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Vorkammerdieselmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Vorkammerdieselmaschinen,
bei welchen der Brennstoff beim Anlassen in den Arbeitsraum und bei normalem Betrieb
in die Vorkammer,eingespritzt wird. Solche Maschinen springen ohne Zündhilfe (im
allgemeinen elektrisch beheizter Glühzünder) an, da beim unmittelbaren Einspritzen
des Brennstoffes in. den Hauptverbrennungsraum sich bessere ZündbecUngungen :ergeben
,als in der noch kalten Vorkammer.
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Bekannte Vorkammerdieselmaschinen dieser Art besitzen zwei Brennstoffventile,
von denen das eine während des normalen Betriebes den Brennstoff in die Vorkammer
und das andere, das nur beim Anlassen in Tätigkeit tritt, unmittelbar in den Hauptverbrennungsrauin
einspritzt. Das Anlaßeinspritzv.entil ist während des Betriebes der Maschine abgestellt.
Der in seiner Düse befindliche Brennstoff neigt durch die Erhitzung zur Verkokung.
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Bei Dieselmaschinen mit mir einem in der Vorkammer angeordneten Brennstoffventil
ist auch, um ein Anspringen ohne Zündhilfe zu ermöglichen, bereits die Anordnung
einer zusätzlichen, in der Achse des Brennstoffstrahles liegenden weiten und verschließbaren
Durchtrittsöffnung vorgeschlagen worden, die den Brennstoff beim Anlassen unmittelbar
in den Hauptverbrennungs.raum durchtreten läßt. Nach dem Anlassen wird diese Öffnung
verschlossen. Da das Abscbl'ußorgan während des Betriebes ruht, brennt es leicht
fest und wird unbeweglich.
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Gemäß der Erfindung wird die Düsenmündung, die in der Achse der Vorkammeröffnung
liegt, so zur Vorkammerröffnung gestellt und der Öffnungsdruck für die Nadel so
bemessen, daß der Brennstoffstrahl bei niedriger Drehzahl, den in die Vorkammer
schießenden Luftstrom überwindend, unmittelbar in den Arbeitsraum eingespritzt,
bei höherer Drehzahl jedoch vom Luftstrom ganz oder teilweise mitgenommen und in
der Kammer verbrannt wird.
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Maßgebend für die Erfindung ist also die Abstimmung der Geschwindigkeiten
des Brennstoffstrahles und der Luft in der Vor= kammeröfnung. Diese Abstimmung hat
so zu erfolgen, daß bei niedriger Drehzahl die kinetische Energie des Brennstoffstrahles
diejenige der in die Vorkammer einströmenden Luft überwiegt, so daß der Brennstoff
ztun größten Teil in den Verbrennungsraum eintritt, während bei hoher Drehzahl infolge
der Zunahme der Luftgeschwindigkeit der Brennstoffstrahl ganz oder teilweise in
die Vorkammer zurückgedrängt wird. Die durch die Erfindung beabsichtigte Wirkung
beruht auf folgenden, an sich bekannten strömungstechnischen Gesetzen:
Die
Geschwindigkeiten des Brennstoffstrahles und des Luftstromes hängen ab vom Querschnitt
der Düse bzw. der Vorkammeröffnung und dem Druckgefälle von der Diü e bzw. dem Hauptverbrennungsraum
in die Vorkammer. Die Querschnitte von Düse und Vorkammeröffnung liegen im wesentlichen
fest durch die in der Zeiteinheit zu verarbeitende Brennstoffmenge, die ihrerseits
wieder durch die Höchstleistung- und die Drehzahl des Motors bestimmt wird. Da der
Kompressionsdruck sich nur wenig mit der Drehzahl ändert, bestimmt allein der öffnungsdruck
des Einspritzventils das Druckgefälle von der Düse in die Vorkammer. Der öffnungsdruck
ist bei veränderlicher Drehzahl annähernd konstant und damit auch das Druckgefälle
bzw. die Geschwindigkeit des Brennstoffstrahles. Dagegen ändert sich das D@ruckgefälle
des Luftstromes vom Hauptverbrennungsraüm in die Vorkammer proportional mit dem
Quadrat der Kolbengeschwindigkeit bzw. der Drehzahl.
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Außerdem nimmt aber die kinetische Energie des Brennstoffstrahles
mit der Entfernung von der Düsenmündung ab. Will man also den Öffnungsdruck nicht
höher wählen, als die notwendige Feinheit der Brennstoffzerstäubung es verlangt
(So bis i5oat), so kann man durch die richtige Wahl des Düsenabstandes von der Vorkammeröffnung
ebenfalls -die gewünschte Abstimmung erreichen. Hinzu kommt noch. daß die mit der
Entfernung von der Düse zunehmende Strahlverbreiterung. ebenfalls einen maßgebenden
Einfluß auf' die durch die Vorkammeröffnung hindurchtretende Brennstoffmenge hat.
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Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Maschinen den Vorteil
auf, daß sie keinerlei zusätzliche Mittel erfordert, die der Gefahr des Festbrennens
ausgesetzt sind und auf die bei der Gestaltung des Brennraumes Rücksicht genommen
werden müß.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt.
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Die Abb. i zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf einer Vorkammerdieselmaschine,
bei der das Einspritzventil im Vorkammerhals angeordnet ist.
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Abb.2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf einer Vorkammerdieselmaschine,
bei der das Einspritzventil in der Vorkammer angeordnet ist.
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In Abb. i ist die im Zylinderdecli:el R befindliche Vorkammer C durch
den VorkammerhalsA mit dem Arbeitsraum der 1VIaschine verbunden. Das Brennstoffeinspritzven.til
F mündet mit seiner Düse in den Mals A ein und spritzt seinen Strahl quer hindurch.
Der Düsenmündung des Einspritzi-entils gegenüber ist eine in den Arbeitsratun führende
Bohrung D im. Vorkamtnerhals-1 vorgeschen. - Beim Anlassen der Maschine, d. h. also
bei niedriger Drehzahl, spritzt der aus der Düse F austretende Brennstoffstrahl
euer durch den VorkammerhalsA und durch die Bohrung D@ in den Arbeitsraum. Sobald
infolge Erhöhung der Drehzahl der it#Iascliine die in die Vorkammer eindringende
Luft eine gewisse Geschwindigkeit erreicht hat, wird der Brennstoffstrahl unigelenkt
und geht ganz. oder teilweise, wie punktiert dargestellt ist, in die Kammer.
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Abb.2 zeigt eine Anordnung, bei welcher die in dem gekühlten DecketA
enthaltene Düse B ihre Mündung in der Achse der Ver-1>indungsö@ffnung G der Kammer
nach denn Arbeitsraum hat. Der gekühlte Deckel A bildet mit dem Zwischenstück H,
welches die Vorkammerö.ffnung G enthält, die Kammer. In diese tritt aus dem Arbeitsraum
des Zylinders J die komprimierte Luft beim Anlassen mit so geringer Geschwindigkeit,
daß der Brennstoffstrahl, wie voll bezeichnet, möglichst vollständig in den Arbeitsraum
spritzt und dort zündet. Bei höherer Drehzahl wird er gemäß den punktierten Linien
in die Kammer ganz oder teilweise zurückgeblasen und zündet dort oder auf dem Wege
dorthin. Das Zwischenstück H wird hierbei an seinem oberen Teil außen und innen
erhitzt und kann sich frei nach oben hin ausdehnen, ohne zit reißen oder sich zu
werfen. -Die Kammer kann in jeder anderen Lage am Zylinder oder Deckel angebracht
werden, nur muß der Bremistoffstrahl so angeordnet werden, daß er von dem Luftstrahl
in der beschriebenen Art abgelenkt wird.
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hm die oben beschriebene Wirkung zu erreichen, verfährt man wie folgt:
Nachdem der Querschnitt der Düse und der Vorkammeröffnung durch die geforderte Motorleistung
festgelegt ist, stellt man durch Anspannen der Feder des Einspritzventils den öffnungsdruck
der Düse so hoch ein. dat:, einerseits die für die Verbrennung notwendige Zerstäubung
erreicht wird und anderseits die Durchschlagskraft des Brennstoffstrahles so groß
wird, daß er beim anlassen und niedriger Drehzahl den entgegen strömenden Luftstrom
überwindet und in den Arbeitsraum übertritt. Wird diese letzte Forderung nicht erreicht,
so wird der Abstand des Einspritzventils von der Vorkammeröffnwrg in der Weise geändert,
daß die erforderliclic Durchschlagskraft des Brennstoffstrahles in der Austrittsebene
der Vorkainmeröffnung vorhanden ist. Das Verschieben des Einspritzventils ist für
den obengenannten Zweck deswegen besonders geeignet, weil die Leistung und der Brennstoffverbrauch
dadurch nicht beeinflußt werden. Selbstverständlich
ist die Luftgeschwindigkeit
auch vom Querschnitt der Vorkammeröffnung abhängig. Der Querschnitt kann in den
Grenzen geändert werden, die die Leistung und der Brennstoffverbrauch zulassen.