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Vorkammerdieselmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorkammerdieselmaschine,
deren Vorkammer aus einem größeren, die Einspritzdüse enthaltenden oberen Raumteil
und einem sich daran anschließenden, vom Brenner gebildeten kleineren Raumteil mit
in den Hauptbrennraum mündenden Ausblaseöffnungen am Boden besteht, wobei zwischen
beiden Raumteilen eine den wesentlichen Teil des Brennerquerschnitts einnehmende
Fläche vorgesehen ist, auf welche der Kraftstoff aufgespritzt wird und in die eine
schräg zur Brennerachse verlaufende Luftführungsbohrung mit kreisförmigem Querschnitt
in der Nähe der Wandung des Vorkammeroberteiles einmündet.
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Für einen einwandfreien Betrieb von Vorkammermaschinen ist es erforderlich,
den eingespritzten Kraftstoff mit der Luft gut durchzumischen, um jedem Kraftstofftröpfchen
eine möglichst große Luftmenge zur Verfügung stellen zu können. Nach neuerer Auffassung
soll dabei die Zündung im oberen Teil der Vorkammer stattfinden, während der größere
Teil des Kraftstoffs bereits in der Nähe der Ausblasebohrungen vorgelagert sein
soll, um bei Beginn der Zündung sofort in den Hauptbrennraum austreten zu können.
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Bei nach dem sogenannten Gegenstromprinzip gebauten Maschinen, wo
Luftstrom und Kraftstoffstrahl direkt aneinanderprallen, ist zwar eine gute Durchmischung
möglich, der Kraftstoff wird jedoch dabei am Eintritt in den unteren Teil der Vorkammer
gehindert, so daß sich der größere Teil des Kraftstoffs etwa im mittleren Teil der
Vorkammer befindet, wo auch die Zündung erfolgt. Das noch sehr dichte Kraftstoffnebel-Luft-Gemisch
führt dabei zu einer plötzlichen und damit sehr harten Zündung mit rußendem Auspuff,
hohem Kraftstoffverbrauch und einem sehr harten Gang.
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Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn man von der Gegenstrommischung
auf das Gleichstromprinzip, d. h. auf eine Einspritzung übergeht, bei der die einströmende
Luft nicht direkt dem Kraftstoffstrahl entgegenbläst. Man hat dies bereits dadurch
verwirklicht, daß die Luft in die Vorkammer durch eine eigene Luftführungsbohrung
im Brenner eingebracht wird, während der Kraftstoff in eine dazu im spitzen Winkel
verlaufende eigene engere Bohrung oder auf eine am oberen Brennerrand sich bildende
Fläche spritzt. Bei der zuerst genannten Ausführung besteht dabei die Gefahr, daß
Kraftstoff am übergang der beiden Bohrungen ineinander in der Nähe des Brennerbodens
in die Luftführungsbohrung gelangt und damit in der Vorkammer bereits ein zu großer
Anteil des Kraftstoffs gezündet wird, während beim Aufspritzen auf eine Fläche am
oberen Brennerrand das Vordringen des Kraftstoffs bis in die Nähe der Ausblasebohrungen
und das Ausschieben desselben in den Hauptverbrennungsraum behindert ist. Bei einer
anderen bekannten Ausführung hingegen soll durch Aufspritzen des Kraftstoffs auf
eine zwischen Brenner und dem die Einspritzdüse enthaltenden Raumteil zentrisch
angebrachte Fläche ein besseres Zerstäuben des Kraftstoffs und Vermischen mit der
Luft bewirkt werden. Die für eine geräuscharme, nicht schlagartige Verbrennung erforderliche
Trennung von Luft und Kraftstoff läßt sich damit jedoch nicht durchführen.
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Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile wird erfindungsgemäß bei einer
Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die Fläche auf einer
zwischen Vorkammeroberteil und Brenner eingesetzten, an sich bekannten Platte anzuordnen,
die eine Stärke von annähernd einem Drittel der Brennerhöhe aufweist und deren die
Luftführungsbohrung oben begrenzende Kante als Abreißkante ausgebildet ist, so daß
die obere Plattenfläche mit den Mantellinien der Luftführungsbohrung einen spitzen
Winkel bildet. Durch die seitliche Bohrung wird die einströmende Luft an der Vorkammerwand
entlang außerhalb des eingespritzten, schlanken Kraftstoffstrahls bis zur Umlenkung
im oberen Teil der Vorkammer geführt, wobei der Luftstrom den Kraftstoffstrahl in
Düsennähe kreuzt und diesen etwas in der Luftwirbelrichtung ablenkt, jedoch wegen
seiner großen Geschwindigkeit und Geschlossenheit keine Tröpfchen mitreißen kann.
Anschließend wird der Luftstrom an der gegenüberliegenden Wand abwärts auf die Platte
zugeführt, die ihn ihrerseits daran. hindert, in den unteren Teil der Vorkammer
zu dringen, so daß in dem von der Platte abgetrennten oberen Vorkammerraum
ein
Luftwirbel entsteht. An der düsenseitig gelegenen Mündung der schrägen Bohrung in
der Platte zweigt jedoch ein kleiner Teil der wirbelnden Luft ab und strömt innen
am Rand der Bohrung in den unteren, durch den Brenner gebildeten Vorkammerraum,
wobei zwischen Platte und dem den unteren Vorkammerraum abschließenden Einsatz ein
Gegenwirbel erzeugt wird.
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Der Kraftstoffstrahl wird entlang der Vorkammerachse zentral auf die
Platte aufgespritzt, wobei er in Richtung der Plattenfläche abgelenkt wird, auf
die Platte aufprallt und dadurch in feine Tröpfchen zerrissen wird. Diese werden
von dem an der Plattenfläche entlangströmenden Luftwirbel erfaßt und in den Brenner
gefördert, wo sie in dem vorhandenen Gegenwirbel aufbereitet und in der Nähe der
Austrittsbohrungen des Einsatzes vorgelagert werden. Ein Teil des auf die Platte
gespritzten Kraftstoffs hingegen verbleibt auf der Platte, verdampft dort durch
die hohe Temperatur derselben und wird vom Luftwirbel im oberen Vorkammerraum verteilt.
In einem derartigen homogenen Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch ist die nun einsetzende
Zündung nicht spontan, sondern sukzessiv, was einen weichen Gang des Motors zur
Folge hat.
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Mit dem Einsetzen der Zündung im oberen Vorkammerraum und dem beginnenden
Ausströmen erfolgt eine Umstellung und Umkehr des Luftwirbels. Die aus dem oberen
Vorkammerraum ausströmenden Gase drücken das im unteren Teil inzwischen vorgelagerte
Kraftstoff-Luft-Gemisch aus den Bohrungen des Vorkammereinsatzes, wobei das mehr
homogene Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch und zum geringeren Teil noch heterogene Kraftstoffnebel-Luft-Gemisch
nicht schlagartig, sondern in einer fortschreitenden Flammenfront verbrennt.
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Das Ausströmen aus dem oberen Vorkammerraum kann durch Anbringen von
kleinen Zusatzbohrungen am Rand der Platte gegenüber der Luftführungsbohrung wesentlich
beschleunigt werden. Die kleinen Bohrungen dienen dabei aber nicht dazu, den Kraftstoff
etwa in denselben aufzubereiten oder durch sie hindurch in den Brenner zu führen,
sondern lediglich dazu, den Ausblasevorgang zu beschleunigen, den oberen Raum schneller
zu entleeren und damit die Verbrennung zu verbessern. Die Zusatzbohrungen können
dabei entweder direkt in den vom Brenner gebildeten Raumteil münden oder auch in
die schräge Luftführungsbohrung. Die letztgenannte Ausführung hat den Vorteil, daß
sowohl beim Einströmen der Luft als auch beim Ausströmvorgang eine einer Wasserstrahlpumpe
ähnliche Wirkung erzeugt wird, die im ersten Fall zu einer Verstärkung des Wirbels
führt und dadurch den in den Brenner gelangenden Kraftstoffanteil erhöht, im zweiten
Fall aber zu einer schnelleren und besseren Entleerung der oberen Kammer führt.
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Damit die Zündung des Kraftstoffs nicht im unteren, sondern im oberen
Vorkammerraum erfolgt, ist die Platte mit einem Kragen versehen, welcher die Temperatur
in der Vorkammer derart verändert, daß eine verbesserte Aufbereitung des Kraftstoffs
erfolgen kann, d. h. die verstärkte Ausbildung eines homogenen Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches
möglich ist. Durch derartige Kragen wird eine Aufspaltung der Kohlenwasserstoffverbindung
in schwerer flüchtige Verbindungen, die eine rußende Verbrennung zur Folge haben,
vermieden. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Teil einer Vorkammer im Längsschnitt, Fig. 2
bis 4 verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäßen Einsatzplatte im Schnitt,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Einsatzplatte nach Fig. 2.
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In die Vorkammer 1, die mit dem Zylinderdeckel aus einem Stück bestehen
oder in diesen eingesetzt sein kann, ist in bekannter Weise die Einspritzdüse 2
am einen Ende und der Brenner 3 am anderen Ende eingeschraubt. Die Vorkammer wird
dadurch in einen größeren oberen Raumteil 4 und einen kleineren, vom Brenner gebildeten
Raumteil s aufgeteilt, daß zwischen denselben eine Platte 6 angeordnet ist, die
seitlich in der Nähe der Vorkammerwand eine schräge Bohrung 7 für den Durchtritt
der Luft in den oberen Vorkammerteil aufweist. Die Bohrung 7 ist in an sich bekannter
Weise gegen die eine Vorkammerwand gerichtet, so daß der Luftstrom an dieser Wand
im oberen Vorkammerteil hochgeführt, in der Nähe der Einspritzdüse 2 infolge der
Krümmung der Vorkammer in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Weise umgelenkt,
an der gegenüberliegenden Vorkammerwand nach unten gegen die Platte längs der Fläche
9 derselben und wieder nach oben geführt wird. Ein Teil der derart in Rotation versetzten
Luft wird jedoch an der Kante 10 der Platte in den vom Brenner gebildeten
Raumteil s gelenkt und dort an der Stelle 11 einen Gegenwirbel verursachen und nach
erfolgtem Aufspritzen des Kraftstoffstrahls 12
auf die Plattenfläche 9 einen
Teil des Kraftstoffs nach unten ziehen und mit Luft vermischen. Wie aus den Fig.
2 bis 5 ersichtlich ist, können in der Platte 6 außerdem eine oder mehrere Zusatzbohrungen
13 vorgesehen sein, welche das Ausschieben der im oberen Vorkammerteil gezündeten
Kraftstoff-Luft-Mischung begünstigen. Diese verbinden entweder den oberen Vorkammerteil
direkt mit dem vom Brenner gebildeten Raumteil, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt,
oder sie münden, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in den Luftführungskana17. Die Bohrungen
werden zweckmäßigerweise möglichst nahe an den Rand der Platte gelegt und verlaufen
in schräger Richtung, den Umrissen des oberen Vorkammerteiles sich anpassend. Die
Platte 6 ist an ihrer der Einspritzdüse zugewandten Fläche außerdem mit einem Kragen
14 versehen, welcher erfahrungsgemäß die Aufbereitung des Kraftstoffs wesentlich
verbessert. Dieser Kragen kann entweder zylindrisch, wie in Fig. 4 gezeigt, oder
auch kegelstumpfförmig, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ausgebildet sein. Der
Kragen paßt sich dabei zweckmäßigerweise der Form des oberen Vorkammerteiles an.
Die Platte 6 mit dem Kragen 14 kann zweckmäßigerweise zur Befestigung des Brenners
3 dienen und zu diesem Zweck mit einem Außengewinde 15
versehen sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.