DE19712725C2 - Glühkopfmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Glühkopfmotor mit einem im wesentlichen kegelförmigen Verbrennungsraum und einem Brennstoffzuführsystem mit einem Sprühkopf mit Austrittsdüse zum Versprühen des Brenn­ stoffs gegen die kegelförmige Innenwand des Verbrennungsraums. Der Sprühkopf mit Austrittsdüse kann auch als Einspritzdüse bezeichnet werden, die den Brennstoff in zerstäubter Form gegen die Innenwand des kegelförmigen Verbrennungsraums spritzt. Ein solcher Motor ist bekannt.

Glühkopfmotoren besitzen eine relativ einfache, zuverlässige Kon­ struktion für einen sicheren und preiswerten Brennstoff und erfor­ dern eine einfache Bedienung. Sie werden vor allem in Bereichen eingesetzt, in denen ein Lauf unter Vorlast oder angrenzend an die Vorlast erforderlich ist.

Üblicherweise weist die bekannte Motorenkonstruktion den Nach­ teil auf, daß sie viel Brennstoff verbraucht und weniger geeignet ist für variable Belastungen, die für den heutigen Straßenverkehr erforderlich sind. Außerdem sind die Motoren störanfällig.

Aus der DE-PS 347 931 ist eine Glühkopfmaschine bekannt, bei der der Durchtrittskanal vom Glühkopf zum Zylinderraum mit einer Schraubeindrehung versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Motor derart zu verbessern, daß er für den Gebrauch mit wechseln­ den Belastungen als zuverlässiger und feinregelbarer Antrieb mit einer stark verbesserten und gut regelbaren Brennstoffeinspritzung dienen kann; dies alles unter Einhaltung der positiven Eigenschaf­ ten, nur unter Verminderung der vorgenannten Nachteile.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht für den Glühkopfmotor darin, daß das Brennstoffzuführsystem einen zur Austrittsdüse des Sprüh­ kopfs führenden, wendelförmigen Weg für den Brennstoff besitzt und daß sich die Austrittsdüse an den wendelförmigen Weg axial als sich bis zu einer Engstelle verjüngender und danach wieder erweiternder Kanal anschließt.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem wird also so einge­ richtet, daß es den Brennstoff gleich einer wendelförmigen Strömung im Sprühkopf führt. Die zum divergierenden Versprühen des Brenn­ stoffs ausgebildete Austrittsdüse des Sprühkopfs enthält vorzugs­ weise einen axial (das heißt in Richtung der Achse des wendelförmi­ gen Wegs) verlaufenden und sich (in Richtung des Brennstofftrans­ ports) zunächst verjüngenden und dann, nach einer Engstelle, wieder erweiternden Kanal. Dadurch wird erreicht, daß der bei Betrieb aus der Düse austretende Brennstoff in Form eines Nebels auf die ke­ gelförmige Innenwand des Verbrennungsraums gesprüht wird.

Nach der Erfindung kann bei dem Motor Gebrauch gemacht werden von einer Brennstoffzuführung durch einen Schraubengang bzw. durch Schraubengänge einer Spindel, die sich in einem sie eng bzw. dicht umgebenden Gehäuse befindet. In den Schraubengang kann der Brenn­ stoff unter Druck eingeleitet werden. Der Druck kann an der Eng­ stelle des genannten Kanals zusätzlich aufgebaut werden. Am Aus­ gang der Austrittsdüse - dort, wo sich der Kanal im Anschluß an die Engstelle wieder erweitert - erfolgt dann eine Entspannung des aufgebauten Drucks und der austretende Brennstoff wird in verne­ belter Form, in Form eines Kegels auf die Innenwand des kegelförmi­ gen Verbrennungsraums, des sogenannten Glühkopfs, niedergeschla­ gen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, speziell durch die Kom­ bination von Wendel und Düse, wird schließlich erreicht, daß der von letzterer kegelförmig ausgehende Brennstoffnebel eine derartige Form erhält, daß sich der Brennstoff im wesentlichen nur - bzw. fast ausschließlich - im äußeren Mantel des Kegels befindet; dadurch wiederum wird es möglich, lediglich die Ke­ gelstumpf-Flanken der Innenwände des Glühkopfs - das heißt ei­ nen Kegelstumpfmantel - zu besprühen, nicht jedoch die Mitte bzw. Spitze des Glühkopfkegels. Hierdurch wird der ausströmen­ de, gegebenenfalls sauerstoffreiche Brennstoffnebel im Sinne einer auch für wechselnde Belastungen günstig steuerbaren Be­ einflussung der Verbrennung stabilisiert. Durch das Unterdrüc­ ken einer Brennstoffzufuhr in die Spitze des kegelförmigen Verbrennungsraums wird erreicht, daß die Kegelspitze des In­ nenraums entsprechend weniger am Verkokungsprozeß teilnimmt und demgemäß relativ sauber bleibt.

Im Rahmen der Erfindung kann dem Ausgang des Sprühkopfes bzw. der Austrittsdüse nach Bedarf eine Form zum divergierenden Versprühen des Brennstoffs gegeben werden, die der Form der Flanken des Glühkopfes anpaßt ist. In einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der Austrittsdüse besteht der darin vorgese­ hene Durchgang aus drei in Brennstoff-Transportrichtung auf­ einanderfolgenden Bereichen, nämlich einem sich konisch ver­ jüngenden Kanalteil, einer als gerader Kanal zylindrisch aus­ gebildeten Engstelle und einem sich konisch wieder erweitern­ den Kanalteil. Vorzugsweise können sich der verjüngende und der sich erweiternde Kanalteil etwa in Form von Kegelstümpfen "Spitze-an-Spitze" gegenüberstehen. Im allgemeinen sollen die Kanalteile und die in Brennstoffflußrichtung vorausgehende Wendel dieselbe Achse haben. Die Wendel selbst als mehrgängi­ ge, z. B. viergängige, Gewindespindel ausgebildet werden. Der größte Umfang der Gewindespindel soll von einem gegebenenfalls zylindrischen Führungsgehäuse so umgeben werden, daß die Ge­ windegänge der Spindel eine tangentiale Verwirbelung bis in den Verbrennungsraum zur Folge haben.

Erfindungsgemäß wird der für wechselnde Belastungen zuverläs­ sig und fein regelbar und der Brennstoffverbrauch wird vermin­ dert, wenn der Brennstoff auf einen wendelförmigen Weg zu ei­ ner Austrittsdüse mit Engstelle so geleitet und beschleunigt wird, daß nur ein Kugelstumpfmantel der Innenseite des Glüh­ kopfkegels besprüht wird.

Anhand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels werden einige Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Glühkopfs;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil ei­ nes Sprühkopfes von Fig. 1; und

Fig. 3 einen nochmals vergrößerten Schnitt durch die Austrittsdüse des Sprühkopfes nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den insgesamt mit 1 bezeichneten Glüh­ kopf eines Glühkopfmotors. Der Glühkopf umfaßt einen im we­ sentlichen kegelförmigen Verbrennungsraum 2 mit einem insge­ samt mit 3 bezeichneten Brennstoffzuführsystem, das eine Brennstoffzuführleitung 4 und einen Sprühkopf 5 mit Austritts­ düse 6 aufweist. Der Sprühkopf 5 befindet sich im Zylinderkopf 7 eines Zylinders 8 mit Kolben 9 und Verbindungskanal 10. Der Kanal 10 stellt die Verbindung zwischen dem Zylinderinnenraum 11 und einem etwa halbkugel- oder ballonförmigen Innenraum, der Ballonkammer 12, des Zylinderkopfes 7 dar.

In der Zeichnung schließt sich auf der Glühkopfachse 13 unten an die Ballonkammer 12 der eigentliche Glühkopfkegel 14 an. Auf der Achse 13 oberhalb des Glühkopfkegels 14 befindet sich der Sprühkopf 5 mit Austrittsdüse 6. Die Glühkopfachse 13 kann zugleich die Symmetrieachse dieser Teile bilden. Der Zylinder­ kopf 7 und der Zylinder 8 können auf nicht gezeichnete Weise gekühlt werden. Dagegen bleibt der Glühkopfkegel 14 des Glüh­ kopfes 1 im allgemeinen ungekühlt. Zur Steuerung der Brenn­ stoffzufuhr über die Leitung 4 zum Sprühkopf 5 kann eine Re­ geleinrichtung 15 vorgesehen werden.

Erfindungsgemäß wird das Brennstoffzuführsystem 3 so ausgebil­ det, daß der Brennstoff verwirbelt als Nebelkegel 16 in den Verbrennungsraum 2 eintritt. Der Verbrennungsraum 2 besteht nach Fig. 1 aus der Ballonkammer 12 und der daran anschließen­ den, von dem eigentlichen Glühkopfkegel 14 aufgespannten Ke­ gelkammer 17. Der Nebelkegel 16 soll den Brennstoff vorzugs­ weise im wesentlichen nur im äußeren Kegelmantel enthalten, derart, daß lediglich die Kegelstumpfflanken 18 nicht aber der Bereich der Kegelspitze 19 (beides auf der Innenseite des Glühkopfkegels 14) mit Brennstoff besprüht werden.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten eines Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Sprühkopfes 5. Dieser umfaßt im Ausführungs­ beispiel ein Sprühgehäuse 21, eine Düsenkammer 22 und einen mit beidseitigem Gewinde versehenen, die beiden Teile 21, 22 zusammenhaltenden Verbindungsnippel 23. In die aus den Teilen 21, 22 und 23 bestehende Konstruktion wird eine Spindel 24 mit axial daran anschließendem, dünnen Schraubenteil 25 eingelas­ sen. Das Schraubenteil 25 ist in Fig. 2 eine viergängige Ge­ windespindel mit Gewindegängen 26. Die Gewindespindel und die darin vorgesehenen Gewindegänge 26 werden im Durchmesser so ausgelegt, daß sie dicht vom Verbindungsnippel 23 umgeben werden.

Zwischen dem Außenumfang der Spindel 24 und der Innenwand des Sprühgehäuses 21 wird ein Durchlaßspalt 27 vorgesehen, durch den Brennstoff, z. B. aus der Leitung 4, zugeführt und in den Gewindegang 26 eingeleitet werden kann. Der Brennstoff wird mit Hilfe des Gewindeganges 26 des Schraubenteils 25 tangen­ tial längs der Innenfläche des Verbindungsnippels 23 um die Achse 13 transportiert, er gelangt schließlich am (freien) Längsende bzw. Boden 28 des Schraubenteils 25 in eine Wirbel­ kammer 31 des Sprühgehäuses 21 bzw. der Austrittsdüse 6.

Fig. 3 stellt den Ausgang des Brennstoffzuführsystems 3, näm­ lich die Austrittsdüse 6 in noch weiter vergrößertem Maßstab dar. In Brennstofftransportrichtung schließt sich im Ausfüh­ rungsbeispiel die sich z. B. mit etwa 30° verengende Wirbelkam­ mer 31 schließt sich im Ausführungsbeispiel eine gerade bzw. zylindrische Kammer 32 und daran eine sich, z. B. mit den dar­ gestellten 60° erweiternde Austrittskammer 33 an. Der Boh­ rungsdurchmesser der geraden Kammer 32 kann beispielsweise größenordnungsmäßig 2,5 mm betragen. Die axialen Längen (ge­ messen in Richtung der Achse 13) der aufeinanderfolgenden Ka­ nalteile 31, 32 und 33 können der Reihe nach größenordnungsmä­ ßig 1 mm, 1,5 mm und 2,5 mm betragen. Die Werte der angegebe­ nen Winkel- und Längenbereiche wurden empirisch gefunden, sie haben sich in einer Versuchsanlage bewährt.

Bei dem erfindungsgemäßen Glühkopfmotor ist von Bedeutung, daß der verwirbelt aus der Austrittsdüse 6 austretende Brennstoff­ strahl als divergierender Strahl bzw. Nebelkegel 16 auf die kegelförmige Innenwand des Glühkopfkegels 14 auftrifft. Durch die erfindungsgemäße Formgebung des Sprühkopfs 5 und insbeson­ dere des Ausströmbereiches der Austrittsdüse 6 kann der durch die Wendelführung mit einem Drall versehene, divergierende Ne­ belkegel 16 definiert auf die Kegelstumpfflanken 18 der Innen­ wand des Glühkopfkegels 14 gelenkt werden, so daß der Bereich der Kegelspitze 19 der Glühkopfinnenwand im wesentlichen unbe­ sprüht bleibt.

Bezugszeichenliste

1

= Glühkopf

2

= Verbrennungsraum

3

= Brennstoffzuführsystem

4

= Brennstoffzuführleitung

5

= Sprühkopf

6

= Austrittsdüse

7

= Zylinderkopf

8

= Zylinder

9

= Kolben

10

= Verbindungskanal

11

= Zylinderinnenraum

12

= Ballonkammer

13

= Kegelachse

14

= Glühkopfkegel

15

= Regeleinrichtung

16

= Nebelkegel

17

= Kegelkammer

18

= Kegelstumpfflanke

19

= Kegelspitze

21

= Sprühgehäuse

22

= Düsenkappe

23

= Verbindungsnippel

24

= Spindel

25

= Schraubenteil (

24

)

26

= Gewindegang

27

= Durchlaßspalt

28

= Boden (

25

)

31

= Wirbelkammer

32

= gerade Kammer

33

= Austrittskammer

Claims (5)

1. Glühkopfmotor mit einem im wesentlichen kegelförmigen Verbren­ nungsraum (2) und einem Brennstoffzuführsystem (3) mit einem Sprüh­ kopf (5) mit Austrittsdüse (6) zum Versprühen des Brennstoffs gegen die Innenwand des kegelförmigen Verbrennungsraums (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzuführsystem (3) einen zur Austrittsdüse (6) des Sprühkopfes (5) führenden, wendelförmigen Weg (26) für den Brenn­ stoff besitzt und daß sich die Austrittsdüse (6) an den wendelför­ migen Weg (26) axial als sich bis zu einer Engstelle (32) verjüngen­ der (31) und danach wieder erweiternder (33) Kanal anschließt.

2. Glühkopfmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (6) aus einer sich unmittelbar an den wendel­ förmigen Weg (26) anschließenden Wirbelkammer (31), die sich konisch verengt, der Engstelle (32) und einer in Brennstofftransportrich­ tung darauf folgenden Austrittskammer (31), die sich konisch erwei­ tert, besteht.

3. Glühkopfmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle (32) als gerader, insbesondere zylindrischer Kanal ausgebildet ist.

4. Glühkopfmotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Brennstoff-Transportrichtung zur Engstelle (32) hinfüh­ renden und von der Engstelle aus weiterführenden Kanalteile (31, 33) als einander mit der Spitze zugewandte Kegelstümpfe ausgebildet sind.

5. Glühkopfmotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Sprühkopf (5) mit einer viergängigen Schraubenspindel (25), die dichtend von einem inneren zylindrischen Gehäuse (21) umgeben ist, so daß die Gewindegänge (26) der Spindel (25) eine tangentiale Ver­ wirbelung des in der Austrittsdüse (6) und in den Verbrennungsraum (2) eintretenden Brennstoffs bewirken.