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Selbstzündende; luftverdichtende Brennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einervomHubraume
abgezweigten, am Ende des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft
aufnehmenden Kammer von länglicher Form, deren Achse parallel zur Zylinderachse
verläuft und in deren wirbelnden Luftinhalt der Brennstoff gegen Ende des Verdichtungshubes
in einem kegelförmigen Strahl sowie unter einem spitzen Winkel@zurBrennkammerachse
eingespritzt wird.
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Auch bei diesen bekannten Maschinen mit Wirbelkammer hat die Wirbelkammer
die Aufgabe, den Brennstoff mit der Verbrennungsluft in möglichst innige Berührung
zu bringen. Abgesehen davon, daß diese gewünschte Wirkung bei den bisher bekannten
Bauarten nicht immer voll erreicht wird, treten bei diesen an der Übergangsstelle
zwischen Wirbelkammer und Zylinderraum infolge der relativ engen Verbindung zwischen
der Wirbelkammer und demHubraume oftDrosselungen auf, die eine Abkühlung der Luft
und damit des Gemisches zur Folge haben, eine Erscheinung, die sich insbesondere
beim Anlassen und bei geringeren Belastungen der Maschine nachteilig bemerkbar macht.
Um dem entgegenzuwirken, mußte man bei Wirbelkammermaschinen dieser Art im allgemeinen
eine besonderewährend des Anlassens und bei geringen Belastungen in Betrieb befindliche
Zündquelle vorsehen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen
und eine Maschine zu schaffen, die insbesondere auch aus dem kalten Zustande ohne
besondere Zündhilfe angefahren werden kann.
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Wie eingehende Versuche gezeigt haben, gelingt dies ohne Beeinträchtigung
des Normalmaschinenwirkungsgrades, wenn eine im Zylinderkopf angeordnete, in ihrem
maschineneinwärts gelegenen Teile zylindrisch ausgebildete, maschinenauswärts durch
eine Höhlkugelhälfte begrenzte Brennkammer vorgesehen wird, deren Mittelachse ungefähr
in Richtung einer Mantellinie des Hubraumes verläuft und deren untere Begrenzungsfläche
senkrecht zur Zylinderachse steht.
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Als günstig hat sich dabei erwiesen, die untere Begrenzungsfläche
der Brennkammer mit Bezug auf die Zylinderkopfinnenfläche maschineneinwärts zu versetzen.
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Eine Maschine mit einer Brennkammeranordnung der letzteren Art erhält
vorteilhafterweise an der Schnittlinie zwischen der der
Zylinderachse
nächstliegenden Brennkammerwand und der Zylinderkopfinnenfläche einen spitzwinkligen
keilförmigen Ansatz, der seinerseits zu einer gutenLuftführungwesentlich beiträgt.
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Die Zeichnung veranschaulicht Brennkraftmaschinen mit den Kennzeichen
gemäß der Erfindung.
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Fig. i gibt ein Schaubild einer Ausführungsforrn einer Maschine gemäß
der Erfindung. Die Figur zeigt die Bewegung der Luftladung bei Beginn des Verdichtungshubes.
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Fig. 2 ist eine der Fig. i ähnliche Darstellung, aus der die Luftbewegung
in dem Augenblick ersichtlich ist, in welchem der Kolben die obere Totpunktslage
erreicht.
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Fig. 3 und 4. sind den Fig. i und :2 ähnliche Schaubilder für ein
anderes Ausführungsbeispiel einer Maschine gemäß der Erfindung.
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Fig.5 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine bauliche Ausführung
der Maschine, entsprechend den Fig. i und 2.
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Fig.6 ist ein ähnlicher Schnitt für eine den Fig. 3 und i entsprechende
Ausführungsform.
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Fig. ,7 gibt eine weitere Ausbildung der in Fig. 6 dargestellten Maschine.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
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Bei der in den F ig. i und z dargestellten Maschine geben die eingezeichneten
Pfeile schematisch dieLuftströinung imHubraume 2o und in der Wirbelkammer 2i an.
Letztere hat einen zylindrischen Wandteil ::"2 und einen halbhohlkugelförmigen Deckenteil
?3. Der Wirbelkainmerrauin 21 ist in sich geschlossen, und seine Mittellinie liegt
versetzt zur Zylinderachse und verläuft im wesentlichen! in Richtung einer Mantellinie
der Wandung 24 der Zylinderbohrung. Die den Hubrauen 2o und die Verbrennungskammer
?i verbindende Öffnung 25, die von den Bogen zweier sich schneidender Kreise begrenzt
wird, ist verhältnismäßig weit. Die untere Wand 26 der Verbrennungskammer liegt
dabei in Höhe der unteren Begrenzungsfläche 27 des Zylinderkopfes. Die Wandung 28
der Brennkammer 2 1 nahe der Zylinderachse bildet mit der Zylinderköpffläche 27
einen Winkel von wenigstens go° und bildet mit dieser eine scharfe Kante 29.
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Beim Beginn und während des größten Teiles des Verdichtungshubes ist
die Richtung der in die Brennkammer überströmenden Luft, wie in Fig. i dargestellt,
derart, daß in der Kammer ein regelmäßigerWirbel in einer dein Uhrzeigersinne entgegengesetzten
Richtung hervorgerufen wird, und zwar um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht
zur Zylinderachse verläuft. Der Wirbel bleibt bestehen, bis der Kolben
30 fast seine obere Totpunktlage erreicht hat. Dann wird nämlich die Luftströmung
quer zur Zylinderbob-. rung, d.h. über die obereKolbenbegrenzungsfläche hinweg,
erheblich stärker und zwingt infolgedessen die Durchschnittsluftströmungsrichtung
in den Verdichtungsraum hinein nach links über die Mitte des in Fig. i dargestellten
Wirbels. Hierdurch wird der Wirbel, der sich anfänglich ausgebildet hatte, in eine
Vielzahl von voneinander unabhängigen Teilwirbeln aufgeteilt, d. h. es wird eine
ungerichtete oder ungeordnete Strömung, also Turbulenz, erzeugt. Nähert sich aber
der Kolben völlig dem Totpunkt, so überwiegt die Luftströmung quer über die Kolbenfläche,
und es bildet sich, wie Fig. 2 zeigt, ein genau abgegrenzter Wirbel in entgegengesetzter
Richtung, d. h. im Uhrzeigersinne, aus. In diesen Wirbel wird der Brennstoff eingespritzt.
Um den Brennstoffstrahl gut zu zerstäuben, wird die Mittellinie des Spritzstrahles
in bekannter Weise in oder im Sinne der Zeichnung .über die Wirbelmitte gelegt.
Die Einspritzung beginnt zweckmäßigerweise bei etwa iS° vor der oberen Totpunktslage.
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Während des Endteils des Verdichtungshubes bildet die über die Kolbenfläche
streichende Luft heftige örtliche Wirbel gerade hinter der scharfen Kante 29, wie
in Fig. 2 bei 31 angedeutet. Umgekehrt entsteht beim Beginn des Ausdehnungshubes,
wenn das aus der Wirbelkammer austretende brennende Brennstoff-Luft-Geinisch über
die Kolbenfläche in zu der in Fig. 2 gezeigten entgegengesetzten Richtung ausströmt,
Turbulenz auf der anderen Seite der scharfen Kante 29, die zur Zündung dennoch nicht
brennenden Gemischteile beiträgt.
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In der in den Fig. 3 und .a. dargestellten Ausführungsform der Maschine
gemäß der Erfindung ist die untere Wand z 6a der Brenn-, kammer 2-i im Vergleich
zu der in den Fig. i und 2 dargestellten gewissermaßen abgesenkt, so daß sich die
öffnung 25a infolgedessen diagonal über die Zylinderecke erstreckt. Während des
Anfangsteils des Verdichtungshubes ist die Durchschnittsrichtung der Luftströmung,
wie die Pfeile in Fig. 3 andeuten, derart, daß in der Brennkammer ein Wirbel im
Uhrzeigersinne erzeugt wird. Wenn der Kolben 3o die untere Wand 26a .erreicht hat,
so ändert sich die Durchschnittsrichtung der Luftströmung, undwährend derEndbewegung
des Kolbens gegen den oberen Totpunkt hin überschneidet die über die Kolbenfläche
hinweggedrückteLuftden ursprünglichenWirbel, wie durch die Pfeile in Fig. 4. angedeutet.
Dadurch entsteht zunächst wiederum eine nicht gerichtete, ungeordnete Strömung,
also Turbulenz, und verbleibt alsdann ein Wirbelteil,
der dieselbe
Richtung wie der ursprüngliche Gesamtwirbel besitzt, im oberen Teil sowie ein Wirbel
von entgegengesetzter Richtung im unteren Teil der Wirbelkammer.
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Bezüglich Fig. 4 sei noch erwähnt, daß das Raumverhältnis des abgesenkten
Teils der Kammer, d. h. desjenigen Teils, der in der oberen Totpunktlage unterhalb
des Kolbenbodens liegt, zum ganzen Wirbelkammerraum etwa 0,275 zu i beträgt.
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Eine bauliche Ausführungsform der in den Fig. i und 2 schaubildlich
behandelten Maschine findet sich in der Fig. 5. Die Brennkammer 2i ist in einem
Stopfen 32 vorgesehen, der in einer entsprechenden Öffnung des Zylinderkopfes 34
sitzt. Die Brennstoffeinspritzdüse 39 ist derart schräg gestellt, daß die
Einspritzung im Abstrom des Endwirbels erfolgt. Außerdem ist ersichtlich, daß der
obere Teil 4o des Hubraumes im Zylinderkopf ausgebildet ist.
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Die Fig.6 und 7 zeigen Ausführungsformen für die an zweiter Stelle
behandelte Maschine, die schaubildlich in den Fig. 3 und 4 behandelt wurde. Auch
bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Maschinen liegt der obere Teil 40 des
Hubraumes im Zylinderkopf 34. In Fig. 7 bildet die der Zylinderachse nächstliegende
Wand 28a der Brennkammer mit der Unterfläche 27 des Zylinderkopfes einen spitzen
Winkel.