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Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf
angeordneten, nur einen kleineren Teil des Brennraumes bildenden Vorkammer Die Erfindung
bezieht sich auf eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer
im Zylinderkopf angeordneten, nur einen kleineren Teil des Brennraumes bildenden
Vorkammer, die durch einen in der Achse des Brennstoffstrahles liegenden, sich von
einer engsten Stelle sowohl nach dem Hubraum als auch nach der Vorkammer hin erweiternden
Kanal mit dem Hauptbrennraum in Verbindung steht, wobei am Ende des Verdichtungshubes
der Kolben vor den Verbindungskanal tritt, und bei der gegen Ende des Verdichtungshubes
durch eine in der Achse des Verbindungskanales liegende Einspritzdüse flüssiger
Brennstoff auf die sich nach der Vorkammer erweiternde Wandung des Verbindungskanales
auf-, teilweise in den Kanal sowie gegebenenfalls durch den Kanal hindurch unmittelbar
in den Hubraum eingespritzt wird. Die eigentliche Erfindung besteht darin, daB der
in an: sich bekannter Weise in einem Einsatzstück befindliche Kanal sich von seiner
in unmittelbarer Nähe der Vorkammer liegenden engsten Stelle ausgehend nach der
Vorkammer hin mit großem Scheitelwinkel konisch oder schalenförmig als Prall$äche
zur Aufnahme des Brennstoffkegels erweitert, nach dem Hubraum hin dagegen sich schwach
konisch erweiternd mit Abrundung in die Wandung des Hauptbrennraumes übergeht und
ein an sich bekannter abgerundeter Kolbenansatz
im inneren Totpunkt
der Maschine zusammen mit der abgerundeten Austütündizng der Vorkammer einen ringdüsenartigen
Austrittsquerschnitt bildet.
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Es sind Vorkammerbrennkraffmaschinen bekannt, bei welchen die der
Einspritzdüse gegenüberliegende Überströmöffnung in einem Einsatz angeordnet ist,
der sich gegen die Einspritzdüse hin erweitert und zur Aufnahme des Brennstoffstrahles
dient. Die trichterförmige Erweiterung dient jedoch in diesem Fall nicht als Prallfläche
für den Brennstoff, da der Brennstoff unter einem spitzen Winkel auf die konische
Innenwandung des Einsatzes auftrifft und gegen die unmittelbar an der Ausmündung
zum Hauptbrennraum gelegene engste Stelle des Durchtrittskanales abgelenkt wird.
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Des weiteren sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen im Zylinderkopf
der Maschine eine den Hauptteil der Verdichtungsluft aufnehmende Kammer angeordnet
ist, die mit.-dem, Hubraum der Maschine über einen mittleren, um die Achse des Brennstoffstrahles
und um die Achse des Zylinders angeordneten Kanal verbunden ist, der sich sowohl
nach dem Hubraum des Zylinders als.atich'nach der die Einspritzdüse enthaltenden
Kammer zu kegelig erweitert und gegebenenfalls durch eine äußere ..Heizflamme beheizt
wird, sonst jedoch luftisoliert ist. Die Einspritzdüse ist in diesem Fall nahe an
die Ausmündung des Verbindungskanales in die Vorkammer herangerückt, so daß der
Brennstoff schon kurz nach Austritt aus der Düse die Wandungen des sich gegen die
Düse kegelförmig erweiternden Kanals trifft. Es handelt sich also bei der bekannten
Maschine nicht im eigentlichen Sinne um eine eigentliche Vorkammermaschine, da immerhin
der Hauptteil der, Luft sich am Ende des Verdichtungshubes in der vom Hubraum abgetrennten
Kammer befindet.
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Demgegenüber arbeitet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maschine
ausschließlich nach dem Vorkammerverfahren. Der Brennstoff wird also in die beispielsweiseeinen.ideinerenTeil
derVerdichtungsluft aufnehmende Vorkammer eingespritzt. Der Raumanteil der Vorkammer
wird, soweit es sich mit den Abmessungen des Motors vereinbaren läßt, gegenüber
den früheren Maßnahmen mehrund mehr vergrößert, so daß man eigentlich nicht von
einem kleinen Teil der Verdichtungsluft reden kann. Er entzündet sich in dieser
teilweise und ruft in ihr eine Drucksteigerung hervor, wodurch der restliche Brennstoff
in noch flüssigem, vergastem oder schon brennendem Zustande durch den düsenförmigen
Verbindungskanal in den den Hauptteil der Verdichtungsluft aufnehmenden Hauptbrennraum
eingeblasen wird.
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Die Anordnung einer gegen die Einspritzdüse gerichteten, die vorkammerseitige
Ausmündung des Verbindungskanales umgebenden Prallfläche bewirkt, daß der Brennstoff
in wirksamer Weise zerstäubt und durch die Wärmevorrichtung der Prall' platte aufbereitet
wird.
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Der im Einsatz angeordnete langgestreckte, düsenförmige Überströmkanal
'hat weiter den Vorteil, daß dem aus dem $auptbrennraum in die Vorkammer übertretenden
Luftstrom eine möglichst verlustlose Führung gegeben wird, wobei er gleichzeitig
durch die Wandung des Einsatzfutters in vorteilhafter Weise aufgeheizt wird bzw.
gegen Wärmeverlust. geschützt ist. Da er unmittelbar in den Kern des gegen die ringförmige
Prallfläche eingespritzten Brennstoffes geführt wird, wird dieser weiterhin durch
die aus dem Hauptbrennraum überströmende heiße Luft aufgeheizt und seine Zündwilligkeit
dadurch noch weiter gesteigert. Gleichzeitig wird ein. sehr wirksame Durchmischung
mit der eindringenden Luft erzielt.
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Der Brennstoff wird hierbei derart eingespritzt, daß er entweder in
Form eines Kegelmantels oder in mehreren etwa kreisförmig verteilten Einsatzstrahlen
gegen die Prallfläche des Einsatzes gerichtet ist, oder es wird auch ein Teil des
Brennstoffes Unmittelbar in den Überströmkanal bzw. durch diesen hindurch in den
Ilauptbrennraum gespritzt. Im ersten Fall wird erreicht, daß alle Teil; des Brennstoffes
zerstäubt und mit Luft vermischt sind, bevor sie in den Hauptbrennraum übertreten.
Im leizteren Fall wird ein besonders leichtes Anlassen der Maschine auch aus dem
kalten Zustand heraus gewährleistet. Durch die düsenförmige Ausbildung des . Überströmkanales
wird schließlich ein schnelles, ungehindertes Ausströmen des Vorkammerinhaltes mit
geringstem Wärmeverlust erreicht. Dies wird noch durch den entsprechend ausgebildeten
Kolbenansatz unterstützt, welcher in der inneren Totpunktstellung des Kolbens das
aus der Überströmöffnung austretende Brennstoff-Luft-Gemisch auf die seitlichen
Lufträume des Hauptbrennraumes verteilt.
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Zum Unterschied von solchen Vorkammern, bei welchen zwischen Vorkammer
und Hauptbrennrauin ein Kernstück innerhalb eines Einsatzes angeordnet ist, das
von einer Anzahl Durchtrittsöffnungen umgeben ist und gegebenenfalls eine in Richtung
des Brennstoffstrahles angeordnete Mittelbohrung zum geradlinigen Durchtritt des
Brennstoffes in den Hauptbrennraum besitzt, wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorkammer infolge des verhältnismäßig weiten Überströmkanales ein schnelleres Auffüllen
und Entleeren der Vorkammer sowie eine größere Einfachheit der Maschine erzielt.
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In der Zeichnung ist in Fig. i ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen gemäß der Erfindung dargestellt, während Fig. 2 den Überströmkanal
in vergrößertem Maßstabe darstellt.
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Die imwassergekühlten Zylinderkopf angeordnete Vorkammer a steht mit
dem Hauptbrennraum r) durch einen im Einsatz c gebildeten überströmkanal d in Verbindung.
Der Einsatz ist in eine Öffnung des Zylinderkopfes von der Seite der Vorkammer her
eingeschraubt und gegen die Wandung durch einen Hohlraum e teilweise isoliert. Der
Überströmkanal ist derart düsenförmig ausgebildet, daß er seine engste Stelle
f mit dem Durchmesser x
in der Nähe der Vorkammer besitzt und sich
nach dem Hauptbrennraum schwach konisch erweitert, wo er mittels seiner abgerundeten
Kante g ausmündet.
Nach der Vorkammer zu geht die Wandung des Kanales
über eine möglichst weiche Abrundung la in eine kegelige Fläche i mit einem großen
stumpfen Kegelwinkel über. Auf diese Fläche wird der Brennstoff aus der Düse k in
Form eines Kegels, Kegelmantels oder in einzelnen Strahlen 1 z. B. unter einem Spritzwinkel
f3 aufgespritzt. Die Prallfläche i ist hierbei im wesentlichen senkrecht oder nahezu
senkrecht zu den Brennstoffstrahlen angeordnet und geht nahezu bündig oder ohne
erheblichen Absatz in die seitliche Wandung m der Vorkammer a über. Durch die Anordnung
.des Isolierraumes e wird sowohl die Prallfläche i als auch die Stelle f in besonders
vorteilhafter Weise gegen Abkühlung geschützt.
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Die Größenverhältnisse werden zweckmäßig @so gewählt, daß die lichte
Weite v des Cberströmkanales an seiner Ausmündung in den Hauptbrennrattm <las
ungefähr 1,2- bis 2fache der lichten weite x seines Querschnittes
f und die Länge z des Kanales ungefähr das 2- bis 4fache, zweckmäßig
etwa das 3fache der geringsten lichten Weite x beträgt. :ltldererseits beträgt die
Länge des Überströmkanales ungefähr das o,5- bis 1fache, zweckmäßig etwa das o,8fache
der Entfernung der Prallfläche i von der Einspritzdüse, wobei diese Entfernung zweckmäßig
ungefähr gleich dem Durchmesser der Vorkammer a gewählt ist. Der Winkel a beträgt
bei einem Spritzwinkel ß = 20 bis 25"
1)eisl>ielsweise Zoo bis 180`, im Mittel
12o bis 15o°. Doch kann die Prallfläche auch z. B. schalenförmig ausgebildet sein.
Die konische Form der Prallfläche trägt in Verbindung mit der Ausbildung der Vorkammer
und der Anordnung des Überströmkanales dazu bei, ciaß der Brennstoff in der Nähe
des Überströnikanales zusammengehalten und ein .Aufspritzen des Brennstoffes auf
die kalten Vorkammerwandungen nach Möglichkeit vermieden wird,trotzdem aber ein
freier Zutritt der im erweiterten Teil der Vorkammer befindlichen Luft zu dem sich
in der Nähe der 1'rallfläche bildenden Brennstoffnebel bei gleichzeitiger wirksamer
Durchmischung gewährleistet ist.
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Eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des in derVorkammer gebildeten
undgezündetenBrennstoff-I-uft-Gemisches auf den Hauptbrennraum wird durch den abgerundeten
Ansatz n am Kolben bewirkt, welcher in der inneren Totpunktstellung des Kolbens
vor die Ausmündung des Überströmkanales d tritt und dessen Seitenwandungen stetig
in die Bodenwandungen der ringförmigen Kolbenvertiefung o übergehen. Zwischen der
Abrundungg und dem Ansatz n entsteht hierbei im oberen Totpunkt ein düsenförmiger
Ringkanal p, welcher das beschleunigte Ausströmen des Vorkammerinhaltes in den Haupthrenrlraum
unterstützt.