DE1140016B

DE1140016B - Vorkammer-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1140016B
Application number: DER24514A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Horst Joensson
Original assignee: Hanomag AG
Current assignee: Hanomag AG
Priority date: 1958-12-04
Filing date: 1958-12-04
Publication date: 1962-11-22

Description

Vorkammer-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorkammer-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Verbindungskanälen zwischen dem. Zylinder und der Vorkammer, von denen einer den unteren Teil der Vorkammer auf kurzem Wege und ein anderer Kanal auf längerem Wege entlang der Außenwandung der Vorkammer den oberen Teil dieser Kammer mit dem Zylinder verbindet, wobei den Brennraum bildende Vertiefungen im Zy- linderkopf und im Kolbenboden angeordnet sind.
Bei den bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art ist die Vorkammer mit einem zentral zur Brennstoffeinspritzdüse gerichteten Kanal versehen, durch den die im Zylinderraum komprimierte Verbrennungsluft in die Vorkammer einströmt. Der Hauptluftstrom trifft dabei auf den in entgegengesetzter Richtung eingespritzten Brennstoff, um sich mit diesem zu vermischen. Während des Verbrennungsvorganges strömt dann das Brennstoff-Luft-Gernisch mehrmals von der Vorkammer in die Brennkammer und wieder zurück, wird also wiederholt in der Vorkammer hin- und hergeschoben. Die Hauptverbrennung wird durch diese Gasschwingungen verzögert, weil die Verbrennung nicht kontinuierlich durch das Gas fortschreiten kann. Durch die Verzögerung der Verbrennung wird die Motorleistung stark gedrosselt, denn, bei einer der Hauptverbrennung folgenden Nachverbrennung, bei der der Kolben sich schon unterhalb des oberen Totpunktes befindet, gibt der Motor bei weitem nicht soviel Leistung ab, wie bei einer Verbrennung' bei der der Kolben sich in der Nähe des oberen Totpunktes befindet. Diese Mängel werden bei den bekannten Maschinen auch nicht dadurch beseitigt, daß neben dem zentralen, überströnikanal in der Vorkammer weitere Nebenkanäle vorgesehen sind, durch die der Vorkammer ein Teil der Verbrennungsluft zugeführt wird, I-Lerdurch läßt sich zwar eine weitere Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gernisches erieichen, doch werden dadurch die Gasschwingungen zwischen der Vorkammer und dem Hauptbrenn-raum nicht aufgehoben.
Es ist eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, eine Vorkammerbrennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Gase die Vorkammer nur in einer Richtung durchstreichen, bei der also keine Gasschwingungen zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum auftreten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die den Brenn-raum bildenden, einander gegenüberliegenden Vertiefungen etwa halbkreisförinigen Querschnitts sich bei der oberen Totpunktstellung des Kolbens zu einem Brennraum kreisförmigen Querschnitts ergänzen und strömungstechnisch durch abgeflachte Kanten so ausgebildet sind, daß in, dem Brennraum infolge des an den abgeflachten Kanten etwa tangential eintretenden Gasstromes diesem eine von außen nach oben gerichtete Drehbewegung erteilt wird, und daß ferner der Verbindungskanal zum oberen Teil der Vorkammer in eine tangential entgegen der Drehrichtung angeordnete Erweiterung der Zylinderkopf-Vertiefung, mündet und der Verbindungskanal zum unteren Teil der Vorkammer etwa tangential in der Drehrichtung der Gase in den Brennraum mündet. Zweckmäßig ist dabei in an sich bekannter Weise im oberen Teil der Vorkammer eine Umlenkfläche, Ablenkfläche od. dgl. vorgesehen, die den eintretenden Luftstrom im Sinn des Brennstoffstrahles nach dem unteren Teil der Kammer ablenkt.
Die Zeichnung zeigt schematisch im Schnitt den die Vorkammer aufnehmenden Teil des Zylinderkopfes mit dem Kolbenboden.
Symmetrisch zur Zylinderachse 14 sitzt im Zylinderkopf 1 der aus den beiden Teilen 2 und 3 gebildete Vorkammer,einsatz. Auf dem Umfang des Teils 2 sind ein oder mehrere Lufteintrittskanäle 4 vorgesehen, durch die beim Kompressionshub des Kolbens 5 die Luft in Pfeilrichtung in das Innere 6 der Vorkammer einströmt. Die Brennstoffeinspritzung erfolgt in Pfeilrichtung durch die öffnung 7 im Teil 3. Um diese herum ist eine Umlenkfläche 8 gebildet für die aus 4 eintretende Luft. 9 sind die Austrittsöffnungen.
Durch ringförmige, kon-zentrisch zur Vorkammer angeordnete Vertiefungen 10 und 11 im Zylinderkopf 1 bzw. Kolbenboden 5 ist eine Brennkaminer 12 gebildet. Durch die kreisringförmige Gestaltung des Brennraumes 12, wobei am Zylinderkopf 1 und Kolben 5 Abrundungen 16 bzw. 13, 14, 15 angebracht sind, wird die Luft beim Kompressionshub in heftige Rotation versetzt, wobei die Drehbewegung von außen nach oben verläuft. Die Luft wird hauptsächlich durch die Kanäle 4 in die Vorkammer 6 strömen, da der übertritt 17 in diese Kanäle abgerundet ist, wogegen das Wirbelfeld im spitzen, Winkel zu den Blaslöchern 9 verläuft. Die durch den Kanal 4 strömende Hauptluftmenge wird an der als Strahlablenker 8 ausgebildeten Abdeckplatte 3 umgelenkt und erzeugt in der Vorkammer 6 eine von oben nach unten verlaufende Hauptströmung. Beim Einspritzen des Brennstoffes kann der Strahl durch die gleichsinnig verlaufende Luftbewegung ungehindert bis zum Vorkammerboden gelangen und der Brennstoff sich dort ansammeln. Bei der Zündung wird also der größte Teil des eingespritzten Kraftstoffes sofort durch die den kleineren Strömun#gswiderstand aufweisenden Blaslöcher 9 in den Hauptbren-nraum 12 geblasen, noch unterstützt durch die Saugwirkung der an den Blaslöchern 9 vorbeirotierenden Luft im Hauptbrennraum 12, wogegen durch den längeren Kanal 4 mit seinem größeren Strömungswiderstand und den entgegenströmenden Gasen sich keine Gasströmung in Richtung des Brennraumes ausbilden kann. Durch die starke Luftwirbelung im Hauptbrennraum 12 wird der tangential einströmende Brennstoff sofort verteilt, und da er außerdem so eingeblasen wird, daß er an der heißen Kolbenmulde vorbeistreicht, wird er sofort verdampfen. Aus diesen beiden Gründen wird innerhalb kürzester Zeit eine gut brennbare, homogene Kraftstoff-Luft-Mischung erzielt.
Steigt im Hauptbrennraum 12 der Druck über den der Vorkammer an, so wird ein Rückst-römen in die Vorkammer 6 einsetzen. Durch die immer noch rotierende Gasmischung wird jedoch, wie auch während des Kompressionshubes, das Gas durch die Kanäle 4 in die Vorkammer 6 einströmen und dadurch der Druckausgleich von oben her erfolgen, wobei dann der noch in der Vorkammer gebliebene Brennstoffrest - nach Absinken des Zylinderdruckes unter den Vorkammerdruck- in den Hauptbrennraum ausgeblasen wird.
Durch die beschriebene Anordnung wird also im Gegensatz zu bekannten Ausführungen ein lEn- und Herströmen des Gases durch die Blaslöcher vermieden und eine von oben nach unten durch die Vorkammer gehende Gasströmung erzielt, die eine schnelle Entleerung der Vorkammer zur Folge hat.
Weiterhin ist noch zu bemerken, daß die Zündstelle möglichst weit oben in der Vorkammer liegen soll, da die ausgelösten Druckwellen von dort nach unten verlaufen und somit mit voller Wucht auf den am Vorkammerboden angesammelten Brennstoff treffen. Es ist demnach angebracht, die Glühkerze etwas höher und eventuell mit dem fast kreisförmigen Glühdraht direkt in den Einspritzstrahl hineinzulegen. Es ergibt sich damit auch ein besseres Kaltstartverhalten. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß ein kleines Vorschieben der Glühkerze in die Vorkammer hinein schon weit bessere Startverhältnisse zur Folge hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorkammer-Brennkraftmaschine mit mindeste,ns zwei Verbindungskanälen zwischen dem Zy- linder und der Vorkammer, von denen mindestens einer den unteren Teil der Vorkammer mit dem Zylinder auf kurzem Wege verbindet, während mindestens ein anderer den oberen Teil der Vorkammer entlang deren Außenumfang mit dem Zylind-er auf längerem Wege verbindet, wobei den Brennraum bildende Vertiefungen im Zylinderkopf und im Kolbenboden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden, Vertiefungen etwa halbkreisfönnigen Querschnitts sich bei der oberen Totpunktstellung des Kolbens zu einem Brennraum kreisförnügen Querschnitts ergänzen und strömungstechnisch durch abgeflachte Kanten so ausgebild#et sind, daß in dem Brennraum infolge des an den abgeflachten Kanten etwa tangential eintretenden Gasstromes diesem eine von außen nach oben gerichtete, Drehbe#wegung erteilt wird, femer daß der Vorbindungskanal zum oberen Teil der Vorkammer in -eine tangential entgegen der Drehrichtung angeordnete Erweiterung der Zylinderkopf-Vertiefung mündet und der Verbindungskanal zum unteren Teil der Vorkammer etwa tangential in der Drehrichtung der Gase in den Brennraum mündet.
2. Brennkraftmaschine nach Ansprach 1, dadurch g creken nzeichnet, daß, wie an sich bekannt, im oberen Teil der Vorkammer eine, Umlenkfläche, Ablenkplatte od. dgl. vorgesehen ist, die den eintretenden Luftstrom im Sinne des Brennstoffstrahles nach dem unteren Teil der Vorkaminer ablenkt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche, Patentschriften Nr. 554 937, 685 718; deutsche Anslegeschriften Nr. 1010 318 und M255601a/46a2 (bekanntgemachtam15.11.1956); schweizerische Patentschriften Nr. 197 391, 277 778.