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Luftverdichtende Brennkraftmaschine, insbesondere Freiflugkolbenmaschine
mit veränderlichem Hub Die Erfindung bezieht sich auf eine lurftverdichtendie Brennkraftmaschirie,
insbesondere Freiflugkolbenmaschine mit veränderlichere Hub, bei der der gleiche
Brennstoff am Ende des Verdichtungshubes, zum größerenTeil direkt in einen im Arbeits@
zylinder befindlichen Brennraum und zum kleineren Teil in eine oder mehrere Vorkammern
eingespritzt sowie durch Selbstzündung gezündet wird.
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Bei den bekannten Maschinen dieser Art ist die Steuerung der Direkt-
und der Vorkammereinspritzung bisher immer eine deraxrtige gewesen, daß bei jedem
Arbeitsspiel die Vorkammereinspritzung vor der direkten Einspritzung oder spätestens.
gleichzeitig mit der direkten, Einspritzung beginnt.
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Die bekannten Maschinen haben jedoch eine verhältnismäßig geringeVerbrennungsgeschwindigkeit;
insbesondere die vollständige Verbrennung des Restes des eingespritzten Brennstoffs
dauert verhältnismäßig lange, wodurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine herabgesetzt
wird. Es ist
bekannt; die Verbrennungsgeschwindigkeit dadurch zu
erhöhen, daß die Luft im Moment der Verbrennung in eine rasche Wirbelbewegung versetzt
wird. Jedoch hat die Wirbelbewegung eine Vergrößerung des Zündverzuges und eine
Erhöhung -der Wärmeverluste durch die Wände der Verbrennungskammer zur Folge.
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Die Nachteile der bekannten Maschinen der in Rede stehenden Art werden
erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß Mittel zu einer derartigen Steuerung der
Einspritzung vorgesehen sind, elaß die direkte Einspritzung jeweils vor der Vorkammereinspritzung
beginnt. Hierdurch wird erreicht, daß die direkte Einspritzung in einem Zeitpunkt
beginnt, in welchem die Verbrennungsluft noch verhältnismäßig ruhig und infolgedessen
der Zündverzug gering ist sowie die Wärmeverluste unbedeutend sind. Die Verbrennung
geht rasch vor sich, da sehr viel Sauerstoff zur Verfügung steht. Die infolge des
späteren Einspritzbeginns später einsetzende Vorkammerausblasung bewirkt eine heftige
Verwirbelung der Verbrennungsluft im Hauptbrennraum in dem Zeitpunkt, in welchem
die Verbrennung des direkt eingespritzten Brennstoffes sich ohne diesen Impuls verlangsamen
würde. Damit wird das langdauernde Nachverbrennen des Restes der eingespritzten
Brennstoffmenge vermieden.
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Die tatsächlichen Erfahrungen mit dem Erfindungsgegenstand haben bewiesen,
daß bei diesem eine rasche, günstige Verbrennung mit geringsten Wärmeverlusten verwirklicht
wird.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß aus der deutschen Patentschrift
661 184. eine Vorkammer-Dieselmaschine bekanntgeworden ist, bei der die Hauptbrennstoffmenge
in die Vorkammer und eine Teilmenge in den Zylinder eingespritzt werden. Die Einspritzung
dieser Teilmenge hat den Zweck, die Teile des Zylinderbrennraumes mit Brennstoff
zu versorgen, welche von dem aus der Vorkammer ausströmenden brennenden Gemisch
nicht erfaßt werden. Der Vorschlag dieser deutschen Patentschrift unterscheidet
sich von dem Erfindungsgegenstand schon in der Aufgabenstellung. Auch von der Aufgabenlösung
gemäß der Erfindung, nämlich die unmittelbare Einspritzung vor der Vorkammereinspritzung-beginnen-
zu lassen, ist in der genannten deutschen Patentschrift keine Rede.
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Gemäß dem Patent 851 570 soll ein schwer entzündbarer Haupt-
oder Betriebsbrennstoff in die Vorkammer und ein leicht entzündbarer Zündbrennstoff
in den Zylinderraum einer Vorkammer-Dieselmaschine eingespritzt werden, wobei nach
Selbstzündung des -Zündbrennstoffs die -Zündung des Betriebsbrennstoffs bewirkt
wird. Auch hier sind Aufgabenstellung und Aufgabenlösung wesentlich andere- als
bei dem Erfindungsgegenstand.
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Dde-Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
veranschaulicht. Fig. i stellt den Arbeitszylinder einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Brennkraftmaschine mit gegenläufigen Freiflugkolben im Teillängsschnitt dar; Fig.2
zeigt den gleichen Zylinder im Querschnitt nach der Ebene II-II der Fig. i, während
Fig.3 einen Querschnitt durch den Zylinder einer gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ausgebildeten Brennkraftmaschine zeigt.
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In Fig. i ist mit i ein Brennkraftmaschinenzylinder bezeichnet, in
welchem zwei gegenläufige Freiflugkolben 2 und 3 arbeiten, die in der Nähe ihres
äußeren Totpunkts Einlaßschlitze q. und Auspuffschlitze 5 freilegen. Die Kolben
2 und 3 sind untereinander durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Synchronisierungsvorrichtung
verbunden, durch welche die hin und her gehenden Bewegungen der Kolben synchronisiert
werden.
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Der -im Arbeitszylinder befindliche Brennraum wird durch den Raum
gebildet, der sich zwischen den beiden Kolben 2 und 3 befindet, wenn. diese in irer
inneren Totpunktstellung, das heißt am Ende- ihres Verdichtungshubes sind. In diesen
Brennraum münden einerseits eine Düse 6, die am Ende des Verdichtungshubes der Kolben
den größeren Teil des Brennstoffs direkt in den genannten Brennraum einspritzt,
und andererseits eine Vorkammer 7, in welche der kleinere Teil des gleichen Brennstoffs
eingespritzt wird. Die Vorkammer 7 ist bei der Ausführungsform der Fig. i und 2
der direkt in den Brennraum einspritzenden Düse 6 diametral gegenüber in der gleichen
Querschnittsebene wie die Düse 6 angeordnet.
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Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß die Direkteinspritzung durch
die Düse 6 vor der Vorkammereinspritzung beginnt.
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Wenn für die direkte und die Vorkammereinspritzung eine gemeinsame
Einspritzpumpe 8 dient (s. Fig. 2), so kann die Verzögerung des Beginns der Vorkammereinspritzung
dadurch herbeigeführt werden, daß der Strömungswiderstand der zu der Vorkammer 7
führenden Leitung 9 größer ist als der Strömungswiderstand der Leitung io, die die
Pumpe B mit der Düse 6 verbindet, welche den Brennstoff unmittelbar in den Brennraum
des Arbeitszylinders i einspritzt. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 2 in die Leitung
9 eine der Leitung 9 eine zusätzliche Länge gebende Verzögerungsvorrichtung eingebaut,
welche aus einem zylindrischen Kernstück i i mit einer auf seinem äußeren Umfang
eingeschnittenen Schraubennut 12 und aus einer Zylinderhülse 13 bestehen kann, welche
z. B. durch Aufpressen, Aufschrumpfen od. dgl. auf dem Kernstück i i befestigt sein
kann. Das Ganze ist so ausgebildet, daß die Schraubennut einen Teil der Leitung
9 bildet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind einerseits, diametral gegenüber,
zwei Düsen 61, 62 zur direkten Brennstoffeinspritzung in den Brennraum und andererseits,
ebenfalls diametral gegenüber, zwei Vorkammern 71, 72 vorgesehen. Die Düsen der
Vorkammern 71, 72 sind an eine gemeinsame Brennstoffpumpe 8" angeschlossen, während
die beiden die direkte Brennstoffeinspritzung in den Brennraum vornehmenden. Düsen
61, 62 an eine zweite Pumpe 8b angeschlossen sind. Damit die unmittelbar einspritzenden
Düsen 61, 62 die Einspritzung
vor den Vorkammern 71, 72 beginnen,
sind die die Pumpen 8" und 86 betätigenden Nokken 14" und iq.b entweder in zweckentsprechender
Weise gegeneinander versetzt, oder aber das Profil dieser Nocken ist entsprechend
dem gewünschten Zeitunterschied im Einspritzbeginn geformt.
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Selbstverständlich kann die Zahl der direkt einspritzenden Düsen und/oder
der Vorkammern auch noch größer als zwei sein.
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In allen Fällen wird jedoch am Ende des Verdichtungshubes durch beide
Einspritzvorrichtungen der gleiche Brennstoff eingespritzt, und zwar durch die direkt
einspritzenden Düsen der größere Teil und durch die Vorkammern der kleinere Teil.
Die Zündung ist eine Selbstzündung und beruht auf der Verdichtungswärme der im Brennraum
hoch verdichteten Verbrennungsluft.
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Wenn die Erfindung bei einer zur Erzeugung warmer Druckgase dienenden
und mit veränderlichem Druck der Ladeluft arbeitenden Brennkraftmaschine angewandt
wird, so ist es zweckmäßig, die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Direktuni der
Vorkammereinspritzung in dem Sinne regelbar zu machen, daß sie mit steigendem Ladedruck
durch Vorverlegung des Beginns der Direkteinspritzung wächst. Ferner ist es häufig
vorteilhaft, das Verhältnis der durch die Vorkammer oder die Vorkammern eingespritzten
Brennstoffmenge zu der unmittelbar eingespritzten Brennstoffmenge in Abhängigkeit
von der Leistung der Brennkraftmaschine zu ändern. Beispielsweise kann dieses Verhältnis
zwischen den Werten i : 3 für Leerlaufbetrieb und geringe Belastung und i : 5 für
Vollastbetrieb regelbar sein. Zu diesem Zweck kann die durch die Vorkammern eingespritzte
Brennstoffmenge im gesamten Leistungsbereich der Brennkraftmaschine etwa konstant
gehalten werden, während nur die Brennstoffmenge, welche unmittelbar in den Brennraum
des Arbeitszylinders eingespritzt wird, entsprechend der Belastung der Brennkraftmaschine
geregelt wird.
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Wenn die Luft bei ihrem Eintritt in den Brennkraftzylinder durch geeignete
Anordnung der Einlaßöffnungen q. eine kreisende Bewegung um die Achse des Arbeitszylinders
erhält (vgl. Pfeil f in Fig. 3), so können die Spritzöffnungen der direkt einspritzenden
Düsen und der Vorkammern so angeordnet sein, daß ihre Spritzstrahlen im wesentlichen
tangential zu dieser Kreisbewegung gerichtet sind.