-
Vorkammerdieselmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammerdieselmaschine,
bei welcher der Brennstoff in die Vorkammer bzw. durch diese hindurch bis in den
durch eine flache, mit dem Zylinderraum ungedrosselt verbundeneKolbenvertiefung
gebildeten Hauptbrennraum gespritzt wird, wobei der in die Vorkammer gespritzte
Brennstoff bei teilweiser Verbrennung in derselben infolge der Druckerhöhung durch
einen zweckmäßig in Spritzrichtung der Düse angeordneten überströmkanal in den Hauptbrennraum
geblasen wird und die im Zylinderraum verdichtete Luft am Ende des Verdichtungshubes
von dem die Kolbenvertiefung rings umgebenden, unvertieften und dicht an den Zylinderkopf
herantretenden Kolbenrand in Richtung gegen die Vorkammermündung in dieKolbenvertiefungverdrängt
wird. Es sind Brennkraftmaschinen dieser Art bekannt, bei welchen der die Vorkammer
mit dem Hauptbrennraum verbindende Kanal in den Hauptbrennraum bzw. die Kolbenvertiefung
derart hineinragt bzw. der Kolben mit einem dicht an die Ausmündung der Vorkammer
herantretenden mittleren Vorsprung versehen ist, derart, daß im oberen Kolbentotpunkt
zwischen der die Ausmündung umschließenden Wandung des Kanals und dem Kolbenboden
ein enger ringförmiger Spalt gebildet wird, durch den hindurch der aus der Vorkammer
austretende Vorkammerinhalt allseitig auf den Hauptbrennraum verteilt wird. Bei
diesen Maschinen wird jedoch der Kolbenboden von den aus der Vorkammer austretenden
Brenngasen unmittelbar getroffen, so daß eine hohe thermische Belastung des Kolbenbodens
wie auch der in den Hauptbrennraum
hineinragenden Wandungen des
den überströmkanal bildenden Einsatzes-auftritt.
-
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß der im wesentlichen
in Richtung der Einspritzdüse liegende, einen freien Durchtritt des eingespritzten
Brennstoffes von der Vorkammer bis in den Hauptbrennraum zulassende überströmkanal
etwa bündig mit der dem Zylinderraum abschließenden Zylinderkopfwandung in Höhe
des Ringspaltes über dem unvertieften Kolbenrand in den durch die flache Kolbenvertiefung
gebildeten Hauptbrennraum ausmündet, derart, daß die bei Annäherung des Kolbens
an den Zylinderkopf aus den Umfangsteilen des Zylinderraumes verdrängte Luft sich
vor der Mündung des überströmkanals trifft und in die Kolbenvertiefung zu einem
Ringwirbel abgelenkt wird, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse des Überströmkanals
zusammenfällt.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Maschine wird einerseits
erreicht, daß die hohe thermische Belastung des Kolbenbodens und des den überströmkanal
bildenden Einsatzes vermieden wird, gleichzeitig aber die bei den bekannten Maschinen
angestrebte gleichmäßige Verteilung des Vorkammerinhaltes auf den gesamten Brennraum
ebenfalls erreicht - wird. Infolge des Zusammentreffens der von allen Seiten gegen
die Vorkammermündung verdrängten Luft mit dem aus der Vorkammer austretenden, bereits
brennenden bzw. zur Verbrennung weitgehend aufbereiteten Gemisch kann eine wirksame
Zusammenführung und Durchmischung der Luft mit dem Gemisch und hieran anschließend
durch das nach allen Seiten gleichmäßige Wiederauseinanderströmen eine gleichmäßige
Verteilung des, Gemisches auf den Hauptbrennraum erreicht werden.
-
Es sind zwar schon Vorkammerbrennkraftmaschinen bekannt, bei welchen
die Vorkammer durch einen in Spritzrichtung angeordneten Kanal in eine den Hauptbrennraum
bildende flache Kolbenmulde einmündet. Die Vorkammer ist jedoch in diesem Falle
unter einem verhältnismäßig flachen Winkel gegen den Zylinderboden geneigt und mündet
etwa tangential in die Kolbenmulde ein. Die Verteilung des Brennstoffes auf den
Brennraum ist daher nicht die gleiche wie im Falle der Erfindung, und es läßt-sich
kein so gleichmäßiges Gemisch im Hauptbrennraum wie im Falle der Erfindung erreichen.
-
Durch die Anordnung des Hauptbrennraumes in einer Kolbenvertiefung
ergibt sich ferner der Vorteil, daß der Wärmeverlust im Hauptbrennraum im Bereiche
des oberen Kolbentotppnktes weiter verringert werden kann, da die Zylinderlaufbahn
durch den unvertieften Kolbenrand gegen den Brennraum abgeschirmt ist. Zugleich
können schädliche Ablagerungen von Rückständen unverbrannten Brennstoffes an der
Zylinderlaufbahn vermieden werden.
-
Die Erfindung ist auch bei exzentrisch und gegebenenfalls schräg zur
Zylinderachse angeordneter Vorkammer anwendbar. In diesem Falle ist einerseits die
Kolbenvertiefung nach der Seite der Vorkammer zu exzentrisch zur Zylinderachse und
andererseits die Ausmündung des Verbindungskanals nach der Seite der Vorkammer zu
entsprechend exzentrisch zur Kolbenvertiefung angeordnet. Eine solche Anordnung
ist insbesondere für kleine Maschinen mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil von
Vorteil. Die gleichachsige Anordnung von Einspritzdüse und Überströmkanal erlaubt
es ferner, in an sich bekannter Weise durch entsprechende Bemessung der Maschine
und des Einspritzdruckes bei Anlaß- oder niederen Drehzahlen den Brennstoff unmittelbar
bis in den Hauptbrennraum zu spritzen und dadurch das Anlassen zu erleichtern, während
z. B. bei normalen Betriebsdrehzahlen der Brennstoff in der Vorkammer zurückgehalten
und dort entzündet wird. Hierdurch können sowohl die Eigenschaften einer Vorkammermaschine
als auch einer nach dem direkten Einspritzverfahren arbeitenden Maschine miteinander
vereinigt werden.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Teilschnitt durch Zylinderachse und Vorkammerachse
der Maschine nach Linie A-B dei Fig. 2 und die Fig. 2 einen waagerechten Schnitt
durch die Maschine nach Linie C-D der Fig. i.
-
Im wassergekühlten Zylinder i gleitet der Kolben 2, welcher eine im
wesentlichen den Hauptraum bildende, verhältnismäßig flacheKolbenvertiefung 3 besitzt.
Letztere ist mit einer Exzentrizität e1 zur Zylinderachse versetzt angeordnet und
besitzt im wesentlichen eine kreisförmige Gestalt, wobei der Boden q. der Kolbenvertiefung
abgerundete Umfangswandungen 5 besitzt, welche mit der unvertieften ringförmigen
Stirnfläche6 des Kolbenbodens eine scharfe Kante bilden. Die Ringfläche 6 des Kolbenbodens
tritt hierbei (wie dargestellt) im oberen Kolbentotpunkt dicht an die untere, gleichzeitig
den Hauptbrennraum 3 nach oben abschließende Begrenzungsfläche 8 des Zylinderkopfes
9 heran, so daß zwischen den beiden Flächen 6 und 8 nur ein schmaler ringfärmiger
Spalt io verbleibt. Im Zylinderkopf sind einerseits das Einlaßventil i i und das
Auslaßventil 12 sowie andererseits dieVorkammer 13 exzentrisch zur Zylinderachse
angeordnet, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß (wie insbesondere Fig.
2 zeigt) die Wandungen der Ventilkammern bzw. der Vorkammer allseitig von Kühlwasser
umspült werden und an keiner Stelle miteinander zusammenwachsen. Die z. B. leicht
ovale oder birnenförmige Gestalt besitzende Vorkammer 13 steht durch einen
Verbindungskanal 14 mit dem Hauptbrennraum 3 in Verbindung und ist zur Zylinderachse
um den Winkel a, z. B. zwischen 2o und> 30°, geneigt. Die Ausmündung der Vorkammer
besitzt hierbei eine Exzentrizität von e. zur Achse der Kolbenvertiefung bzw. des
Hauptbrennraumes 3, und zwar ungefähr derart, daß der aus der Vorkammer bzw. dem
Verbindungskanal austretende Brennstoffstrahl nach der der Zylinderachse entgegengesetzten
Seite exzentrisch in die Kolbenvertiefung ausmündet. Die Vorkammer i3
und
der Verbindungskanal 14 werden von einem Einsatzstück 15 ausgekleidet, welches z.
B. aus einem Stück bestehend, auf seiner Außenseite z. B. durch einen Isolierraum
16 gegen die Wandung des Zylinderkopfes isoliert ist. Das Einsatzstück kann verschiedene,
z. B. in den äußeren Umfangsteilen der Vorkammer geringere Wandstärken als in dem
den Verbindungskanal bildenden oder diesen benachbarten Wandungsteilen besitzen.
In den oberen Teil des Einsatzes 15 ist z. B. ein muffenförmiges Stück 17 eingeschraubt
oder in sonstiger Weise eingesetzt, welches nach der Vorkammer zu einen nach innen
vorspringenden und die Vorkammer zu einer Kugelform ergänzenden Bund besitzt. In
das muffenfönnige Stück 17 ist die Einspritzdüse 18 derart eingesetzt, daß
der eingespritzte Brennstoffstrahl durch die Vorkammer hindurch gegen den Verbindungskanal
14 bzw. durch diesen hindurch in die Kolbenvertiefung gerichtet ist. Zum Anlassen
der Maschine kann gegebenenfalls auch eine Glühkerze verwendet werden, welche z.
B. von der Seite her waagerecht in die Vorkammer hineinragt.
-
DieAbmessungen von Hauptbrennraum undVorkammer sind zweckmäßig derart
gewählt, daß die Vorkammer einen Raumanteil von 35 bis 45 °/o, bei mittleren Fahrzeugmaschinen
z. B. am günstigsten 38 bis 41 °/o, des Gesamtverbrennungsraumes aufweist. Die Exzentrizität
e2 der Vorkammermündung zur Achse des Hauptbrennraumes ist im allgemeinen von der
Schräge der Vorkammerachse bzw. des Mündungskanals abhängig und beträgt z. B. etwa
15 bis 25 % des Durchmessers der Kolbenvertiefung. Je steiler die Vorkammerachse
zur Ebene des Kolbenbodens verläuft, um so geringer wird man auch die Exzentrizität
e2 wählen, während ein weniger steiler Verlauf der Achse in der Regel eine größere
Exzentrizität erfordert. In Richtung der Zylinderachse gesehen, beträgt die Fläche
der Kolbenvertiefung zweckmäßig ungefähr 1/2 bis 2/s der Fläche des Kolbens bzw.
Zylinders. Die Kolbenvertiefung kann z. B. auch löffelförmig ausgebildet sein, etwa
derart, daß sie nach der der Vorkammer entfernten Seite flach oder annähernd flach
in den unvertieften Kolbenrand übergeht.
-
Nähert sich der Kolben seinem oberen Kolbentotpunkt oder befindet
er sich in diesem, so werden durch Verdrängung der Luft aus dem Spalt io zwischen
Kolben und Zylinderkopf exzentrische Wirbelströmungen x1, x2 gebildet. Die Exzentrizität
e2 ist unter Berücksichtigung dessen insbesondere so gewählt, daß sich die Wirbelströmungen
in der Achse des auf den Boden der Kolbenvertiefung gerichteten Vorkammerstrahles
vor der Mündung des Verbindungskanals 14 treffen und dadurch bei ihrer Ablenkung
den Vorkammerinhalt mitnehmen können. Die Luftbewegung und die sich daraus ergebende
verteilende Wirkung auf den Brennstoff wird sich auch noch eine gewisse Zeit über
den Kolbentotpunkt hinaus erstrecken, jedenfalls so lange, als der Ausblasevorgang
stattfindet. Durch den Kolbenrand ist hierbei der Brennstoff gegen einen Zutritt
zur gekühlten Zylinderwandung und damit zur Ablagerung von unverbrannten Brennstoffresten
an der Zylinderfläche geschützt.