DE747836C

DE747836C - Schnellaufende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzuendung und Druckeinspritzung

Info

Publication number: DE747836C
Application number: DEH163441D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bruno Sachtleben
Priority date: 1940-10-15
Filing date: 1940-10-15
Publication date: 1944-10-16

Description

Schnellaufende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit -Selbstzündung und Druckeinspritzung Die Erfindung betrifft eine schnellaufende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Druckeinspritzung, bei der sich am Ende des Verdichtungshubes der Hauptteil der Ladeluft in einer im Kolbenboden befindlichen, vom Zylinderraum durch eine schwach drosselnde Öffnung getrennten Wirbelkammer und ein geringerer Ladeluftantei.1 in einer im Zylinderkopf angeordneten Vorkammer befindet, aus der das gezündete Brennstoff-Luft-Gasgemisch angenähert tangential .in die Wirbelkammer eingeblasen wird.
Es sind bereits Dieselmaschinen bekannt, bei denen einer zentral im kölben angeordneten Wirbelkammer eine ebenfalls zentral im Zylinderkopf vorgesehenen Vorkammer zugeordnet ist. - Durch die besondere Ausbildung der Wirbelkammer entstehen ,stärke Prallströmungeri auf die Vorkammermündung. Die Verbrennung in dieser Vorkammer, die als Aufspritzvorkammer ausgebildet ist, erfolgt wie bei allen Vorkammern dieser Art unter Luftmangel. Die aus der Vorkammer austretenden Verbrennungsgase treffen die Prallströmungen im Kreuzstrom. Durch die lange Aufbereitungszeit in der Vorkammer wird eins Verbrennung sonst schwer brennbarerZündstoffe angestrebt. Die Maschine ähnelt in ihrem übrigen Verhalten jedoch den bekannten Vorkammermasch-inen. Diese haben hohe mittlere Arbeitsdrücke, zugleich aber auch ungünstige Starteigenschaften sowie verhältnismäßig hohe Brennstoffverbräuche.
Die hier angegebene zentrale Lage der Vorkammer beeinträchtigt außerdem bei Viertaktmaschinen die Größe der Ventile und damit den Füllungsgrad.
Es sind ferner Dieselmaschinen .bekanntgeworden, bei denen ein kugelförmiger Brennraum im Kolbenboden außermittig zur Zyiinderachse angeardnet ist. Da diese Maschinen im wesentlichen ohne Wirbelung arbeiten, besitzen sie dieVorzüge, aber auch die Nachteile der direkten Strahleinspritzmaschinen. Bei niedrigen Brennstoffverbräuchen und guter Anlaßmöglichkeit besteht nur eine

geringe Aufbereitungsmöglichkeit des Brenn-

stoffes. Durch den damit verbundenen groß

Zündverzug tritt eine schlagartige Verbret

nung mit ihren bekannten Wirkungen at..^

das Triebwerk auf. Die Anforderungen ah: die Zerstäubungskraft tder Düse sowie an ihr Wärmeverhalten sind besonders hoch. Dazu kommt, daß diese Maschinen naturgemäß mit einem hohen Luftübeischuß arbeiten müssen, so daß nur verhältnismäßig geringe mittlere Arbeitsdrücke möglich sind.
Es sind ferner Anordnungen vorgeschlagen, bei denen die ungünstigen Starteigenschaften derVorkarnmermaschinen verbessert werden sollten. Die Vorkammer ist hierbei so ausgebildet und der Düsendruck so abgestimmt, daß die Maschine während des Anlaßvorganges als Strah.leneinspritzmaschine läuft und erst bei höheren Drehzahlen' als Vorkammermaschine arbeitet. Hierbei ist jedoch das Arbeiten dieser Maschine im mittleren Drehzahlbereich, wo also weder eine ausgesprochene Vorkammerwirkuug noch eine Strahleinspritzwirkung lierr%cht, sehr ungünstig. Außerdem läßt sich betrieblich eine derartige Abstimmung nur schwierig durchführen. Das gleiche gilt von ähnlichen Ausführungen, bei denen mir während des Anlassens ein Teil der Brennstoffmenge in den Hauptraum gelangt und während des Normalbetriebes der gesamte Brennstoff in der Vorkammer verbrannt wird.
Gemäß .der Erfindung werden diese Unvollkommenheiten beseitigt und darüber hinaus noch eine Reihe von Sondervorteilen erzielt. Erfindungsgemäß sind eine an sich bekannte außermittig zur Zylinderachse liegende, kugelige oder angenähert kugelige Wirbelkammer sowie eine an sich gleichfalls bekannte, ebenfalls außermittig zur Zylinderachse angeordnete Vorkammer mit zentraler C?ffnung vorgesehen. Die Achse der Vorkaminer liegt dabei ebenso wie die Düsenachse parallel oder annähernd parallel zur Zylinderachse und mit Bezug auf die Wirbelkam,mermündung derart außermittig, daß der während des ganzen Drelizahlb°reicli.s der Maschine zum überwiegenden Teil durch die Vorkammer hindurch in die Wirbelkammer eingespritzte Brennstoff gleichsinnig mit der Luftwirbelung in die Wirbelkammer eintritt. Diese Wirbelung wird noch verstärkt durch die Strömung, die infolge der Teilverbrennung ,des geringen ,in .derVorkammer zurückbleibenden Brennstoffes entsteht. Der Strahlweg wird somit um die gesamte Höhe der Durchspritzvorkammer, die an sich für Dieselmaschinen bekannt ist; verlängert, bevor er in den Kugelraum eindringt. Der größere durch. die Vorkammer durchgespritzte Anteil des Brennstoffes wird dabei von der verdichteten Ladeluft der Vorkammer hochgradig vorgewärmt und aufbereitet, so ttäß der Zündverzug abgekürzt wird und die `V.@rbrennung mit mäßigem Druckanstieg ver-Fauft. Die durch die Verdrängerwirkung des Kolbens erzielte Wirbelung der Luft, die infolge der außermittigen Lage des kugelförmigen Brennraumes entsteht, und die durch den Brennstoffstrahl sowie durch die aus der Vorkammer austretenden -:" erbrennuaigsgase verstärkt wird, ergibt eine besonders innige Vermischung des Brennstoffes bzw. der Brenngase mit der Luft, so daß der Zündverzug, weiter abgekürzt wird. Die durch die Drosselwirkung der Vorkammermündung entstehenden Pumpverluste sind hier ebenfalls gering, da nur ein kIzinerTeil der Ladeluft während des Verdichtungsvorganges in diesen abgeschnürten Raum übergeschoben @i ird und die Durchtrittsbohrung, uni den Düsenstrahl ohne Drosselung in den Hauptbrennraum gelangen zu lassen, verbältn.ismäßig groß ausgeführt ist. Weil der Hauptteil des Brennstoffes unmittelbar in den Beißen Luftkern des geballten Hauptbrennraumes mit seiner geringen wärmeabgebenden Oberfläche gespritzt wird, ist eine gute Entziindung des Brennstoffes selbst bei noch kalten -Wandungen möglich und,damit, wie bekannt, eine gute Anlaßfreu.digkeit gegeben. Die bekannten Vorteile der Vorkarmnerbauart sind ebenfalls erhalten. Die Einspritzpumpe und die Düse werden in mechanischem Sinne geschont; weil nur mit verhältnismäßig niedrigen Abspritzdrücken gearbeitet werden braucht. Die thermische Belastung der Düse ist gering, da sie nicht der Wärine des Hauptbrennraumes ausgesetzt ist. Die Maschine ist ferner gegen die Verwendung verschiedenartiger Brennstoffe verhältnismäßig unempl-indlich. Hierzu tritt noch die durch den Gleichstrom ermöglichte große Luftaus-' nutzung, die infolge des geringen erforderlichen Luftüberschusses hohe mittlere Arbeitsdrücke gestattet. Es werden somit d.ie Vorteile der Vorkammer und der Strahleinspritzma.schine miteinander vereinigt und darüber hinaus noch günstige Sonderwirkungen erzielt, die aus der im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung geschilderten Arbeitsweise der Maschine deutlicher hervorgehoben werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß der Erfindung dargestellt. Darin bezeichnet d den Zylinder, b den Kolben, c den Zylinderkopf, d die Einspritzdüse, e die Vorkammer, f .den Kolbenbrennraum. Die Abbildung zeigt den Hauptquerschnitt einer Maschine mit einem außermittig im Kolbenboden -vorgesehenen kugelförmigen Hauptbrennraum und einer parallel zur Zylinderachse angeordneten Vorkammer, deren eingeschnürte Mündung dem verhältnismäßig weiten Öffnungsquerschnitt des Kolbenraumes derart gegenüberliegt, daß. ihre Achse in .die zylinderauswärts liegende Hälfte des Kolbenbrennraumes trifft.
Die Arbeitsweise der Maschine isst sm wesentlichen folgende: Im Laufe des Verdichtungshubes wird im Kugelbrennraum f infolge der einseitig liier von rechts nach links gerichteten Verdrängung von Ladeluft ein linksum laufender Wirbel erzeugt. Von :diesem Wirbel wird der schon erheblich aufgelöste Einspritzstrahl ergriffen, der auch alsbald gezündet wird.- Der sehr geringe, in der Vorkammer e zurckgebliebene Teil der Brennstoffladung verbrennt dort gleichzeitig, und zwar infolge des Luftüberschusses sehr rasch, so daß der Vorkammerdruck den Verbrennungsdruck .im Hauptbrennraum überholt. Dieser Kammerüberdruck wird noch durch die Saugwirkung des abwärts gehenden Arbeitskolbens b verstärkt, ;so daß sich eine kräftige Ausblasung der Kammerladung, - die noch reichlich unverbrauchten Sauerstoff enthält, in den Hauptbrennraum ergibt.
Durch das Abblasen der Vorkammer erhält die sonst etwas träge Hauptverbrennung einen kräftigen Antrieb und wird derart beschleunigt, wie es für .höchste Maschinendrehzahlen erforderlich ist. Die Bohrung im Hals der Vorkammer läßt sich auf die lichten Ouerschnitte des .unterteilten Arbeitsraumes leicht so abstimmen, daß die Vorkammer auch bei sehr hohen Maschinendrehzahlen stets rechtzeitig ausbläst, also das sonst bei Schnellauf oft eintretende schädliche Nachbrennen der Vorkammerladung verhindert wird. Obwohl erstmalig auf die guten Eigenschaften einer Kombination von Durchspritzvorkammer und außermittig im Kolben angeordneten Kugelbrennraum hingewiesen wird, erstreckt sich das Erfindungsmerkmal allein auf die Art .der Zueinanderordnung von Vorkammer und Wirbelkammer, bei der der Düsenstrahl und die ausblasende Vorkammerladung den durch d .ie Verdrängerwirkung im Kolbenbrennraum entstandenen Wirbel unterhalten und verstärken (Gleich.stromprinzip).
Der Vorkammerkörper kann, was aber nicht Gegenstand der Erfindung ist, wie bekannt, -aus einem gegen den Zylinderkopf ganz.oder teilweise wärmeisolierten Einsatz bestehen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Schnellaufende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Druckeinspritzung, bei der sich am Ende des Verdichtungshubes der Hauptteil der Ladeluft in einer im Kolben befindlichen, vom Zylinderraum durch eine schwach drosselnde öfnung getrennten Wirbelkammer und ein geringerer Ladeluftanteil in einer im Zylinderkopf ,angeordneten Vorkammer befindet, aus -der das gezündete Brennstoff-Luft-Gasgemi,sch angenähert tangential in die Wirbelkammer eingeblasen wird., gekennzeichnet durch eine an sich bekannte außermittig zur Zylinderachse liegende, kugelige oder angenähert kugelige Wirbelkammer und eine an sich gleichfalls bekannte, ebenfalls außermittig zur Zylinderachse angeordnete Vorkammer mit zentraler Öffnung, deren Achse ebenso wie die Düsenachse parallel oder annähernd parallel zur Zylinderachse und mit Bezug auf die Wirbelkammermündung derart außermittig liegt, daß .der während des ganzen Drehzahlbereiches der Maschine zum überwiegenden Teil durch die Vorkammer. hindurch in die Wirbelkammer in einem schlanken Strahl eingespritzte Brennstoff gleichsinnig mit der Luftwirbelung in die Wirbelkammer eintritt. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: französische Patentschriften Nr. 817 769, 776843; britische Patentschrift , - 487454; schweizerische Pätentschriften - .2o8809, z9:8 489.