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Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine mit einer seitlich
ausblasenden Vorkammer und einem im Kolbenboden angeordneten muldenförmigen Hauptbrennr
aum Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine,
die eine Vorkammer aufweist, deren Ausblaseöffnung seitlich angeordnet ist. Nach
den bisher üblichen Regeln über die Gemischbildung wurde immer darauf gesehen, den
Luftinhalt des Hauptbrennraumes nach Möglichkeit ganz vom austretenden Strahl dies
V orkammerinhaltes zu erfassen, um eine schnelle und restlose Verbrennung zu erreichen.
Man ist daher stets bestrebt gewesen, die Form des Hauptbrennraumes entweder der
Form des austretenden Vorkammerstrahles oder umgekehrt den Vorkammerstrahl, gegebenenfalls
durch Aufteilung in mehrere verschieden große und verschieden gerichtete Teilstrahlen,
der Brennraumform weitgehendst anzupassen. Es sind daher auch Vorkammerbrennkraftmaschinen
bekanntgeworden, bei denen bei seitlich angeordneter Vorkammer der Teil des Hauptbrennraumes,
der der Hauptstrahlrichtung entgegengesetzt liegt, durch gesonderte kleine Austrittsbohrungen
ebenfalls vom Vorkammerinhalt erfaßt wird. Die Anwendung dieses Grundsatzes hat
auch im allgemeinen zum Erfolg geführt, solange der Hauptbrcnnraum größere Abmessungen
aufwies, d. h. solange er im wesentlichen aus einer über dem Kolben -gelegenen Scheibe
vom Zylinderdurchmesser bestand. Als man jedoch dazu überging, den Hauptbrennraum
vor der Vorkammermündung, z. B, in Form einer Mulde im Kolbenboden zusammenzuballen,
zeigte es sich, daß in bezug auf Brennstoffverbrauch und Motorleistung die Resultate
schlechter wurden, wenin. Vorkammerstrahl und Brennraum.form nach den bisherigen
Regeln aufeinander abgestimmt waren, was ja bei
der gedrängten Ausbildung
des Hauptb-rennraumes keinerlei Schwierigkeiten mehr bot. Die vollkommene Erfassung
des Hauptbrennraumes durch ,den austretenden Vorkammerinhalt ergab überraschenderweise
keine bessere Verbrennung und damit auch keinen günstigeren Breninstoffverbrauch
und keime Erhöhung,der Motorleistung.
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Diese sind erst zu erreichen, wenn der Hauptbrenm.raum möglichst gedrängt
in Form einer Mulde vor der Vorkammermündung zusammengefaßt ist und die Vorkammermündung
so zum Hauptbrennraum angeordnet ist, daß ein Teil des Hauptbrennrauimes entgegen
.der Ausblasericlitung hinter der Vorkammeraustrittsöffnu;ng liegt und vom Strahl
,des Vorkammerinhaltes nicht unmittelbar erfaßt wird. Diese Kombination allein genügt
jedoch nicht, um den erstrebten Erfolg zu erreichen. Es sind Brennkraftmaschinen
bekannt; bei welchen in einer die Verbrennungsluft aufnehmenden, schmalen, rinnenförmigen
Vertiefung im Kolbenboden die Vorkammermündung außermittig so weit h:i,neinra.gt,
daß ein größerer Raum vor der Vorkammeraustrittsöffnung und ein kleinerer Raum hinter
der Vorkammermündung liegt, die jedoch beide nur über enge Drosselsstellen miteinander
:in Verbindung stehen. Ein Nachströmen der Luft aus dem kleinen Raum hinter der
Vorkammermündung in die eigentliche Brenuraummulde vor der Vorkammermündung ist
bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen in der kurzen, zur Verfügung stehenden
Zeit gar nicht möglich.
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Erfindungsgemäß stehen. daher bei einer Vorkammermaschine mit um die
Zylinderachse oder schräg seitlich -im. Zylinder angeordneter Vorkammer und mit
Bezug auf die Ausblaseöffnung der Vorkammer exzentrisch angeordneter, durch eine
Kugelkalotte oder dieser ähnlichen Form gebildeten Mulde, die :unmittelbar vom Vorkammerstrahl
angeblasenen Raumteile der Mulde mit den nicht unmittelbar angeblasenen. ini urgedrosselter
Verbindung.
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Das Vorhandensein eines. sogenannten toten Raumes, der ganz außerhalb
des Erfassungs= Bereiches des Vorkammerstrahles liegt, wurde bisher immer als fehlerhaft
angesehen, weil man. glaubte, daß die dort vorhandene Luft nur in, ungenügendem
Maße zur Veribrenriung herangezogen wird. Dies. trifft jedoch nur zu, wenn der nicht
angeblasene Raum in stark gedrc-sselter Verbindung mit dem Raum vor der Vorkammermülndung
steht. Ein in den Verbrennungsraum eintretender Brennstoff- oder Gasstrahl schiebt
nämlich eine Flammenfront vor, sich her, die zwar keine Ebene isst, durch die sich
aber,doch die Zonen des Verbrannten von dem Uriverbrannten scheiden. Wenn nun der
Brennraum vollständig der Strahlform angepaßt ist und der Brennstoffstrahl an einer
Ecke dieses Brennraumes eintritt, wird zunächst einmal Luft in der Nähe der Düse
verbraucht und von da aus schiebt such die Verbrennungsfront immer weiter in den
Brennraum vor. Die neu eintretenden Brennstoffmengen müssen -demnach durch Zonein
verbrannter Gase hindurch, um die in dem vom Vorkammermund entfernten Teile .des
Brennraumes noch befindliche unverbrannte Luft zu erreichen. Hierbei ist eine starke
Vermischung von Verbranntem und Unverbranntem unvermeidlich. Wenn dagegen hinter
oder neben der Vorkammermündung, d. h. in der Nähe der Wurzel des eintretenden Strahles
Raum vorhanden ist, der nicht unmittelbar durch den Vorkammerstra:h1 erfaßt wird,
dann kann Frischluft von dort, wenn der nicht angeblasene Luftraum mit dem angeblasenen
in urigedrosselter Verbbindung steht, an den Vorkammerstrahl herantreten und sich
mit den Brennstoffteilen desselben vermischen. Diese Gemischbildung findet also
im Gleichstrom statt, d. h. Brennstoffstrahl und Luft fließen in, -der gleichen
Richtung. Da sich eine solche Gemischbildung im Gleichstrom einer Gemischbildung
im Gegenstrom stets als überlegen gezeigt hat, ward die Verbrennung wesentlich verbessert
und .die Brennstoffausnutzung erhöht.
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Wesentlich für den Erfolg ist aber nicht nur die zusätzliche Anordnung
von Lufträumen im Strahlschattein, sondern auch die enge Zusammenballung des vom
Vorkammerstrahl erfaßten Teils des Hauptbrenn.raumes. Als besonders günstig hat
sich hierfür die Form einer Kugelkalotte oder einer dieser ähnlichen Mulde erwiesen.,
-die zur Austrittsmündung der Vorkammer exzentrisch angeordnet ist. Das der Vorkammeraustrittsmündung
vorgelagerte Luftpolster hat dann unmittelbar an der Austrittsöffnung die größte
Dicke, wodurch der Kolbenboden von der Aufheizung .durch den aus .der Vorkammer
ausblasenden Gasstrahl geschützt wird. Der Austrittsstrahl aus der Vorkammer, der
.zur Zylinderachse ,geneigt ist, soll zwischen dem Zentrum der Mulde und ihrem äußeren:
Rand in dein Hauptbrennraum eintreten. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die -den Hauptbrennraum
bildende Mulde exzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist. Das gilt auch bei Vorkammern,
die in an sich bekannter Weise zentral im Zylinderdeckel angeordnet sind und -deren
Achse mit der Zylinderachse keinen oder nur einen. sehr kleinen Winkel 'bildet.
Schließlich ist auch noch von Wichtigkeit, daß der austretende Vorkammerstrahl nicht
mit allzu hoher Geschwindigkeit -in den verhältnismäßig kleinen Hauptbrennraum eintritt,
damit der Vorkammerinhalt und .der darin, enthaltene Brennstoff nicht unmittelbar
gegen die, nächste Wandung des Brenpiraumes geschossen wird. Aus diesem Grund sind
.in Weiterausbildung der Erfindung die Austrittsöffnung oder -öffnungen der Vorkammer
in an sich bekannter Weise diffusorartig erweitert. Dadurch wird den austretenden
Strahlen eine kürzere und breitere Form gegeben durch die der vor den Austrittsmündungen
gelegene überwiegende -Teil des Hauptbrennraumes auch besser erfaßt wird. Als besonders
zweckmäßig hat sich eine Vorkammeröffnung ergeben, deren Querschnitt in einer senkrecht
zur Ausblaserichtupg liegenden Ebene einen Kreisringabschnitt bildet.
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Inder Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Vorkammerbrennkraftmaschine
nach der Erfindung dargestellt, und' zwar zeigt
Fig. I einen Axialschnitt
durch eine seitlich angeordnete Vorkammer und einen Teil des Zylinders, Fig. 2 einen
Axial.schnitt durch eine zentral angeordnete Vorkammer und einen Teil des Zylinders,
Fig.3 einen Axialschnitt durch einen Vorkammerbrennereinsat.z mit der Austrittsmündung
in größerem Maßstab und Fig.4 eine Ansieht des Brennereinsatzes nach Fig. 3 in Richtung
des Pfeiles A.
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Im nichtdargestellten Zylinderdeckel der Brennkraftmaschine ist entsprechend
der Fig. I .die Vorkammer I seitlich angeordnet, und ihre Achse ist geneigt zur
Zylinderachse. Die Einspritzd.iise 2 ist im äußeren Kammerabschluß 3 angeordnet,
während der Brennerei,usatz 4 die Vorkammer nach dem Zylinder hin abschließt. Der
Hauptbrennraum ist in Form einer Kugelkalotte 5 im Kolben. 6 zusammengeballt. Der
aus der Vorkammermündung 7 austretende Strahl ist so gerichtet, daß er zwischen
dem Zentrum der den Hauptbrennraum bildenden ':Mulde 5 und ihrem äußeren Rand eintritt.
Hinter der Vorkammermündung 7 und entgegengesetzt der Strahlrichtung befindet sich
der nicht unmittelbar erfaßte Teil 8 des Haupt,brein.uraumes, in dem die Luft für
die Verbrennung des nachfolgenden, Teils des Vorkammerinhaltes gespeichert ist und
diesem im Gleichstrom zugemischt wird.
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Bei der zentralen Vorkammer nach der Fig.2 liegen die Verhältnisse
entsprechend. Der kalottenartige Hauptbrennraum 5 ist auch hier exzentrisch zurZyliuderachse
angeordnet, und derVorkammerstrahl tritt seitlich in den Hauptbrennraum ein. Auch
hier ist ein Teil 8 des Hauptbrennraumes im Strahlschatten des Vorkammerstrahles
angeordnet.
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Der Vorkammerbrennereiu satt 4. in der Fig. 3 läßt deutlich die diffusorartige
Ausbildung der Vorl:ammermi@ndung 7 erkennen. Fig. 4 zeigt den zweckmäßigen Querschnitt
der Vork,ammermündung 7, der in einer senkrecht zur Ausblaserichtung liegenden Ebene
etwa einen Kreisritigabschnitt bildet.
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Die Erfindung ist natürlich nicht unbedingt an eine derartige Vorkammeraustrittsöffnung
gebunden, ebenso @vie der Hauptbrenmraum auch eime andere Form als die dargestellte
Kugelkalotte haben kann. Er muß auch nicht im Kolbenboden, sondern kann auch beispielsweise
im Zylinderdeckel angeordnet sein. Auch ,die teilweise Anordnung im Zylinderdeckel
und im Kolbenboden ist möglich. Wesentlich ist vor allem, daß der Haup-tbrennraum
möglichst gedrängt ausgeführt ist und der Vor-'kammerstrahl diesem bis auf den von
der Strahlrichtung abgelegenen Teil möglichst weitgehend angepaßt ist.