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Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer vom
Hubraum abgezweigten Brennkammer Die Erfindung betrifft selbstzündende, luftverdichtende
Brennkraftmaschinen mit einer vom Hubraum abgezweigten Brennkammer mit gewölbter
Wandung. Bei Brennkraftmaschinen dieser Bauart wird im wesentlichen die gesamte
Verbrennungsluft während des Verdichtungshubes durch einen die Brennkammer mit dem
Hubraum verbindenden Kanal in die Kammer übergeschoben. Bei einer Sonderbauart wird
die übergeschobene Luft an einem der Kanalmündung gegenüberliegenden, in die Brennkammer
hineinragenden Vorsprung zwecks Wirbelbildung nach verschiedenen Seiten abgelenkt.
Gegen Ende des Verdichtungshubes wird flüssiger Brennstoff quer zur Luftwirbelung
eingespritzt. Die Zuführung des Brennstoffes erfolgt mit Hilfe einer Zerstäubungsdüse.
Es ist bekannt, daß, um ein zündfähiges Gemisch herzustellen und eine möglichst
vollkommene Verbrennung herbeizuführen, die Brennkammer -so beschaffen und der Verbindungskanal
so angeordnet sein müssen, daß die eintretende Luft in der Brennkammer eine starke
Wirbelbewegung ausführt, durch welche der Brennstoff mit der Luft gründlich vermischt
wird. Es ist
auch bekannt, der inneren Brennkammerwand eine bestimmte
Gestalt zu geben, etwa Vorsprünge und Leitflächen anzuordnen, die der eintretenden
Luft eine vorbestimmte Wirbelbewegung erteilen sollen. Eine möglichst vollkommene
Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft wird aber nur dann erreicht,
wenn gleichzeitig verhindert wird, daß die vom Luftwirbel erfaßten Brennstoffteilchen
durch die Fliehkraft an die Wand der Brennkammer gedrückt und dadurch von der Vermischung
ausgeschlossen werden. Hierzu ist es erforderlich, daß der Bremistoffstrahl den
Luftwirbel möglichst oft durchdringt. Diese Bedingung ist bei den bekannten Ausführungen
mit einfachem und auch- bei denjenigen mit aufgeteiltem Luftwirbel nur teilweise
erfüllt.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Wirbelkammerverfahrens
dadurch, daß durch Verringerung der schädlichen Flielikraftwirkung und des für die
Durehmischung unwirksamen Raumes eine besonders gleichmäßige Vermengung der Luft
mit dem Brennstoff erzielt wird. Zu diesem Zweck erhält die Brennkammer eine solche
Gestalt, daß der eintretende Luftstrom in zwei Einzelwirbel von entgegengesetztem
Drehsinn zerlegt wird und der quer gerichtete Brennstoffstrahl den Luftstrom vor
und nach der Aufteilung durchdringt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Verbindungskanal
in an sich bekannter Weise einen flachen, angenähert rechteckigen Querschnitt hat,
dessen längere Seite quer zur Brennstoffeinspritzung liegt, und daß der dem Kanal
gegenüberliegende Vorsprung von einem parallel zum Kanal angeordneten, die Brennkammer
bezüglich der Wirbelbildung in zwei Teilräume teilenden Steg gebildet ist. Vorzugsweise
werden dabei Verbindungskanal und Steg mit Bezug auf die Brennraummitte derart angeordnet,
daß der die Einspritzdüse aufnehmende Teilraum kleiner als der von ihr entfernt
liegende ist. Der in Querrichtung eingespritzte Brennstoff durchdringt in der erfindungsgemäß
ausgebildeten Brennkammer nicht nur die an der Kammerwand entlang geleiteten Wirbel,
sondern auch den aus dem Kanal austretenden Hauptstrom vor dem Auftreffen auf die
Leitflächen des Steges. Da die Luftgeschwindigkeit durch die Lage des Hauptstromes
in der Mitte der Brennkammer im Gegensatz zum einfachen Wirbel ungefähr ebenso groß
ist wie an den Wandungen, findet vor der Entzündung eine besonders innige Durchmischung
der Luft mit dem Brennstoff statt. Auf diese Weise wird gleichzeitig die schädliche
Wirkung der Fliehkraft in weitgehendem Maße unterbunden.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen, eine kugelförmige Brennkammer in
Verbindung mit einem schmalen rechteckigen Verbindungskanal für -die Verbrennungsluft
zu verwenden, bei der der Brennstoff in Längsrichtung über die Kanalöffnung gespritzt
wird. In diesem Fall besteht jedoch der Nachteil, daß der Luftstrom nicht wie bei
der Erfindung an verschiedenen Stellen, sondern nur einmalig vom Brennstoffstrahl
durchdrungen wird und daß ein nach verschiedenen Seiten aufgeteilter Luftwirbel
nicht zustande kommt. Es entsteht, wenn überhaupt, nur ein Wirbel von unregelmäßiger
Gestalt und beiderseits des Brennstoffstrahls ein großer toter Raum, in dem die
Luft nicht mehr mit dem Brennstoff in Berührung kommt, sondern möglicherweise sogar
eine Entmischung des bereits gebildeten Brennstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Das
Ziel dieser Anordnung, ein einheitliches Bremistoff-Luft-Gemisch dadurch herzustellen,
daß der Brennstoff auf einem möglichst langen Weg init der einströmenden Luft in
Berührung gebracht wird, wird hierbei nur angenähert erreicht, und zwar um so weniger
vollkommen, als die vorhandenen toten Räume die erfolgte Durchmischung wieder un
wirksam machen.
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Ferner ist, .wie eingangs erwähnt, eine Sonderbauart bekannt, bei
der gegenüber -inein vom Arbeitszylinder in die Brenii-Kammer führenden Luftkanal
von kreisfärmie M
Querschnitt eine kegelförmige Spitze vorhanden ist,
auf die der Luftstrom so auf-.ritt, daß er in Kreisringform abgelenkt und dadurch
nach allen Seiten verteilt wird. Ein derartiger -Kegel bildet eine wesentlich kleinere
Ablenkungsfläche als eine Rippe. Um eine gleich gute ablenkende Wirkung zu erreichen,
müßte deshalb der Kegel höher sein als die Rippe. Es ist aber dann unvermeidlich,
daß der Kegel mit seiner Spitze in die Bahn des quer zum Luftstrom eingespritzten
Brennstoffes hineinragt, so daß dieser teilweise auf den Kegel prallt, anstatt in
dem Luftstrom verteilt zu werden. Da sich der Brennstoffstrahl bei der Zerstäubung
ausbreitet, tritt im Falle der kegelförmigen Spitze ein großer Teil des Brennstoffes
beiderseits an dem Luftstrom, der infolge des kreisförmigen Kanalquerschnitts zunächst
eine zylindrische Form hat, vorbei. Der Luftstrom wird an dieser Stelle nur von
einem Teil des Brennstoffstrahls gekreuzt. Soweit aber der Brennstoff mit diesem
Teil des Luftstromes zusammentrifft, ist er kaum imstande, den dicken Querschnitt
des Luftstromes zu durchdringen. Infolgedessen erhält der dahinter, gleichsam im
Schatten befindliche Teil des Luftwirbels keinen oder zu wenig Brennstoff, mit dem
sich die Luft noch vermischen kann.
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Da bei der neuen Anordnung der aus der
spaltförmigen
Kanalöffnung tretende Luftstrom eine große Fläche für das Auffangen des Brennstoffes
und in der Einspritzrichtung des Brennstoffes eine sehr geringe Dicke aufweist,
wird an der Wurzel des Luftstromes nur ein Teil des Brennstoffes aufgenommen, während
ein weiterer Teil durch den Luftschleier hindurchdringt und in den abgelenkten Luftwirbel
auch auf der Schattenseite gelangt. Wesentlich ist hierbei noch, daß bei der bekannten
Anordnung der Luftstrom nach allen Seiten abgelenkt wird, wogegen bei der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Anordnung die Ablenkung nur nach zwei Richtungen erfolgt, derart,
daß sich der Luftstrom in zwei Schleier teilt, die dem Brennstoffstrahl eine große
Durchdringungsfläche bieten und dadurch die völlige Vermischung von Brennstoff und
Luft bewirken. Die Ausnutzung der Luftbewegung zur Vermischung mit dem Brennstoff
ist also weitaus größer als im Falle des durch die Kegelspitze allseitig abgelenkten
Luftwirbels.
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Zur Verkleinerung der toten Räume ist es nun zweckmäßig, daß die spaltförmige
Mündung des Verbindungskanals und der gegenüberliegende Steg nicht symmetrisch mit
Bezug auf die Brennkammer angeordnet, sondern einseitig nach der Brennstoffdüse
hin verschoben sind. In diesem Falle ist der Teil der Brennkammer, in den die Brennstoffdüse
mündet, kleiner als der andere Brennkammerteil, so daß der an der Düse vorbeistreichende
Teilluftstrom eine höhere Wirbelgeschwindigkeit hat als die in den anderen Teil
der Kammer strömende Luftmenge. Die Geschwindigkeit der Luft ist also in diesem
Falle bei der Durchkreuzung des Brennstoffstrahls der Geschwindig-keit des eintretenden
Brennstoffes, die an der Strahlwurzel hoch und am gegenüberliegenden Ende der Brennstoffkammer
schon stark gesunken ist, -angepaßt.
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DieZeichnung zeigt alsAusführungsbeispiel eine Viertaktbrennkraftmaschine
mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkammer.
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Abb. i stellt einen Längsschnitt durch den Zylinder und die Brennkammer
dar. Der Kolben befindet sich in der Totpunktstellung.
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Abb. 2 gibt einen gleichen Schnitt wieder. Der Kolben ist aber in
einer Stellung bei Ausführung des Verdichtungshubes gezeigt.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-B der Abb. i. in Richtung
auf den Zylinder gesehen. Die Einmündung des Verbindungskanals. in die Brennkammer
wird dadurch sichtbar.
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Abb. q. ist ein Schnitt in der gleichen Ebene wie Abb. 3, jedoch in
Richtung vom Zylinder nach außen auf den Quersteg gesehen (Schnittlinie C-D in Abb.
i).
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Der Zylinder i der Brennkraftmaschine ist durch einen Zylinderkopf
2 abgeschlossen. In diesem befinden sich Ventile 3. Im Zylinderkopf befindet sich
die Brennkammer 7, die durch einen Kanal 6 mit dem Hubraum verbunden ist. Im Hubraum
bewegt sich ein Kolben q., der in dem in Abb. i dargestellten inneren Totpunkt den
Zylinderraum 5 fast ganz ausfüllt, so daß der tote Raum besonders klein ist.
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Der Brennraum 7 hat, wie bekannt, angenähert Kugelform. Der Kanal6
mündet angenähert in der Richtung eines Durchmessers des Brennraumes 7. Sein Querschnitt
hat die aus Abb. 3 ersichtliche Form eines schmalen, nahezu rechteckigen Schlitzes,
durch den die verdichtete Luft als schmaler breiter Schleier in den Brennraum eintritt.
Dem Schlitz 6 gegenüber ragt von der gegenüberliegenden Wandung der Kugel eine schmale
lange Rippe io in das Innere der Brennkammer, deren Wandung beiderseits bogenförmig
in die Wandung der Kugel übergeht, -wie aus Abb. q. zu ersehen ist. Die Rippe io
ragt nur so weit in den Brennraum hinein, daß der durch eine Düse 8 eingespritzte
Brennstoff nicht auf sie trifft, sondern ungehindert durch den Brennraum tritt.
Zweckmäßig verläuft die Richtung des Schlitzes 6 und der Rippe io unter einem kleinen
Winkel zum Durchmesser der Kugel nach der Seite der Düse 8 hin, wie aus Abb. i und
2 zu ersehen ist.
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Die Luft wird vom Kolben q. durch den Verbindungskanal 6 hindurch
in die Brennkammer 7 gedrückt. Sie trifft als breiter, dünner Schleier auf die Rippe
io und wird, wie aus Abb.2 ersichtlich ist, in zwei nach entgegengesetzten Richtungen
verlaufende Ströme unterteilt, die an den abgerundeten Flächen der Brennkammerwand
g entlang zurückgeleitet werden und so zwei Wirbel bilden. Der gegen Ende des Verdichtungshubes
durch die Düse 8 eingespritzte Brennstoff durchdringt zunächst den nach oben in
Richtung auf die Düse abgelenkten Luftschleier, wobei ein Teil des Brennstoffes
vom Luftstrom mitgerissen wird. Der übrige Teil des- Brennstoffes trifft auf den
Luftstrom, der gegen die Rippe gerichtet ist, und gelangt, soweit er hier nicht
von der Luft aufgenommen wird, in den nach unten abgelenkten Luftwirbel und wird
dort restlos aufgenommen. Die beiden Luftströme werden durch die gekrümmten Wandflächen
der Brennkammer nach der Mitte zurückgelenkt und von dem aus dem Schlitz 6 austretenden
Hauptstrom der Luft aufs neue mitgerissen. Infolgedessen werden alle Brennstoffteilchen,
die etwa durch die Fliehkraft in die Nähe der Wandung gelangen, wieder in die Mitte
der Brennkammer befördert und dort erneut von der Luft erfaßt. Die bei dieser Anordnung
erzeugte
lebhafte Luftbewegung hat eine vollständige Vermischung des Brennstoffes mit der
Luft zur Folge.