DE1526291B2 - Brennkraftmaschine mit Wirbelkammer - Google Patents

Description

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j von der rotierenden Luft erfaßte, gerade wieder ab- Fig. la und Ib je ein Wirbelkammerunterteil

J gelöste Kraftstoff, der ja nicht mehr die Form korn- mit einer vorspringenden Kante (in einem der Fig. 1

j pakter Brennstoffteilchen aufweisen kann, leicht in entsprechenden Schnitt),

! den Schußkanal gelangt, noch bevor er vollständig F i g. 2 einen Teilschnitt durch die Wirbelkammer

verdampft und ausreichend mit der Verbrennungsluft 5 nach der Linie II-II der Fig. 1,

gemischt ist. F i g. 2 a einen der F i g. 2 entsprechenden Teil-

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zu- schnitt mit seitlich aus der Hauptströmung des

gründe, den vorgenannten Mangel zu vermeiden und Schußkanals herausgerückter Glühkerze,

eine durch Temperaturhöhe, Verweilzeit und Mi- F i g. 3 einen gegenüber F i g. 1 abgewandelten Un-

schungsturbulenz gesteuerte Gemischaufbereitung io terteil der Wirbelkammer in einem der F i g. 1 ent-

und damit eine möglichst vollkommene Ausnutzung sprechenden Schnitt,

des in die Wirbelkammer eingespritzten Kraftstoffs F i g. 4 den Unterteil gemäß F i g. 3 in einer Drauf-

in einem für alle Motor-Lastbereiche optimal vor sieht und

sich gehenden Gemischbildungsablauf zu erzielen. Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch 15 Fi g. 3.

gelöst, daß die Einsenkung bei einer Einspritzung des Die dargestellte Dieselbrennkraftmaschine weist

Kraftstoffs gegen den genannten Wandbereich zylin- einen Zylinder 1 mit einem darin beweglichen KoI-

drisch ist und die Mündung des Schußkanals umfaßt ben 2 und einen Zylinderkopf 3 auf, in dem eine Wir-

und daß die Schnittkurve zwischen Kugelfläche der belkammer 4 angeordnet ist, die über einen Schußka-

Wirbelkammer und der Zylinderfläche der Einsen- 20 nal 5 mit dem Zylinderraum 6 verbunden ist.

kung eine Wirbelkante bildet. Der Kolben 2 weist an seinem Kolbenboden eine

Durch eine solche Einsenkung entsteht eine Ni- Mulde 7 auf, in die der Schußkanal 5 im Bereich der

[| [> sehe, in der ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs der dargestellten oberen Totpunktstellung des Kolbens 2

vollen Umlaufgeschwindigkeit der rotierenden Luft einmündet.

entzogen und zugleich daran gehindert wird, ungenü- 25 Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die gend aufbereitet in den Schußkanal zu gelangen. In Wirbelkammer 4 eine etwa kugelförmige Gestalt auf der Nische kann der auf die heiße Wandung des Un- und besteht im einzelnen aus einem durch den Zyterteils aufgespritzte flüssige Kraftstoff zunächst vor Iinderkopf3 gebildeten halbkugelförmigen Oberdem unmittelbaren Mitgerissenwerden geschont an- teil 8, einem daran anschließenden kurzen zylingelagert werden und anschließend in einer ausrei- 30 drischen Teil 9 und einem als Einsatzkörper ausgechend kurzen Zeit abdampfen und gelangt dann in bildeten Unterteil 10, der einen unteren halbkugeleiner nach einer Ausgestaltung der Erfindung durch förmigen Brennraumteil 11 aufnimmt. Der Unterteil eine besondere vorspringende Wirbelkante am Über- 10 weist entlang seinem zylindrischen Außenumfang gang von Kugel- und Zylinderraum noch verstärkten eine verhältnismäßig breite Ringnut 12 auf und ist in turbulenten Abreißströmung der rotierenden Ver- 35 seiner Winkelstellung gegenüber dem Zylinderkopf 3 ι brennungsluft in der Gemischbildungsendphase zu durch einen Paßstift 13 festgelegt, der einen äußeren einer intensiven, besonders schnellen Vermischung Außenbund 14 des Unterteils 10 durchsetzt. Der mit der Verbrennungsluft. Die dadurch im mikrogeo- Schußkanal 5 verläuft in der dargestellten Einbaumetrischen Bereich mögliche Erhöhung der örtlichen stellung des Unterteils 10 in einer etwa radial zum Luftüberschußzahl zwischen Luft und Kraftstoff- 40 Kolben 2 verlaufenden Ebene aus dem Zylinderdampf, die für eine Steigerung der momentanen Oxy- raum 6 schräg nach außen oben und mündet etwa dationsgeschwindigkeit wichtig ist, trägt wesentlich tangential in den unteren Brennraumteil 11 von unzur Verringerung der Abgastrübung bei. Ferner ist ten her ein.

durch diese Steuerung des Gemischaufbereitungs- In den Oberteil 8 der Wirbelkammer 4 mündet von Verlaufes ein weicher Verbrennungsdruckablauf ge- 45 oben her in einer gegen die der Einmündungsstelle sichert. des Schußkanals 5 abgelegene Wand der Wirbelkam-Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin- mer4 schwach geneigten Richtung ein Eintrittskanal dung ist im Unterteil der Wirbelkammer oberhalb 15 für den einzuspritzenden Kraftstoff, der aus einer der Einsenkung noch eine zweite gleichartige Einsen- üblichen, nicht besonders dargestellten Einspritzdüse kung vorgesehen, deren maximaler Abstand von der 50 etwa axial zum Eintrittskanal in die Wirbelkammer 4 Achse des Unterteils dem Kugelradius der Wirbel- und damit gegen deren unteren, der Einmündungskammer etwa gleicht. Durch die Anordnung einer stelle des Schußkanals 5 abgelegenen Wandbereich solchen zweiten Einsenkung entsteht zwischen den gespritzt wird, wie es in F i g. 1 mit dem strichpunkbeiden Einsenkungen eine Wirbelkante, die gleichzei- tiert angedeuteten Kraftstoffstrahl 16 dargestellt ist. tig als Heißstelle wirkt. Die sich daraus ergebende 55 In die Wirbelkammer 4 ragt weiterhin vom oberen, Zusatzverwirbelung und die örtlich höhere Tempera- dem Kraftstoffstrahl 16 gegenüberliegenden Wandtur führt zu einer weiter verbesserten Gemischbil- bereich her eine Glühkerze 17 hinein, die zum Vordung. ' wärmen des Brennraumes der Wirbelkammer 4 beim Andere Ausgestaltungen betreffen weitere kon- Anlassen der Brennkraftmaschine dient. Die GlühstruktLve Einzelheiten der erfindungsgemäßen Brenn- 60 kerze 17 ragt dabei mit ihrem vorderen Ende noch kraftmaschine. ■ etwas in den Kraftstoffstrahl 16 "hinein, damit ein In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise Teil des Kraftstoffs beim Anlassen unmittelbar auf erläutert; es zeigt die Glühkerze 17 auf trifft und damit an dieser Stelle F i g. 1 eine mit einer erfindungsgemäßen Wirbel- schnell aufgeheizt und verdampft werden kann. Je kammer versehene Dieselbrennkraftmaschine in 65 nach konstruktiver Gegebenheit kann die Glühkerze einem axial zur Wirbelkammer geführten und zu- 17 zur weiteren Startverbesserung auch auf der gegleich einen Teil des Zylinders und des Kolbens der genüber der Darstellung in F i g. 1 gegenüberliegen-Brennkraftmaschine zeigenden Teilschnitt, den Seite der Wirbelkammer 4 angeordnet werden.

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Die bisher beschriebene Ausbildung der dargestell- lieh scharfkantig ausgeführtem Schußkanal 5 nach ten Dieselbrennkraftmaschine entspricht einer heute F i g. 2 a eine höhere Wirbelstärke erzielt werden, üblichen Ausführung und bildet deshalb keinen Ge- Zudem wird durch den seitlichen Versatz die Glühgenstand der Erfindung. kerze 17 beim Start durch die so gebündelte Schuß-

Wie aus F i g. 1 weiterhin hervorgeht, weist der 5 kanalströmung weniger stark kaltgeblasen. Wie in Unterteil 10 im Auftreff bereich des Kraftstoffstrahls Fig. 1 weiterhin angedeutet ist, kann der Übergang 16 eine exzentrische, mit ihrer Achse 18 etwa paral- der Sohle des Schußkanals 5 in die Halbkugel des IeI zur Längsachse 19 des Unterteils 10 verlaufende Unterteiles 10 des Brennraumteiles 11 mit einem abzylindrische Einsenkung 20 auf, die mit ihrem ebe- gerundeten Rand 23 ausgeführt werden,
nen Boden 21 etwa in der Ebene der Einmündung xo Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Abwanddes Schußkanals 5 in die Wirbelkammer 4 verläuft lung eines Unterteils weist dieses oberhalb der Ein- und einen gegenüber deren Kugelradius kleineren Senkung 20 noch eine zweite gleichartige Einsenkung Radius aufweist, wobei ihr Höchstabstand von der 25 auf, deren maximaler Abstand von der Längs-Längsachse 19 des Unterteils 10 kleiner als der Ku- achse 19 des Unterteils dem Kugelradius der Wirbelgelradius der Wirbelkammer 4 ist. Durch die Einsen- 15 kammer 4 etwa gleicht. Durch diese zweite Einsenkung 20 wird in der im übrigen kugelförmigen Wir- kung 25 erhält die bei der Ausführung des Unterteils belkammer 4 eine Nische gebildet, in der der aufge- 10 gemäß F i g. 1 nur stumpfwinklige Wirbelkante 22 spritzte Kraftstoff der umlaufenden Luftströmung als Wirbelkante 22 c eine ausgeprägte, etwa rechtweitgehend entzogen ist, so daß er an einem vorzeiti- winklige Form, die gegenüber den benachbarten gen Mitgerissenwerden nach den Schußkanal 5 hin ao Wandbereichen ähnlich den Wirbelkanten 22 a und gehindert wird. Durch die Einsenkung 20 entsteht an 22 b höhere Temperaturen annimmt, so daß sich neder Übergangsstelle zwischen der Kugelfläche der ben einer ausgeprägteren Abreißströmung an der Wirbelkammer 4 und der Zylinderfläche der Einsen- Wirbelkante 22 c in der oberen Nische zusätzlich kung 20 eine Wirbelkante 22, durch die an dieser auch eine intensive Verdampfung von Kraftstoff er-Stelle eine turbulente Abreißströmung entsteht, die 25 gibt.

ebenfalls zu einer intensiven raschen Vermischung Der in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Unterteil weist

zwischen Luft und Kraftstoffdampf beiträgt. Diese im übrigen einen Schußkanal 5 auf, der in den Zylin-

Wirbelkante kann nach Fig. la bzw. Ib weiter als derraumo nach dessen Mittelbereich hin mit einem

vorspringende Wirbelkante 22 a bzw. 226 ausgebil- stark abgerundeten Öffnungsrand 26 einläuft,

det werden, die sich beim Betrieb der Wirbelkammer 30 Schließlich weist dieser Unterteil in seiner Wand

stärker als die übrigen Wandteile des Unterteils auf- einen dicht unter dem Boden 21 der unteren Einsen-

heizt und damit nicht nur als Turbulenzverstärker, kung 20 parallel zu diesem verlaufenden Einschnitt

sondern auch als besondere Heißstelle wirkt. 27 auf, durch den die Wärmeabfuhr im Bereich der

Aus F i g. 2 bzw. 2 a ist ersichtlich, daß der Schuß- unteren Nische und damit im Bereich der heißesten kanal 5 in die Wirbelkammer 5 mit einem nach den 35 Zone des Unterteiles noch weiter unterbunden wird, beiden Seiten der Einsenkung 20 hin abgerundeten um die Verdampfung des Kraftstoffs und die Ge- oder scharfkantigen Rand 23 bzw. 23« einlaufen mischbildung im gesamten Last- und Drehzahlbekann. Bei mittig hinter dem Schußkanal 5 angeordne- reich der Brennkraftmaschine dadurch weiter zu inter Glühkerze 17 kann bei abgerundetem Rand 23 tensivieren. Dem gleichen Zweck dienen seitlich in eine bessere Aufteilung des in die Wirbelkammer 4 40 der Ringnut 12 angeordnete flache Ausrundungen einströmenden Luftstrahles nach den beiden Seiten 28. Aus F i g. 5 geht die Lage und der Querschnitt der Glühkerze 17 hin erreicht werden, wie es in der Ausrundungen 28 hervor. In F i g. 3 ist die ver-Fig. 2 durch die Pfeile 24 angedeutet ist. Die Glüh- setzt gezeichnete Ausrundung 28 angedeutet, kerze 17 kann damit den einströmenden Luftstrom Schließlich trägt die so in ihrer Temperatur weiter nicht stören und es wird eine höhere Wirbelstärke 45 gesteigerte Heißzone zu einer weiteren Verkürzung und eine verbesserte sowie beschleunigte Gemischbil- des Zündverzuges und damit zu einer wesentlichen dung erzielt. Bei seitlichem Versatz der Glühkerze 17 Verbesserung der Laufruhe der Brennkraftmaschine aus dem Schußkanalluftstrom heraus kann mit seit- vor allem auch im Leerlaufbetrieb bei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

5 2 gekennzeichnet, daß eine Glühkerze (17) in der Patentansprüche: Wirbelkammer (4) aus der Mitte der Schußkanalströmung heraus seitlich versetzt angeordnet ist

1. Brennkraftmaschine mit Verdichtungs- oder (Fig.2a).
Fremdzündung mit einer im Zylinderkopf an- 5
geordneten, etwa kugelförmigen Wirbelkammer,

in deren oberem Scheitelbereich die Einspritzdüse vorgesehen ist, mittels der der Kraftstoff
nach dem der Einmündungsstelle des tangential
einmündenden Schußkanals abgelegenen Wand- io
bereich hin gespritzt wird, und deren wärmeisoliertes Unterteil in diesem Wandbereich eine ex- Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmazentrische Einsenkung mit ebenem Boden auf- schine mit Verdichtungs- oder Fremdzündung mit weist, wobei die Achse der Einsenkung parallel einer im Zylinderkopf angeordneten, etwa kugelförzur Achse des Unterteils verläuft, dadurch 15 migen Wirbelkammer, in deren oberem Scheitelbegekennzeichnet, daß die Einsenkung (20) reich die Einspritzdüse vorgesehen ist, mittels der der bei einer Einspritzung des Kraftstoffs gegen den Kraftstoff nach dem der Einmündungsstelle des tangenannten Wandbereich zylindrisch ist und die gential einmündenden Schußkanals abgelegenen Mündung des Schußkanals (5) umfaßt und daß Wandbereich hin gespritzt wird, und deren wärmedie Schnittkurve zwischen Kugelfläche der Wir- 20 isoliertes Unterteil in diesem Wandbereich eine exbelkammer und der Zylinderfläche der Einsen- zentrische Einsenkung mit ebenem Boden aufweist, kung (20) eine Wirbelkante (22) bildet. wobei die Achse der Einsenkung parallel zur Achse

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, da- des Unterteils verläuft.

durch gekennzeichnet, daß die Einsenkung (20) Bei einer solchen bekannten Brennkraftmaschine einen gegenüber dem Kugelradius der Wirbel- 25 verläuft die Seitenwand der Einsenkung gegenüber kammer (4) kleineren Radius aufweist und von dem ebenen Boden einen stumpfen Winkel bildend der Längsachse (19) des Unterteils (10) einen ge- konisch schräg und geht nach oben in die anschliegenüber dem Kugelradius kleineren Höchstab- ßende Seitenwand der Wirbelkammer in einem weitestand aufweist. ren stumpfen Winkel über. Damit soll erreicht wer-

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 30 den, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine in der oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Auf- umlaufenden Luftladung etwa vorhandene kompakte treffbereich des Kraftstoffstrahles liegende Über- Brennstoffteilchen trotz der Einsenkung über die dagangsstelle zwischen Kugelfläche der Wirbelkam- durch gebildete Nische hinweg so umgelenkt werden, mer (4) und Zylinderfläche der Einsenkung (20) daß sie über den Schußkanal zu einem erneuten Umdes Unterteils (10) als vorspringende Wirbelkante 35 lauf in der Wirbelkammer mitgerissen werden, ob- (22a, 22 b) ausgebildet ist (Fig. 1, la und 1 b). gleich die Verbrennungsluft selbst in der Nische eine

4. Brennkraftmaschine nach einem oder meh- zusätzliche örtliche Verwirbelung erfahren soll. Man reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhofft sich durch diese Maßnahme also eine bessere gekennzeichnet, daß im Unterteil (10) oberhalb Mischung des Kraftstoffs mit der Luft und damit der Einsenkung (20) noch eine zweite gleichartige 40 dessen vollkommenere Verbrennung mit einem ent-Einsenkung (25) vorgesehen ist, deren maximaler sprechend verringerten Kraftstoffverbrauch. Die die-Abstand von der Achse (19) des Unterteils (10) ser bekannten Konstruktion zugrunde liegenden dem Kugelradius der Wirbelkammer (4) etwa Überlegungen gehen von einer Einspritzung aus, bei gleicht (F i g. 3 bis 5). der der Kraftstoff in die Wirbelkammer lediglich

5. Brennkraftmaschine nach einem oder meh- 45 luftverteilt eingespritzt wird, wogegen es bei anderen reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Konstruktionen schon seit geraumer Zeit bevorzugt gekennzeichnet, daß der Schußkanal (5) in den wird, den Kraftstoff wenigstens teilweise bewußt ge-Zylinderraum (6) nach dessen Mittelbereich hin gen Wandteile des Brennraumes zu spritzen, weil der mit einem stark abgerundeten Öffnungsrand (26) Kraftstoff von der heißen Wandung her besonders einläuft (F i g. 3). 50 günstig aufbereitet und verdampft werden kann, so

6. Brennkraftmaschine nach einem oder meh- daß sich insgesamt eine noch bessere und vollkomreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch menere Verbrennung als bei einer luftverteilten Eingekennzeichnet, daß der Schußkanal (5) in die spritzung ergibt, bei der trotz der vorgenannten be-Wirbelkammer (4) mit nach beiden Seiten der kannten Maßnahmen noch damit gerechnet werden Einsenkung (20) und/oder nach der der Einsen- 55 muß, daß unverbrannte Kraftstoffteilchen durch den kung (20) gegenüberliegenden hinteren Kugel- Schußkanal in den Zylinderraum der Brennkraftmawand (11) hin abgerundeten Öffnungsrändern schine und nur unvollkommen verbrannt in deren (23) einläuft (F i g. 1 und 2). Abgase gelangen.

7. Brennkraftmaschine nach einem oder meh- Wenn man nun bei der vorgenannten bekannten reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 60 Wirbelkammer-Brennkraftmaschine in der letztgegekennzeichnet, daß der Unterteil (10) in seiner nannten Weise davon ausgeht, daß der zunächst Wand von deren äußerer Mantelfläche (12) dicht durch den heißen Luftwirbel gespritzte und damit unter dem Boden (21) der unteren Einsenkung vorgewärmte Kraftstoff anschließend gegen die unge-(20) ausgehend und parallel zu diesem verlaufend kühlte Wandung der Wirbelkammer gespritzt und einen Einschnitt (27) und/oder eine Einsenkung 65 von dieser Wandung her weiter aufgeheizt, wieder (28) aufweist (F i g. 3 bis 5). abgelöst und verdampft sowie anschließend mit der

8. Brennkraftmaschine nach einem oder meh- in der Kammer rotierenden Verbrennungsluft verreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch mischt wird, so bleibt doch noch nachteilig, daß der