzündung vor allem in kaltem Zustand der Maschine sicherzustellen, läßt sich mit den bekannten, mit Kraftstoffeinspritzung und möglichst inniger Mischung von Kraftstoff und Luft arbeitenden Maschinen nicht erreichen.

Eine Kammerform beispielsweise nach der Abbildung erleichtert die Zündung beim Anlassen und bei niedrigen Belastungen in hohem Maße und verbessert außerdem bei geeigneter Ausbildung die Luftausnutzung, die bei üblicher kreisförmiger Brennkammer infolge der kraftstofffreien Kammermitte nicht vollkommen ist. Die Verlängerung des Weges, den die Kraftstofftröpfchen durch die heiße Zone der Kammer zurückzulegen haben, kann allerdings dazu führen, daß ein Teil des Kraftstoffs sich vorzeitig zersetzt oder eine zu große Kraftstoffmenge auf einmal zur Entflammung kommt. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich bei Zugrundelegung z. B. der archimedischen Spirale, deren veränderlichen Radius, ausgehend etwa von der Stelle, an der eine Überströmkanalwand tangential in die Umfangswand der

ίο Kammer übergeht, nicht so stark mit dem Drehwinkel abnehmen zu lassen, daß er schon nach seinem einmaligen Umlauf zu Null würde. Eine derart verlängerte Spirale ist in der Abbildung mit der strichpunktierten Linie angedeutet. Dadurch wird zudem die bauliche Ausführang erleichtert und die tote Zone hinter der Abreißkante verringert. Die günstigste Ausführung wird zweckmäßigerweise durch Verluste ermittelt.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf Verbrennungsmotoren mit Verdichtungszündung beschränkt. Er läßt sich mit Vorteil auch auf Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung anwenden, und zwar insbesondere dann, wenn diese schwersiedende Kraftstoffe verarbeiten sollen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit einer scheibenförmigen Wirbelkammer, die mit dem Hauptbrennraum durch einen tangential in ihre Umfangswand einmündenden Überströmkanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand der Wirbelkammer, ausgehend etwa von der Stelle, an der eine Überströmkanalwand tangential in die Umfangswand übergeht, und endend an der Stelle ihres Schnittes mit der kammerseitigen Wand des in an sich bekannter Weise zur Wirbelkammer hin sich erweiternden Überströmkanals, als Kurve mit stetig abnehmendem Krümmungsradius ausgebildet ist.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand der Wirbelkammer als archimedische Spirale ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 659160, 666 222,
721 889, 751001, 802121;

österreichische Patentschrift Nr. 168 792;

schweizerische Patentschriften Nr. 208 611,
238 384;

USA.-Patentschrift Nr. 2 014 828.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 610/240 7.67 θ Bundesdruckerei Berlin