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Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine, insbesondere
für schwere Brennstoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende, luftverdichtende
Brennkraftmaschine, -insbesondere für schwere Brennstoffe, mit einer gekühlten aus
einem weiteren und einem im Verhältnis dazu engeren, dem Arbeitszylinder zugewandten
Raumteil bestehenden, symmetrisch zur Urennstoffeinspritzdüsena,chse angeordneten
und eine in der Vorkammerachse liegende Drosselbohrung besitzenden Vorkammer. Durch
die Drosselbohrung- hindurch wird gegen Ende des Verdichtungshubes bei Leerlauf
bzw. niedrigeren Drehzahlen flüssiger Brennstoff unmittelbar in den Arbeitszylinder
eingesprizt, bei höheren Drehzahlen dagegen ein solches unmittelbares-Hindurchspritzen
durch die in die Vorkammer einströmendeLuft im wesentlichen verhindert. Vorkammerdieselmaschinen
dieser Art haben den Vorteil eines leichten Anlassens, da der Brennstoff bis unmittelbar
in den heißen Kern der Verdichtungsluft im Hauptbrennraum gelangt und dort die für
eine sichere Zündung erforderlichen Bedingungen vorfindet, welche in der noch verhältnismäßig
kalten Vorkammer nicht gegeben sind.
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Andererseits haben jedoch diese Maschinen im allgemeinen den Nachteil,
daß sie im Normalbetrieb infolge schlechterer Verbrennung eine verhältnismäßig geringe
Leistung aufweisen und zum Rauchen neigen.
Die Erfindung bezweckt
eine Vorkammermaschine, welche unter Beibehaltung der Vorteile eines leichten Anlassens
zugleich unter Verwendung einfacher Mittel einen einwandfreien elastischen Gang
im Normalbetrieb gewährleistet. Sie besteht darin, daß der engere Raumteil aus einer
Reihe von axial aufeinanderfolgenden ringförmigen, zum Drosselkanal konzentrischen
Raumteilen besteht.
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Infolge der plötzlich aufeinanderfolgenden Ouerschnittsänderungen
entstehen innerhalb des Drosselkanals Stauzonen, die eine zusätzliche Drosselwirkung
gegenüber den Gasen hervorrufen. Es tritt daher in der Kammer eine erhöhte Drucksteigerung
gegenüber dem Hauptbrennraum ein, die ein zu rasches, ungehemmtes Abströmen der
Vorkammergase verhindert und eine verbesserte Zerstäubung und damit Verbrennung
des Brennstoffes ge--,\,ährleistet. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorkammer weist
daher im Normalbetrieb die vorteilhaften Eigenschaften einer Vorkammer ohne unmittelbare
Einspritzung des Brennstoffes in den Hauptbrennraum weitgehend auf.
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Andererseits kann der Drosselkanal trotz der besonders bei höheren
Drehzahlen vorhandenen zusätzlichen Drosselwirkung einen verhältnismäßig weiten
engsten Querschnitt besitzen, so daß ein unmittelbares Hindurchspritzen von Brennstoff
bis in den Hauptbrennraum während des Anlassens auch bei verhältnismäßig niedrigem
Einspritzdruck gewährleistet ist.
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Die Erfindung hat des weiteren den Vorteil, daß ein bei anderen Maschinen
leicht auftretender nagelnder Gang der Maschine bei niedrigen Drehzahlen vermieden
wird, was offenbar darauf zurückzuführen ist, daß infolge der geringeren Drosselwirkung
bei niederen Drehzahlen die im Zylinderraum verdichtete heiße Luft unbehinderter
in die Vorkammer einströmen kann und damit den Zündverzug verringert.
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Die durch die ringförmigen Raumteile vergrößerte Oberfläche des Drosselkanals
ergibt ferner eine wirksame Aufheizung der in die Vorkammer einströmenden Luft,
wodurch die Aufbereitung des Brennstoffes zur Zündung noch weiter verbessert und
der Zündverzug noch weiter herabgesetzt wird.
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Zweckmäßig werden die den Drosselkanal umgebenden, ringförmigen Raumteile
durch in die Vorkammer eingesetzte, wechselweise aufeinanderfolgende gleiche Außendurchmesser,
aber verschiedene Innenbohrungen besitzende Ringscheiben und Abstandsringe gebildet.
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Bei einfachen Ausführungsformen können die ringförmigen Erweiterungen
auch unmittelbar in ein den Drosselkanal aufweisendes Einsatzstück eingearbeitet
sein, sofern nur die in dieser Weise hergestellten Ausnehmungen eine genügende Tiefe
zur Erzielung der erfindungsgemäß angestrebten Wirkung besitzen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i, 2 und 3 je eine Vorkammer im Längsschnitt mit
-verschiedenen lamellenartig angeordneten, scheibenförmigen Ringen, Abb. 4 die Draufsicht
auf einen dieser Ringe und Abb.5 eine andere Ausführungsform der Vorkammer, bei
welcher die Verengungen und Erweiterungen unmittelbar in ein Einsatzstück eingearbeitet
sind.
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In den Abbildungen bedeutet i einen wassergekühlten Zylinderkopf,
in welchen die den Vorkamm-erraum 2 bildenden Teile 3, 13 und 4. eingesetzt sind,
5 eine Einspritzdüse und 6 die der Einspritzdüse 5 gegenüberliegende Ausmüdung der
Vorkammer in den Hauptbrennraum. Der Teil 3 und gegel@,.nenfalls auch der Teil ¢
weisen in an sich bekannter' Weise an ihrem äußeren Umfang je einen Isolierspalt
7 auf. Außerdem kann in der Vorkammer, beispielsweise an der Stelle ihres größten
Durchmessers, in gleichfalls bekannter Weise zum Anlassen bei sehr ungünstigen Bedingungen
eine Glühkerze S angeordnet sein.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist in den Boden des Teiles .4
ein Grundring g mit einem gegen den Zylinderbrennraum hin konisch sich verjüngenden
Mittelloch io eingesetzt, welches mit dem Kanal 6 in einer Flucht liegt und dessen
obere Verlängerung bildet. Über dem Grundring g sind in wechselnder Folge eine Anzahl
Abstandsringe i i und Ringscheiben i2 angeordnet, welche durch ein zwischen den
Teilen 3 und ¢ eingesetztes auf der Oberseite Trichterform 15 aufweisendes Zwischenstück
13 zusammengehalten werden. Jede Ringscheibe 12 weist ein Mittelloch 14 auf. Dadurch
wird zwischen dem Bodenloch 6 und dem Vorkammerraum 2 ein durchgehender Kanal a
gebildet. Die Höhe der engeren, durch die Mittellöcher 14 gebildeten Überströmquerschnitte
wird durch die Dicke der Ringscheiben 12 und die Höhe der erweiterten Überströmquerschnitte
durch die Dicke der Abstandsringe i i gebildet.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. i ist folgende: Beim Anlassen
der Brennkraftmaschine gelangt ein Teil des in die Vorkammer 2 eingespritzten Brennstoffes
b durch den Drosselkanal mit dem Querschnitt a unmittelbar in den Hauptbrennraum,
so daß er sich dort entzünden kann. Das Anlassen wird dadurch wesentlich erleichtert.
Bei höheren Drehzahlen gelangt dagegen weniger
Brennstoff in den
Hauptbrennraum, was zur Aufrechterhaltung der Vorkammerwirkung im Normalbetrieb
beiträgt. Hierbei findet die Zündung regelmäßig in der Vorkammer statt. Durch die
dadurch in der Vorkammer entstehende Druckerhöhung wird der Inhalt derselben nach
dem Verbrennungsraum getrieben, woselbst die weitere Verbrennung des Brennstoffes
sich vollzieht. Infolge der durch die lamellenartig angeordneten Ringscheiben gebildeten,
einander abwechselnden plötzlichen Verengungen und Erweiterungen wird zwischen Vorkammer
und Verbrennungsraum eine erhöhte Drosselwirkung erzielt und dadurch ein zu schneller
Druckausgleich verhindert, so daß durch die hierbei bewirkte zusätzliche Druckerhöhung
in der Vorkammer sowie unmittelbar. durch die Querschnittsveränderungen des Drosselkanals
der Brennstoff. die zur vollkommenen Verbrennung im Hauptbrennraum erforderliche
Zerstäubung und Durchmischung mit Luft erfährt. Ferner wird die in die Vorkammer
eintretende Luft durch die in den Ringscheiben aufgespeicherte Wärme wirksam beheizt.
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Die Abb. 2 zeigt; m wesentlichen die gleiche Anordnung wie diejenige
nach Abb. i nur mit dem Unterschied, daß hier die Mittellöcher 1q.' der Ringscheiben
12 gegen das Loch 6 hin immer weiter werden, so daß ein gegen die Vorkammer 2 hin
sich verengender, konischer Überströmkanal a' entsteht. Dadurch wird die zerstäubende
Wirkung der in die Vorkammer 2 eindringenden Verdichtungsluft erhöht und dem in
die Vorkammer strömenden Luftstrahl weniger Widerstand entgegengesetzt. Durch passende
Wahl und Anordnung der Ringscheiben 12 kann auch ein überströmkanal geschaffen werden,
welcher sich sowohl nach der Vorkammer 2 als auch nach dem Brennraum hin konisch
erweitert. Ein düsenartiger, konischer überströmkanal kann auch in der Weise geschaffen
werden, daß die Ränder der Ringscheiben 12 an den Mittellöchern i¢ trichterförmig
gegen die Vorkammer 2 hin ausgebogen werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 sind in eine weite Bohrung
18 der Einsatzteile 4 und 13 Abstandsringe i i und Ringscheiben 12 eingesetzt, so
daß ein zylindrischer Isolierspalt 1g verbleibt. Die gleichmittigeLage der Ringscheiben
12 und 13 wird durch an passender Stelle angeordnete Abstandszapfen 2o (Abb. q.)
gesichert. Es kann eine Sicherung der einzelnen Scheiben und Ringe aber auch durch
in diese eingedrückte Sicken erfolgen, wobei die Sickenwarze der einen Scheibe in
die Sickemulde der benachbarten, darüber- oder darunterliegenden Scheibe eintritt.
Es kann, was aber nicht Gegenstand der Erfindung ist, eine weitere Isolierung auch
dadurch geschaffen werden, daB man einzelne oder alle Abstandsringe ii oder Ringscheiben
12 aus Isolierstoff, z. B. aus einem keramischen Werkstoff, herstellt.
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Es können die Abstandsringe i i auch wegfallen, indem die Ringscheiben
12 an ihrem äußeren Umfang dicker bemessen werden und an diesen Umfangsbeilen unmittelbar
aufeinanderliegen.
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Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigt die
Abb. 5. Dort wird der Vorkammerboden mit dem Mündungsloch 6 durch eine besondere
Bodenplatte q.' gebildet, welche durch den Teil-4 im Zylinderkopfdurchlaß i festgehalten
wird. Der Durchlaßkanal des Teiles q. weist eine Anzahl Rippen 222 auf, welche zur
Vorkammerachse senkrecht liegen. Die Wirkungsweise einer solchen Anordnung ist die
gleiche wie diejenige der Ausführungsbeispiele nach den Abb. i bis 3. An Stelle
der parallelen Rippen kann in den Schraubteil q. aber auch ein grobes ein-, oder
mehrgängiges Gewinde eingeschnitten sein, was die Herstellung eines solchen Werkzeuges
erleichtert.