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Luftverdichtende Brennkrafttnaschine mit. Selbstzündung und Druckeinspritzung
Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
und Druckeinspritzung, insbesondere für schwer zündbare Brennstoffe, bei der der
Hauptteil der Ladeluft in eine vorn Zylinderraum durch eine Drosselöffnung abgetrennte
Wirbelkammer übergeschoben wird.
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Es sind bereits Maschinen dieser Art bekannt, bei denen der Brennstoff
durch eine Zündkammer mit- breiter öffnung hindurch in die Wirbelkammer gespritzt
wird. Die zwischen der Einspritzdüse und der Wirbelkammer angeordnete Zündkammer
hat lediglich die Aufgabe,.den Brennstoff zu entflammen, um den.nachteilige.n Einfluß
des -Zündverzuges, der
- bei direkter Einspritzung in -die Wirbelkammer eintreten
würde, auf die Verbrennung zu vermeiden. Insbesondere für schwer entzündbare Brennstoffe-,
in erster -Linie -also Braun- und Steinkohlenteeröle, rei.cht diese Maßnahme nicht
aus, uni eine einwandfreieVerbremiungsicherzustellen, Der eingespritzte Brennstoff
wird auf seinem Weg durchs die Zündkammer
, viel zu wenig mechanisch und
therniisch aufbereitet, als daß er in der Ladeluft der Wirbelkammer vollkominen
verbrannt. werden kännte. Der Wärme--inhalt der Wirbgll<ammer ist viel zu gering,.
uni eine vollständige Verbrennung der direkt eingespritzten, insbesondere schwer
entzündbaren Brenfistoffe zu gewährleisten. Die Folge davon ist rauchender oder
rußender Betrieb, falls nicht' auf einen.. leichter entzündbaren Brennstoff, z.
B. gutes Ga#öl, zurückgegriffen wird, was, die Wirtschaftlic
' h# keit des
Betriebes natürlich vermindert.
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Es sind auch schon ItiftverdichtendeBrennkraftmasc12nen mit Selbstzündung
und Druckeinspritzung bekannt, bei denen der Brennstoff -in eine Vorkammer -eingespritzt
wird, die durch Drosselöffnungen mit dem Zylinderraum in Verbindung steht, so daß
lein B rennstoffgasgemisch über jie -Drosselöffnungen in den Brennraum eingebl;isen
werden kann. Der Brennraum ist hierbei aber keine Wirbelkammer im engeren- Sinne,
weil er nicht durch eine Drosselöffnung väm Zylinderraum abgetrennt, vielmehr nur
durch eine, Stufe vorn Zylinderrauin abgegetzt ist. Es iat daher., weder
- Möglich, ein e041iches Druckgefälle, zwischen Zylinderraum -:und Breiinraum
inBewegur#gsenergie-umzu'setzen, -um eine hohe Wirbelgescliwiridigj<e*t..z.ti-
e-rzielen, noch aber den Brennraum -so-der-'.#Virbelbewegung anzupassen
. daß -diese zur Einblasung des Brennstöffgasgemisches voll aufrechtzuerhalten
ist. -Die Wirbelbewegung; die in'diesem Brennraum durch die.Verdrängungswirkung
des Arbeitskolbens; gegenüber
der Stufe des Zylinderraumes - zustande
kommt und erst verhältnismäßig -gpät.le-insetzt, i#t noch viel zu- gering, um -das
eingeblasene
Brennstoffgasgemisch, insbesondere bei Verwendung
schwer entzündbarer Brennstoffe, vollständig zu verbrennen.
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Demgegenüber besteht das Neue der Er-' findung in der Verbindung einer
vom Zyliii--derraum durch eine Drosselöffnung abäetrennten Wirbelkammer mit einer
Vorkam'. mer, über deren- Drosselöffnungen ein Brennstoffgasgemisch in die Wirbelkammer
eingeblasen wird. Dadurch läßt sich der Betrieb dieser Maschine weitgehend unabhängig
machen von der Art des verwendeten Brennstoffes. Durch die Vorkammer können insbesondere
auch schwer entzündbare Brennstoffe, z. B. Braun- oder Steinkohlenteeröle, genügend
mechanisch und chemisch aufbereitet werden, ehe sie in der bewegten Ladeluft der
Wirbelkammer zu ' r Verbrennung gelangen. Die Vorkammer hat in diesem Falle
die Aufgabe, durch Entzündung des eingespritzten Brennstoffes ein ungesättigtes
Brennstoffgasgemisch zu erzeugen und dieses durch Drückerhöhung über die D«rosselöffnungen
in die Wirbelkammer umzufüllen, während die Wirbelkammer die Aufgabe hat, infolge
des sich von ihrer Drosselöffnung einstellenden Druckgefälles eine erhebliche Wirbelbewegung
der übergeschobenen Ladeluft frühzeitig auszubilden und lange aufrechtzuerhalten.
Die Vorkammer verkleinert somit nicht nur den Zündverzug, sie bereitet den Brennstoff
auch weitgehend für die Yerbrennung vor und verteilt- ihn anschließend über die
Ladeluft, die durch die Wirbelkammer in rascher, andauernder Wirbelbewegung gehalten
wird. Die Verbindung von Wirbelkammer und Vorkammer macht somit die Verbrennung
unabhängig von der Druckzerstäubung der Einspritzdüse und vom Wärmeinhalt der Wirbelkammer.
Auf diese Weise läßt sich die Verbrennung auch ohne nennenswerten Luftüberschuß
sehr vollkommen durchführen, und zwar selbst mit Brennstoffen, die bisher nicht
rauch- und rußfrei verarbeitet werden konnten. Der Betrieb der Maschine wird dadurch
- unabhängig von der jeweiligen Marktlage der Brennstoffe - so wirtschaftlich
wie nur möglich.
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Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung, näher veranschaulicht.
Es zeigt Fig. i ' einen senkrechten Hauptschnitt durch die Brennkammer einer
Viertaktmaschine und Fig.:2 einen senkrechten Hauptschnitt durch die Brennkammer
einer Zweitaktmaschine.
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- Beim- Ausführungsbeispiel nach Fig. i ist die Vorkammer 2
im Zylinderdeckel 3 und die Wirbelkammer 4 im Arbeitskolben 5 symmetrisch
zur Zylinderachse A angeordnet. Die Vorkammer 2 besteht aus einem Einsatz
6,
der mit der Spritzdüse 7 durch ein Gewinde 8
unmittelbar verbunden
ist. Die Spritzdüse 7
""ist durch ein im Zylinderdeckel 3 eingesetz-,i-tes
Rohr 9 ummantelt. Der Einsatz 6 ist durch einen kegeligen Kopf io
abgeschlossen, il r eine Anzahl von Drosselöffnungen ii 'ä#fiveist. Die Wirbelkammer
besteht aus einer wulstförrnigen Kolbenausnehmung, in die der Kopf io unter Freigabe
eines kreisringförmigen überströnikanals i?- hineinragt. Die Drosselöffnungen i
i sind nach der den überström-kanal begrenzenden Wandung 13 der Wirbelkammer 4 ausgerichtet.
Ein kegeliger Forts#tz 14 am Boden der Wirbelkammer 4 ist dem Kopf io des Einsatzes
6 entgegengerichtet. Die DÜse 7 spritzt bei 15 in der Achse
des Einsatzes 6 ein.
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Beim Verdichtungshub des Kolbens 5 wird ein kleiner Teil der
Ladeluft in die Vorkammer z, der größere Teil der Ladeluft hingegen in die
Wirbelkammer 4 übergeschoben. Im Kopf io des Einsatzes 6 prallen die einzelnen
Luftströme aneinander und bilden einen gegen die Düsenmündung 15 gerichteten Sammelstrom,
in den der Brennstoff eingespritzt und gezündet wird. Gegen Ende des Verdichtungshubes
wird die aus dem Spalt 16 in die Wirbelkammer 4 überströmende Ladeluft im Kanal
12 gedrosselt und unter Steigerung ihrer Geschwindigkeit an den Teilen io, 14 umgelenkt,
so daß in der Wirbelkämmer 4 eine regelmäßige Wirbelbewegung entsteht. Etwa im oberen
Totpunkt wird das in der Vorkammer 2 entstehende Brennstoffgasgemisch in derRichtungD
über die Drosselöffnungen ausgeblasen, wobei es den Luftstrom bei E kreuzt
und mit dem Gasluftstrom C gegensinnig zusammentrifft. Dadurch findet eine schnelle
und vollkommene Vermengung des Brennstoffgasgemisches mit der Ladeluft statt, en
die sich unmittelbar die Verbrennung anschließt, Beim Ausführungbeispiel nach Fig.
2 sind Vorkammer 2 und Wirbelkammer 4 im. Zylinderdeckel 3 symmetrisch zur
Zylinderachse A
angeordnet, wobei die Vorkammer 2 sich innerhalb der Wirbelkammer
4 befindet. Die Vorkammer 2 besteht aus einem Einsatz 6,
der in einem zylindrischen
Fortsatz ig der Wirbelkammer 4 angeordnet und durch ein Gewinde 8 mit der
im Boden 17 der Wirbelkammer 4 dicht eingesetzten Spritzdüse 7 verbunden
ist. Der Einsatz 6 ist durch e inen Kopf 18 abgeschlossen, der mit der unteren
Begrenzungskante des Zylinderdeckels- 3 bündig verläuft. Der Kopf iS ist
mit einer Anzahl von Drosselöffnungen ii versehen, die nach der den Überströmkanal
12 begrenzenden Wandung 13 der Wirbelkamnier 4 ausgerichtet sind. Die Teile
18 und ig wirken in diesem Fall als Leitflächen für die aus
dem
Spalt 16 übergeschobene Ladeluft. An der Wirkungsweise der Maschine selbst
hat sich nichts geändert.
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Die Vorkammer 2 ist im Verhältnis zur Wirbelkammer4 sehr klein, da
die Vorverbrennung unter Luftmangel vollzogen werden soll. Der Glüheinsatz
6 sorgt dafür, -daß der in die Vorkammer 2, eingespritzte Brennstoff unter
allen Umständen seine Zündbe--, dingungen v(grfindet, gleichgültig, um welche: Art
-von Brennstoff es sich hierbei handelt. Die Vorverbrennung dient dazu, die Wandungen
des Glüheinsatzes 6 zu beheizen, die schwer entzündbaren Brennstoffteile
aufzuspalten und die Druckenergie zur Zerstänbung des Brennstoffgasgeinisches zu
liefern. Die Zerstäubung ist hierbei so geführt, daß sie mit dem Luftwirbel der
Kammer4 in bestimmter Weise - z. B. im Kreuz- und Gegenstrom - zusammenklingt,
wodurch eine günstige Aufteilung des Brennstoffgasgemisches auf die Ladeluft sichergestellt
wird und die Hauptverbrennung nahezu ohne Luftüberschuß durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt;
sie ist auf alle Wirbelkarilmermaschinen anwendbar, bei denen die Wirbelkammer durch
eine Drosselöffnung vom Zylinderraum abgetrennt ist. Nach welcheniVerfahren dieMaschine
hierbei arbeite, ob im Zweitakt oder im Viertakt, ist für die Erfindung ohne Belang,