DE874527C

DE874527C - Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer und einer Vorkammer

Info

Publication number: DE874527C
Application number: DED5593A
Authority: DE
Inventors: Heinz Hoffmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1950-09-12
Filing date: 1950-09-12
Publication date: 1953-04-23

Description

Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer und einer Vorkammer Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer und einer Vorkammer. Die Wirbelkammern haben den Vorteil, daß bei hohen Drehzahlen infolge des großen Durchtrittsquerschnittes zwischen Zylinderraum und Wirbelkammer die Drosselverluste sehr gering sind. Demgegenüber weist die Vorkammer den Vorteil auf, d'aß die mit ihr ausgerüstete Maschine einen weicheren Gang hat und auch bei geringeren. Kraftstoffqualitäten wesentlich zündwilliger, in Hinsicht auf die benutzten Kraftstoffe also unempfindlicher ist.
Die Erfindung bezweckt nun eine Maschine, welche die Vorteile der Wirbelkummermaschine mit den Vorteilen der Z'orlcam.mermaschine vereinigt. Sie besteht im wesentlichen darin, daß die Vorkammer derart in die Wirbelkammer ausmündet, daß die im Verdichtungshub der Maschine in die Wirbelkammer einströmende und zu einer rotierenden Wirbelbewegung abgelenkte Luft von dem Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Wirbelkammer teilweise aufgefangen und in die Vorkammer geleitet wird. Zu diesem Zweck kann der Verbindungskanal zwischen. Vorkammer und Wirlbelkammer entgegengerichtet dem in die Wirbelkammer eintretenden Luftstrom tangential von der Wirbelkammer abzweigen, oder es kann in Richtung der einströmenden Luft hinter dem Verbindungskanal eine Auffangfläche in' der Wirbelkammer vorgesehen sein, .gegen "velche die äußeren Teile der in: die Wirbelkammer eingeströmtem Luft auftreffen; und dadurch in die Vorleammer abgelenkt werden. Die Auffangfläche kann: hierbei dadurch gebildet werden, daß die Wiribelkammer in Drehrichtung .der Luft hinter denn Verbindungskanal zur Vorkammer auf einen geringeren Durchmesser abgesetzt b'zw. im wesentl,ichen spiralförmig mit an der Abzweigung des Verllbindungskanals abgesetztem Umfange aus-,gebildet ist. Bei Anordnung einer Auffangfläche kann auch der Verbindungskanal zwischen Vorkammer, und Wirbelkammer in Richtung einer Sehne oder eines Durchmessers von der Wirbelkammer abzweigen.
Die Vorkammer ist vorteilhaft wesentlich kleiner als die im oberen Kolbentotpunkt den Hauptteil der Verdichtungsluft aufnehmende Wirbelkammer bemessen. Siekann ebenfalls nachArt einer Wirbelkammer ausgebildet sein, wobei der zweckmäßig tangential an die Wirbelkammer anschließende Verbindungskanal auch tangential in die Vorkammer einmündet. Der Verbindungskanal zwischen- Vorkammer und Wirbelkammer hat vorteilhaft einen einheitlichen, dem. kleineren Rauminhalt der Vorkammer entsprechend geringeren Querschnitt als der Überströmkanal zwischen Zylinderraum. und Wirbelkammer. Die Vorkammer ist 'zweckmäßig auf der diesem Überströrnkanal ,gegenüberliegenden Seite der Wirbelkammer angeordnet oder mündet auf dieser Seite in die Wirbelkammer aus.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Unempfindlichkeit der Vorkammermaschine gegen Brennstoffe auch geringerer Qualität beibehalten wird. Durch das Vorschalten. einer Vorkammer vor die Wirbelkammer wird ferner erreicht, daß nicht, wie ibeim reinen Wirbelkammerverfahren, die Brennstofftröpfchen mit der in der Wirbelkammer rotierenden Luft erst mehr oder weniger gut vermischt werden müssen, bevor dort eine Selbstzündung durch die Kompressionswärme erfolgt. Infolge der Erstzündung in der Vorkammer tritt vielmehr der Brennstoff in bereits teilweise brennendem Zustand in die Wirbelkammer aus, so daß eine sofortige Zündung stattfinden kann. Hierdurch wird die beim Wirbelkammerverfah-ren sonst leicht auftretende schlagartige Verbrennung des Brennstoffes vermieden und ein weicher Verbrennungsvorgang erzielt.
Andererseits gewährleistet die Verwendung einer Wirbelkammer eine geringe. Drosselwirkung zwischen Zylinderraum und Wirbelkammer, in welcher die Hauptverbrennung stattfindet. Die Drosselwirkung des Verbindungskanials zwischen Wirbelkammer und Vorkammer kann auf den verhältnismäßig geringen Luftanteil beschränkt werden, welcher von der Vorkammer aufgenommen wird. Dieser Luftanteil kann beispielsweise auf etwa ein Zehntel der gesamten verdichteten Luft herabgesetzt werden.
Entsprechend dem. geringen Vorkammervolumen wird in dieser nur ein verhältnismäßig geringer Teil, des Brennstoffes verbrannt, während der übrige Brennstoff durch den. in der Vorkammer entstehenden Überdruck in die Wirbelkammer eingeblasen und dort zur Verbrennung gebracht wird. Infolge des großen Querschnittes des Überströmkanals zwischen Wirbelkammer und Zylinderraum findet ein rascher Druckausgleich und damit eine gute Leistungsumsetzung statt.
Durch die -tangentiale Abzweigung des zur Vorkammer führenden Verbindungskanals von der Wirbelkammer bzw. durch die spiralförmige Ausbildung der Wirbelkammer oder die Anordnung einer einen Teil der Luft in den Verbindungsskanal ableitenden Auffangfläche wird des weiteren erreicht, daß der für die Vorkammerzündung erforderliche Luftanteil auch tatsächlich in die Vorkammer Übergeführt wird und nicht infolge der Drehbewegung der Luft an der Austrittsstelle des Verbindungskanals zur Vorkammer vorbeistreicht. Durch eine wirbelartige Ausbildung der Vorkammer können die Bedingungen für eine Erstzündung des Brennstoffes in der Vorkammer noch günstiger gestaltet werden. Ein glatter, nicht unterteilter Verbindungskanal ergibt hierbei eine besonders geringe Drosselung der einströmenden Luft wie auch des ausblasenden Vorkammerin@halts.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Fig. i bis 3 schematisch. dargestellt.
Im Zylinder des. Maschinengehäuses i bewegt sich der Korbern z, welcher im oberen Totpunkt his dicht an dein Zylinderkopf 3 herantritt. Neben den lediglich angedeuteten Ventilen q., z. B. einem Einlaß- und einem Auslaßventil, ist eine Wirbelkammer 5 seitlich über dem Zylinder angeordnet. Sie steht durch einen schräg zum Kolbenboden gerichteten verhältnismäßig weiten Ü@berströmkanal6 mit dem Zylinderraum in Verbindung und nimmt im oberen Kolbentotpunkt den Hauptteil der Verbrennungsluft auf. Mit der Wirbelkamm r ist mittels eines Verbindungskanals 7 eine Vorkammer 8 von verhältnismäßig kleinem Rauminhalt verbunden. In die Vorkammer 8 wird der Brennstoff durch die Einspritzdüse 9 eingespritzt.
Bei dem, Ausführungsbeispiel nach Fig. i ist die Wirbelkammer 5 kugellförnvig oder zylindrisch mit einer zur Zeichenebene senkrechtem Achse ausgebildet. Die Vorkammer 8 ist ebenfalls nach Art einer Wirbelkammer, also z. B. ebenfalls kugelförmig oder zylindrisch gestaltet. Der Verbindungskanal7 zwischen Wirbelkammer und Vorkammer mündet sowohl in die erstere als auch in die letztere tangential ein, und zwar derart, daß von dem in die Wirbelkammer verdrängten und dort rotierenden Luftstrom. x ein äußerer Teilstrom y von dem tangential abzweigenden Verbindungskanal? aufgefangen urnd in die Vorkammer geleitet wird, wo er ebenfalls eine Drehbewegung ausführt. Die Anordnung ist hierbei in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i derart .getroffen" daß der Luftstrom y aus dem Zylinderraum über die Wirbelkammer in die Vorkammer S-förm.ig geführt wird, wodurch sich günstige räumliche Verhältnisse ergeben:. Bei dein AusführungsL--:spiel nach Fig. 2 zweigt der Verbindungskanal 7 von der Wirbelkammer 5 in Richtung einer Sehne ab. Um hierbei zu verhindern, daß die in der Wirbelkammer 5 rotierende Luft am Kanal 7 vorbeistreicht und dadurch eine ungenügende Aufladung der Vorkammer 8 mit Frischluft verhindert, ist die Wirbelkammer 5 spiralförmig ausgebildet, wobei sie an der A;bzweigungsstelle des Kanals 7 im Durchmesser abgesetzt ist, so daß eine Auffangfläche io an der Eintrittsstelle des Verbindungskanals, gebildet wird, gegen welche der Teilstrom y auftrifft und dadurch in die Vorkammer abgelenkt wird. Die Vorkammer selbst ist wieder wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. i wirbelkammerartig ausgebildet, wobei der Kanal 7 tangential in die Vorkammer einmündet.
Im Fall der Fig. 3 ist der Überströmkanal 7 in Richtung eines Durchmessers der Wirbelkammer 5 angeordnet. Er mündet in diesem Fall zentral in die Vorkammer 8 ein., so daß der Brennstoff von der Düse 9 in Richtung auf den Verbindungskanal 7 eingespritzt wird. Im übrigen entspricht die Ausführung nach Fig.3 derjenigen nach Fig.2.
Die Anordnung der Wirbelkammer und der Vorkammer kann im einzelnen natürlich variiert werden, beispielsweise derart, daß die in der Vorkammer erzeugte Drehbewegung mit derjenigen in der Wirbelkammer gleichgerichtet ist. Auch kann gegebenenfalls ein Teil des Brennraumes, z. B. durch Anordnung einer Mulde im Kclbernboden., in welche der Überströmkanal 6 z. B. tangential ausmündet, in den Zylinder verlegt werden..
Wirbelkammer und Vorkammer können zentral oder seitlich zur Zylinderachse angeordnet sein. Letzteres ergibt vor allem für Maschinen mit im Zylinderkopf angeordneten Ventilen besonders zweckmäßige räumliche Verhältnisse. Die Kammern können im Zylinderkopf oder auch: seitlich neben dem Zylinderraum untergebracht sein.
Eine Maschine nach der Erfindung zeichnet sich vor allem durch eine weiche Verbrennung, geringen spezifischen Brennstoffverbrauch und ,große Un. empfindlichlceit gegen die Art des verwendeten Brennstoffes aus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer und einer Vorkammer, gekennzeichnet durch eine derartige Ausmün:dung der Vorkammer in die Wirbelkammer. daß die im Verdichtungshub der Maschine in die Wirbelkammer einströmende und zu einer rotierenden Wirbelbewegung abgelenkte Luft von dem Verbindungskanal zwischen: Vorkammer und Wirbelkammer teilweise aufgefangen und in die Vorkammer geleitet wird.
2. Eins:pritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal zwischen Vorkammer und. Wirbelkammer entgegengerichtet dem in der Wirbelkammer eintretenden Luftstrom tangential von der Wirbelkammer abzweigt.
3. Einspri.tzbrennkraftmasch:ine nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der einströmenden Luft hinter dem Verbindungskanal eine Auffangfläche in der Wirbelkammer vorgesehen ist, gegen welche die äußeren Teile der in die Wirbelkammer eingeströmten Luft auftreffen und dadurch. in die Vorkammer abgelenkt werden. q..
Einspritzbrennkraftmaschine nach: Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangfläche dadurch gebildet wird, daß die Wirbelkammer in Drehrichtung der Luft hinter dem Verbindungskanal zur Vorkammer auf einen geringeren Durchmesser abgesetzt bzw. im wesentlichen spiralförmig mit an der Abzweigung des Verbindungskanals abgesetztem Umfang ausgebildet ist.
5. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verhindungskanal zwischen Vorkammer und Wirbelkammer in Richtung einer Sehne oder eines Durchmessers von der Wirbelkammer abzweigt.
6. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer wesentlich kleiner als die im oberen Kolbentotpunkt den Hauptteil der Verdichtungsluft aufnehmende Wirbelkammer bemessen ist: 7.
Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer ebenfalls nach Art einer Wirbelkammer ausgebildet- ist und der zweckmäßig tangential :oder annähernd tangential an die Wirbelkammer anschließende Verbindungskanal auch tangential in die Vorkammer einmündet. B.
Einspritzbrenn:kraftmaschine nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer nur durch einen einzigen einheitlichen Kanal mit der Wirbelkammer verbunden: ist.
9. Eins-pritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal zwischen.
Vorkammer und Wirbelkammer -einen dem kleineren: Rauminhalt der Vorkammer entsprechend geringeren: Querschnitt als .der Überströmkanal zwischen Zylinderraum und: Wirbelkammer hat. io.
Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer auf der dem ÜberstrÖmkanal zwischen Zylinderraum und Wirbelkammer gegenüberliegenden Seite der Wirbelkammer angeordnet ist bzw. in diese einmündet. i i. Ein.spritvbren.nkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gel;ennzeiehnet, daß der Verbindungskanal zwischen-Vorkammer und Wirbelkammer derart tangential an die beiden Kammern anschließt, daß die aus dem Zylinderraum über die Wirbelkammer in die Vorkammer überströmende Luft im wesentlichen S-förmig geführt wird.
12. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer und die Vorkammer seitlich über oder neben dem Zylinderraum angeordnet s 1 in d und die Wirbelkammer durch einen schräg oder parallel zur Kolbenbodenfläche gerichteten Überströmkanal in den Zylinderraum, gegebenenfalls in eine Mulde des Kolbenbodens, ausmündet. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 699 425, 747 836.