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Zylinderkopf für Dieselmaschinen mit Druckzerstäubung. Die Erfindung
betrifft Dieselmaschinen mit Druckzerstäubung, bei denen Luft und Brennstoff getrennt
voneinander eingeführt und darauf zusammen bis zur Zündung verdichtet werden. Erfahrungsgemäß
ist bei diesen Maschinen eine vollkommene Verbrennung nur zu erreichen, wenn der
fein zerstäubte Brennstoff im ganzen Verbrennungsraum gleichmäßig verteilt wird,
wobei wesentlich ist, daß bei schnellaufenden Maschinen für die Vermischung von
Luft- und Brennstoffteilchen sehr kurze Zeiträume zur Verfügung stehen. Es sind
Anordnungen bekannt, bei denen die der angesaugten Luft innewohnende Strömungsenergie
ausgenutzt wird, um im Verbrennungsraum eine Luftumwälzung und Durchwirbelung von
Luft und Brennstoff herbeizuführen. Bekannte Anordnungen dieser Art haben den Nachteil,
daß die einströmende Luft durch Krümmer und besondere Ausbildung des Ventils, welches
beispielsweise mit ausgesparten Rändern versehen ist, mehrfach abgelenkt wird, so
daß notwendigerweise Wirbelungs- und Stoßverluste entstehen und infolgedessen der
angestrebte Zweck nur unvollkommen erreicht wird.
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Gemäß der Erfindung ist durch besondere Anordnung und Formgebung von
Verbrennungsraum, Einströmventil und Einströmkanal für die Luft erreicht worden,
daß -die-Luft fast ohne Richtungsänderung - in den-Verbrennungsraum eintritt und
daß ihre Strömungsenergie fast ohne Verlust auf die Luft im Verbrennungsraum übertragen
wird. Eine solche Anordnung ist in Abb. i bis 3 in drei Zylinderschnitten dargestellt.
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Der Verbrennungsraum ist kugelförmig gewölbt und das Lufteinströmventil
so angeordnet, daß die Ventilachse annähernd durch den Kugelmittelpunkt geht. Der
Luftein strömkanal ist so gelegt, daß er senkrecht zu einer Ebene durch die Zvlinderachse
gerichtet ist, an dieser seitlich vorbeigeht und die Kugelfläche noch vor dem Schnitt
mit der Ebene trifft.. In Abb. i bis 3 bedeuten a den Einströmkanal für die Luft,
b den Verbrennungsraum und c das Einströmventil für die Luft, dessen ringförmiger
Sitz d gleichzeitig die Durchdringung von Kanal und kugelförmiger Wand des Verbrennungsraumes
darstellt. Den Kanal kann man sich, wenn man die für den erstrebten Zweck günstigste
Form erhalten will, mathematisch dadurch entstanden denken, daß eine Gerade sich
stets senkrecht zu der oben bezeichneten Ebene auf dem Kugelkreise d bewegt und
so den Kanal umgrenzt. Die auszuführende Form des Kanals wird von dieser idealen
Form nur so weit abweichen, als dies durch Herstellungsrücksichten, Wandstärken
usw. bedingt ist.
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Wie in Abb.3 angedeutet ist, ist bei dieser Anordnung die Ablenkung
der Stromlinien der Luft sehr gering. Es treten also nur unwesentliche Strömungsverluste
ein, und die- dem tangential in den Verbrennungsraum eintretenden Luftstrahl innewohnende
Energie wird daher fast ohne Verlust auf die Luft im Verbrennungsraum übertragen.
Dadurch wird die Luft in schnell
Irreisende Bewegung versetzt, die
erfahrungsgemäß nooh. am" @Ende# _ der Verdichtung während der oberen Totpunktstellung
des Kolbens andauert.
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Die in Abb. r bis 3 dargestellte Anordnung läßt sich besonders vorteilhaft
anwenden, wenn man auch den Kolbenboden kugelförmig oder stumpf kegelförmig ausbildet,
derart, daß die Grundflächen der beiden Kugelabschnitte oder Kegel zusammenfallen,
und nun eine oder mehrere Brennstoffdüsen in dieser gemeinsamen Grundfläche anordnet.
In Abb. i bis 3 bedeuten e den Kolben, f und g die Brennstoffdüsen und h den bei
der Brennstoffeinspritzung entstehenden Zerstäubungskegei, dessen Spitzenwechsel
so groß sein mu$, daß er den Verbrennungsraum im Schnitt nach I-I (Abb. i) vollkommen
ausfüllt. Wie im Schnitt nach II-II (Abb.2) ersichtlich, ist es dabei nicht zu vermeiden,
daß seitlich von den Zerstäubungskegeln Räume vorhanden sind, in welche der Brennstoff
nicht gelangt, wenn nicht gleichzeitig eine Drehung des Luftinhaltes des Verbrennungsraumes
durch die Lufteinführung erzwungen wird. Erfolgt diese jedoch in der beschriebenen
Weise, so durchdringt die Luft den Zerstäubungskegel. Werden z. B., wie in Abb.
i bis 3 dargestellt, zwei Düsen verwendet, so wird schon nach einer Vierteldrehung
der kreisenden Luftmenge eine so vollständige Durchdringung von Luft- und Brennstoffteilchen
erreicht, daß jedes Brennstoffteilchen im Augenblick der Zündung den zur Verbrennung
erforderlichen Luftanteil vorfindet. Das Wesen der Erfindung besteht also darin,
daß durch die die Erfindung bildende Anordnung und Formgebung sowohl dem Brennstoff
als auch der Luft bestimmte Wege vorgeschrieben werden, derart, daß Luft und Brennstoff
notwendig und unmittelbar nach der Einspritzung aufeinandertreffen müssen, also
die zur Verbrennung notwendige Vermischung beider ein zwangläufiger Vorgang wird.
Diese Wirkung wird auch erreicht, wenn die Düsenachsen, abweichend von der in den
Abb. i bis 3 dargestellten Lage, die Zylinderachse nicht schneiden, sondern so liegen,
daß sie zur Schnittebene 1-I geneigt sind. Ebenso ist es möglich, ohne an dem Wesen
der Erfindung etwas zu ändefn, den Verbrennungsraum anstatt kugelförmig stumpfkegelförmig
zu begrcrizen.
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Die Vorteile der die Erfindung bildenden Anordnung treten besonders
hervor, wenn man im Verbrennungsraum zur günstigen Beeinflussung des Verbrennungsvorganges
einen Heizkörper anbringt, der während der Verbrennung Wärme aufnehmen und diese
vor der nächsten Zündung an das Gemisch im Verbrennungsraum wieder abgeben soll.
Da die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Zeit sehr kurz ist, kann eine
ausreichende Wärmemenge nur dann übertragen werden, wenn die dem Wärmeübergang dienende
Fläche abwechselnd und dauernd von den Wärme abgebenden, entzündeten Gasen und von
dem Wärme aufnehmenden Gemisch umspült wird. Ein solcher Heizkörper ist in Abb.
i und 2 dargestellt, in Abb.3 ist er zur Vereinfachung der Zeichnung fortgelassen.
Er besteht aus einer dünnwandigen Büchse i., die mit ihrem Boden gleichachsig am
Kolben befestigt ist und vor den Düsen und Ventilen Aussparungen besitzt, damit
die Zerstäubung nicht beeinträchtigt wird. Infolge der schnell kreisenden Bewegung
im Verbrennungsraum streicht die Luft ständig an dem Rand der durch die entzündeten
Gase erhitzten Büchse vorbei und nimmt dabei Wärme auf, insbesondere werden die
von dem Luftstrom erfaßten Brennstoffteilchen an dem hocherhitzten Rand vorbeigeführt
und schnell zur Verdampfung und Zündung gebracht. Als Material für den Heizkörper
kommen gut wärmeleitende Stoffe, wie z. B. Kupfer, Aluminium, Magnesium usw., in
Frage.