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Vorkammerdieselmaschine Die Erfindun, bezieht sich auf eine insbesondere
als Vielstoffniotor betriebene Vorkammerdieselmaschine mit einer den tiauptbrennraum
bildenden Kolbenmulde und einem in die Mulde einmündenden, verhaltnismäßig weiten
Überströmkanal der im Zylinderkopf in grcßerem Abstand von der Zylindermitte schräg
zur Zylinderachse angeordneten Vorkammer.
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Bei einer solchen bekannten, in der deutschen Patentschrift 952 22Ö
beschriebenen Dieselmaschine ist die verhältnismäßig flache Kolbenmulde durch eine
oder mehrere ringsum laufende Wirbel- oder Drosselkanten in mehrere zueinander konzentrische
ringförmige Räume unterteilt, wodurch in Verbindung mit der entsprechenden Drosselung
der sich von der Kolbenmulde her ausbreitenden Flammenfront vor allem das sogen.
"Nageln" durch schnelle klopfende GerÜusche verhindert werden soll. Nachteilig bleibt
bei solchen und ähnlichen Vorkammermaschinen jedoch noch, dar sie keine so geringen
Kraftstoffverbräuche wie die Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung aufweisen,
bei denen kurz nach dem Verdichtungshub ein großer Wärmeumsatz
mit
entsprechend großer Leistungsausbeute erzielt wird, und daß sie sich nur schlecht
für einen Vielstoffbetrieb eignen, der wegen der erschwerten Selbstzündungsverhältnisse
der vom Dieselkraftstoff abweichenden anderen Kraftstoffe besondere Maßnahmen für
eine ausreichende Gemischaufbereitung erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Dieselmaschine
so zu vervollkommnen, daß einerseits die Vorteile der Vorkammer, nämlich einweicher
Verbrennungsablauf durch kurzen Zündverzug und durch im Augenblick der Zündung nur
kleine Kraftstoffmengen im Brennraum mit den vorgenannten Vorteilen eines Direkteinspritzverfahrens
verbunden werden und anderseits auch eine besonders gute Eignung für Vielstoffbetrieb
erzielt wird.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Volumen der Vorkammer der eingangs genannten Dieselmaschine nur etwa 10 bis 30 $
des Verdichtungsvolumens beträgt und der Einlaßkanal in an sich bekannter Weise
als Drallkanal ausgebildet ist.
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Durch eine solche Verkleinerung der Vorkammer trotz Beibehaltung des
großen Oberströmquerschnitts ergibt sich zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum nur
ein kleiner Druckunterschied und eine entsprechend kleine Phasenverschiebung
der Drücke sowie eine wesentlich kleinere Oberschiebearbeit beim
Ein-
strömen der Verbrennungsgase in die Kolbenmulde. Die
in der Vorkammer durch Auftreffen der äußeren Strahlkegelteile des Kraftstoffstrahls
auf die heißen Teile der Vorkammer durch eine dortige Zündung gebildeten heißen
Verbrennungsgase enthalten wegen der Verbrennung in der Vorkammer bei Luftmangel
nur einen geringen Anteil von Stickoxyden und ergeben durch den kurzen Zündverzug
und die Zündung an heißen Stellen der Vorkammer eine gute Eignung für Vielstoffbetrieb.
Die heinen Verbrennungsgase treten zusammen mit unverbranntem fein verteiltem Kraftstoff
aus der Vorkammer durch den Überströmlcanal in die Kolbenmulde ein, wo durch den
dort vorhandenen Luftwirbel der unverbrannte Kraftstoff in bekannter Weise von den
heil=en verbrannten Gasen getrennt wird. Der größere Teil des Kraftstoffs wird sodann
in der. Kolbenmulde wie bei einem übliehen Direkteinspritzverfahren verbrannt. Die
an sich bell-annte Anordnung der Vorkammer weit außerhalb der Zylindermitte bringt
schlief:lich noch den weiteren Vorteil mit sich, daI? die fefahr von Rissen im Zylinderkopf,
die bei einer mittigen Anordnung der Vorkammer, wie sie insbesondere bei einer Einspritzung
mittels mehrerer Einspritzstrahlen erforderlich ist, besteht, vermieden wird.
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Gemäeiner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung geht die Vorkammer
in an sich bekannter Weise über eine keg;elmantelförmire filueraangsflZiche in den
Oberströmkanal über und ist mit einer axial zu ihm angeordneten Zapfendüse oder
DrosselzapfendÜ se verseben. Datei bildet die 1-erclmantelf@3rmi^e lfber7,ans-.sflr_Lche
der
Vorkammer die vorgenannten heißen Teile der Vorkammer, in deren Bereich die Zündung
einsetzt. Die Drosselzapfendüse kann gegebenenfalls dazu dienen, die Voreinspritzung
eines gewissen Kraftstoffanteils zu erzielen.
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w Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
weist die Mulde bei einer an sich bekannten, gegenüber der Kolbenachse nach der
Vorkartin.er hin exzentrischen Anordnung eine Kegelstumpfform auf, während der Oberströrnkanal
gemäß wiederum anderen bevorzugten Ausgestaltune:en der Erfindung auf eine Stelle
der Seitenwand der Mulde gerichtet ist und mit seiner Achse die Seitenwand der Mulde
in einem spitzen Winkel trifft. Hierdurch ergibt sich eine besonders intensive Einwirkung
des Luftwirbels auf die entlang der Seitenwand der Mulde einströmenden heißen Verbrennungsgase,
wahrend der durch den Oberströmkanal auf die Seitenwand der Mulde eingespritzte
unverbrannte Kraftstoff in gleicher Weise wie bei einem üblichen Direkteinspritzverfahren
entlang der Seitenwand ausgebreitet, wieder abgelöst und vollstlndig verbrannt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft schließlieh eine
an sich bekannte Anordnung- einer in die Vorkammer hineinragenden Glühkerze, durch
welche das Kaltstartverhal_ten der Dieselmaschine verbessert wird.
In
der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: Fig.
1 die erfindungsgemäße Vorkammerdieselmaschine in einem Teillangsschnitt durch einen
Arbeitszylinder nebst Zylinderkopf nach der Linie I-I der Fig. 2 (der in seiner
OT-Stellung befindliche Arbeitskolben ist strichpunktiert angedeutet); Fig. 2 eine
schematisch gehaltene Draufsicht auf den Arbeitskolben der Dieselmaschine gemäß
Fig. 1 (mit Andeutung der Anordnung des Oberströmkanals der Vorkammer und der Ventile);
Fig. 3 den Arbeitskolben gemäß Fig. 2 in einem Teillängsschnitt nach der Linie III-III
der Fig. 2.
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Die dargestellte Dieselmaschine weist einen in einem Arbeitszylinder
1 in üblicher Gleise hin- und herbeweglichen Arbeitskolben 2 auf, der an der Seite
seines Kolbenbodens 3 eine etwa kegelstumpfförmige Mulde 4 aufweist, die bei der
dargestellten oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens 2 den Hauptbrennrauen bildet.
Die Mulde 4 ist zur Achse 5 des Arbeitszylinders 1 exzentrisch angeordnet.
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In einem dem Arbeitszylinder 1 zugeordneten Zylinderkopf 6 ist im
Bereich des dem Kolbenrand am nächsten kommenden Wandteiles der Mulde 4 eine etwa
zylindrische Vorkammer 7 angeordnet, deren Achse 8 nahe der Seitenwand 9 der Mulde
4 schräg zur
Achse 5 des Zylinders verläuft und die Seitenwand 9
an der Stelle 8' in einem spitzen Winkel trifft. Aus der Vorkammer 7 führt axial
ein Überströmkanal 10 nach der Mulde 4 hin, der eine im Verhältnis zum Volumen der
Vorkammer 7 große lichte Weite aufweist. Die Irandung der Vorkammer 7 geht in die
Wandung des Überströmkanals 10 in üblicher Gleise mittels einer kegelmantelförmigen
Übergangsfläche 11 über, auf welche die äußeren Teile des Kegelstrahles 12 einer
in der Vorkammer in üblicher , Weise axial angeordneten Zapfendüse 13 auftreffen,
während der im Kernbereich des Kegelstrahles 12 befindliche größere Kraftstoffanteil
durch den Überströmkanal 10 auf die Seitenwand 9 der Mulde 4 flach aufgetragen wird,
Das Gesamtvolumen der Vorkammer 7, zu der auch der Oberströmkanal 10 gehört, beträgt
nur etwa 10 bis 30 ö des Verdichtungsvolumens der dargestellten Dieselmaschine,
deren zu einem Einlaßventil 14 (Fig. 2) führender Einlaßkanal 15 in einer üblichen,
nicht besonders dargestellten Weise als Drallkanal ausgebildet ist, wodurch der-in
den Arbeitszylinder 1 einströmenden .Verbrennungsluft eine Drallbewegung um die
Zylinderachse in Richtung des Pfeiles 16 erteilt wird, die mit der Richtung der
schrägen Auftragung des direkt in die Mulde 4 eingespritzten Kraftstoffanteils übereinstimmt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind das Einlaßventil 14 und das Auslaßventil 17 auf
der der Mulde 4 abgelegenen Seite der Achse 5 des Arbeits-
| zylinders 1 angeordnet und befinden sich damit weit vom De- |
| reich der Vor';:ai@er 7 weg. Durch eine solche an sich bekannte |
| Anordnunf# wird der Gefahr von Rissen im Zylinderkopf ö vorge- |
| beugt. |
| In die Vorkammer 7 ragt schließlich dicht oberhalb der |
| Lrber7angsfl"cjie 11 noch eine Glühkerze 18 hinein, die in
üb- |
| licher teisc eine wirksame Kaltstarthilfe bildet. |
| Deir_ iyetrieb der beschriebenen Dieselmaschine treffen 'die |
| üureren Teile des '--,-@egelstrahles 12 auf die heißen Teile
der |
| i-rber@anf,sflüche 11 der Vorkammer 7 und entzünden sich. Hier- |
| durch treten aus der Vorkammer 7 zusammen mit dem größeren, |
| noch unverbrannten Kraftstoffanteil die heilen Verbrennungs- |
| ase des in der Vorkammer cezündeten Kraftstoffs in die Mulde
4 |
| ein. Die heißen- verbrannten Gase werden dort durch den vor- |
| handenen Luftwirbel vom unverbrannten Kraftstoffanteil ge- |
| trennt, vier .sie bei einem. üblichen Direkteinspritzverfahren
auf |
| die Seitenwand 9 der Mulde 4 aufretraj;un, von dieser Uand
wieder |
| ah@eiöst, verdampft, mit der kreisenden Verbrennungsluft ver- |
| zischt und von Gien bereits vorhandenen heißen Verbrennungs- |
| jisen her ;-ezündet sowie schließlich in der Verbrennungsluft |
| verbrannt wird. Dabei besteht gegenüber dem üblichen Dire):t- |
| einspritzverfahren der Vorteil eines i:esentlich kürzeren Zünd- |
| verzuges und einer daraus resultierenden wichen Verbrennung. |
Außerdem ergibt sich durch den großen Überstr«mquerschnitt eine
gegenüber bisher üblichen Vorkammerverfahren wesentlich kleinere Überschiebearbeit,
ein entsprechend kleinerer Druckunterschied zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum
sowie schließlich auch eine entsprechend geringere Phasenverschiebung der Drücke
zwischen Vorkammer 7 und Mulde 4.
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Wenn beispielsweise eine Voreinspritzun5; erzielt werden soll, so
kann statt der beschriebenen Zapfendiise 13 ohne weiteres auch eine übliche Drosselzapfendizse
verwendet werden.