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Kleindieselmotor Die Erfindung betrifft die Anordnung und Form der
Brennkammer von Dieselmaschinen kleiner Abmessungen, die nach dem Zweitaktv erfahren
mit Gleichstromspülung arbeiten und ein im Zylinderkopf angebrachtes Auslaßventil
besitzen.
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Bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen kleiner Leistung und der
damit zusammenhängenden hohen Schnelläufigkeit sowie wegen des hohen Verdichtungsverhältnisses
des Dieselverfahrens ist der die verdichtete Luft abgrenzende Raum, meist als Brennkammer
ausgebildet, nur recht klein. Das erschwert die Zerstä.ubung des Brennstoffes. Der
Brennstoff wird ja immer erst eine- gewisse Weglänge als geschlossener Strahl zurücklegen
müssen, bevor er sich so weit aufgelöst hat, daß eine vollständige Verbrennung stattfinden
kann. Bei einer kleinen Brennkammer kann ein gerader Strahl darum nur eine kurze
Länge haben, bis er die gegenüberliegende Wand der Brennkammer berührt. An dieser
schlagen sich dann umverbrannte Brennstoffteile in unerwünscht großer Menge nieder,
was zur CSlkohlenbildung führt. Diese ist schädlich, da, sie schlechte Verbrennung
ergibt.
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Man hat bereits verschiedene Maßnahmen getroffen, um diesem Übel zu
steuern. Man hat z. B. den Brennraum trichterförmig ausgebildet und durch tangentiale
Zuführung der Luft dafür gesorgt, daß ein Wirbel den Brennstoff mitreißt und den
Strahl somit an seiner Spitze umbiegt. Man hat die Kanten des Brennraumes abgerundet
und auch die Brennstoffdüse mehr oder weniger in bezug auf die Bremrkammerachse
geneigt ausgeführt.
Diese Maßnahmen genügen aber noch nicht, um
C)lkohlebildung zu verhüten, und diese tritt auch bei diesen Brennräumen um so eher
auf, je kleiner die Brennkammer ist.
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Man hat darum auch den Hauptteil der Brennkammer als Kugelraum in
den Kolben selbst verlegt und dann die Einspritzung so geführt, daß der Brennstoffstrahl
die Brennkammerwand zwar berührt, aber nur tangential. Es schlägt sich dann anfangs
eine dünne Brennstoffschicht nieder, die nachher durch .denn Luftwirbel wieder abgelöst
wird und verdunstet. Auch diese Maßnahme läßt -sich aber bei kleinsten Mo:to,ren
nicht verwenden, schon wegen der dadurch bedingten Kolbenhöhe, der dadurch vermehrten
Masse der hin- und hergehenden Teile und der schwierigen Wärmeabfuhr am Kolben.
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Flache. zentrische Brennkammern mit tangentialer Einspritzung führen
auch dann noch nicht ganz zum erwünschten Ergebnis, wenn, wie üblich, durch tangential
angeordnete Lufteintrittsschlitze zum Zylinder dafür gesorgt wird, daß die Luft
mit einer Wirbelbewegung in die Brennkammer eintritt.
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Es sind weiterhin Dieselmaschinen bekannt; die einen gegenüber der
Zylinderachse. verschobenem Brennraum aufweisen sowie eine Einspritzdüse, die unter
einem so:Ichen Winkel zum Kolben geneigt ist, daß ihre verlängerte Mittelachse die,
gegenüberliegende Wand des Brennraumes nicht mehr trifft. Der Brennraum erhält dann
z. B. im Querschnitt etwa die Fürm eines .Dreiecks mit abgerundeten Ecken. Dabei
wird angestrebt, die in einer Ecke des Dreiecks angebrachte Einspritzdüse ungefähr
gleich weit von allen Punkten der ihr gegenüberliegenden Brennraumwand entfernt
zu halten. Bei einer Kleindieselmaschine ist aber auch diese Strahllänge zu kurz,
um zu verhüten, daß unv erbrannterBrennstoff an di:e gegenüberli.ebgende Wand gelangt.
Bei dieser Bauart fehlt ja die, Strah.labbiegung durch einen scharfen Wirbel, und
somit wird der Strahl nicht länger ausfallen können als die zur Verfügung stehende
Strecke von der- Brennstoffdüse bis zur gegenüberliegenden Wand. Die Ausdehnungsmöglichkeit
des Brennstoffstrahls ist eben bei jeder Brennkammerform, solange gerade Strahlen
verwendet werden, durch die gegenüberliegende Wand der Brennkammer oder des Zylinders
begrenzt, und diese Weglänge ist ungenügend, um auf ihr den Brennstoff voll zu verbrennen.
Nur ein sehr schnell drehender Wirbel vermag den Brennstoffstrahl zu einer Spiralform
umzubiegen und somit bei größerer Strahllängel, als der Durchmesser der Brennkammer
ist, seine Berührung mit der Wand zu verhüten. Diesen Wirbel läßt aber die Dreiecksform
der Brennkammer nicht zu, denn er kann nur bei -einem Kreisquerschnitt der Brennkammer
erreicht werden. Außerdem läßt sich dieser Brennraum nur schwer herstellen. Eine
Strahlverlängerung durch eine der Einspritzdüse nachgelagerten Bohrung, also die
Verlegung der Düse an den Zylinderrand oder noch vor diesen hinaus, ergibt wieder
eine Abweichung von der Kreisform und damit einen Raum ungenügender Luftzufuhr und
Wirbelung.
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Es sind auch Brennkammern bekannt, bei denen im Anschluß an eine runde
Brennkammer eine weitere seitliche Ausnehmung in den Zylinderkopf eingearbeitet
ist. Dadurch wird der Brennstoffstrahl zwar gegebenenfalls etwas verlängert, aber
auch die Ausnehmung kann ja nicht länger sein als der Zylinderdurchmesser und hat
den Nachteil, die Luftwirbel abzubremsen. Der Brennstoffstrahl bleibt dabei immer
noch zu kurz. Zudem ist solch eine Brennkammer auch in der Herstellung teuer.
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Die vorliegende Erfindung, deren, kennzeichnende Merkmale nicht für
sich allein geschützt werden sollen, sondern bei der ausschließlich für die Kombination
sämtlicher Merkmale Schutz begehrt wird, schafft nun eine Brennkammer, die in der
Herstellung riecht einfach ist, die aber dennoch die Verbrennung so@ günstig gestaltet,
daß der Ö1-kohleansatz an der Brennkammarwand vermieden wird.
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Sie verwendet hierfür eine Kombination. von. an sich meist bereits
bekannten Einzelmaßnahmen. Die gegenüber dem Kolben zentrische Lage; des Auslaßventils
im Zylinderkopf wird beibehalten. Der flache zentrische Raum unmittelbar davor geht
nach unten hin in eine exzentrische Brennkammer über. Der Brennstoffstrahl ist zur
Grundfläche der Brennkammer so@ weit geneigt, daß die Oberkante des. Einspritzkegelmantels
parallel zur Grundfläche des A.uslaßventils liegt. Die verlängerte Düsenachse tangiert
die Wand der eigentlichen Brennkammer nicht mehr, und es wurde ein optimaler Winkel
mit der Horizontalen durch Versuche zu I2,5° ermittelt. Es wird exzentrische Einspritzung
verwendet, so daß die bei der Gleichstromspülung bereits vorhandene wirbelnde Drehung
der Luft durch die wirbelnde Drehung des Brennstoffgemisches noch verstärkt wird.
Diese Wirbel drehen sowohl in bezug auf die Zylinderachse als auch wegen der Strahlneigung
und der Kolbenbewegung senkrecht dazu. Dadurch wird der Brennstoffstrahl zu einer
Spirale umgebogen und so erheblich verlängert. Hierdurch wird eine gute Durchm.ischung
von Brennöl und Luft erzielt. Die Brennkammerwand wird vom Strahlmantel nur tangential
berührt mit dem bekannten Ergebnis der Kondensation mit nachfolgender Ablösung des
Brenns.toffos durch die Luft. Die eigentliche Brennkammer verbleibt rund, ist also
billig herzustellen. Sie besteht; wenn man den Hubraum des Ventils und den oberen
Zylinderraum dazurechnet, aus drei übereinanderliegenden Scheiben. Die zentrische
Scheibe, die nur das Auslaßventil aufnimmt, tangiert die mittlere eigentliche Brennkammer,
die zur Zylinderachse exzentrisch liegt, an einer Seite. Die Brennkammerwand ist
fernerhin gegen den Zylinderraum. abgerundet, und zwar dort, wo der Brennstoffstrahl
der Wand nahekommt, stärker, also mit größerem Krümm:ungsradius. Zu Beginn der Einspritzung,
wenn also, der Kolben seine höchste Lage noch nicht erreicht hat, kann ein Teil
des
Brennstoffes auf diese Art auch in den Zylinder eintreten, wird
aber durch den aufwärts gehenden Kolben wieder in die Brennkammer zurückgewirbelt.
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Zur Erläuterung dient die Zeichnung, deren Fig. i den Zylinderdeckel
-im Längsschnitt und F ig. 2 in Ansicht vom Kolben aus gesehen, in schematischer
Weise zeigt.
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Der Zylinderkopf i bedeckt oder bedeckt und umschließt nach oben hin
den Zylinderraum 2. Zentrisch zur Zylinderachse a liegt der Raum 3 für das Auslaßventil
4, das die Auspufföffnung 5 abgrenzt. Nach unten hin geht der Raum 3 in die Brennkammer
6 über, deren Mittelachse b zur Zylinderachse a parallel, aber exzentrisch liegt,
und zwar so weit, daß die Wände des Raumes 3 und der Brennkammer 6 einander, links
in den Figuren, tangieren. Die Öffnung für die Gl,immhilfszündung 7 liegt der Einspritzöffnung
8 für den Brennstoff schräg gegenüber, etwas exzentrisch und auch etwas geneigt.
Die Einspritzöffnung 8 ist so. angeordnet, daß der Brennstoff einen möglichst großen
freien Weg zurücklegen kann. Die Achse c der Einspritzdüse ist, wie oben erwähnt,
geneigt. Die Abrundung der Brennkammer 6 gegen den Zylinderraum zu ist dort, wo
der Brennstoffstrahlkegel sie berührt, stärker abgerundet, also mit größerem Krümmungsradius.
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Hierdurch wird, trotz der kleinen Brennkammer, ein doch verhältnismäßig
langer Brennstoffstrahl erzielt und wegen der guten Durchwirbelung und der nur tangentialen
Berührung der Brennkammerwand Koksbildung vermieden. Die Bearbeitung dieses Zylinderkopfes
auf der Drehbank ist einfach, denn mit einer Einspannung können. die Räume 2, 3
und 5 bearbeitet werden und mit der zweiten der Raum 6. Weil die Wirbel alle auf
den Raum 3 hin gerichtet sind, können die Abgase bei der Öffnung des Aüslaßventils
schnell austreten.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Höhe des Raumes 3 als ein
Zehntel bis ein Drittel derjenigen der Brennkammer 6 zu wählen und. die Exzentrizität
der Brennkammer 6 auf 5 bis ioo/o des Brennkammerdurchmes.sers zu beschränken. Die
geschilderte. Anordnung und Form der Brennkammer und die gezeigte Einspritzart stellt
für den raumbegrenzten Zweitaktdiesel-Kleinmotor eine zweckmäßige Lösung der Aufgabe
dar, trotz einfacher Farmgebung eine gute Verbrennung ohne Koksbildung zu erzielen.