DE625293C - Vorkammerbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Vorkammerbrennkraftmaschine nach Patent 624 216 Die- Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammerbrennkraftmaschine nach Patent 62q.216, bei welcher der Brennstoff gleichachsig zum zentralen Kanal in Form eines Hohlkegels eingespritzt wird und bei der die Vorkammer vorzugsweise die Wirbelkammer ringförmig umgibt.
• Beim Gegenstand des Patents 624216 ist zwar bereits vorgesehen, den Brennstoff gleichachsig zum zentralen Kanal in Form eines Hohlkegels einzuspritzen, doch erfolgt die Brennstoffeinführung durch die Wirbelkammer hindurch, also in Richtung des ausströmenden Gemisches, wobei der Brennstoffhohlkegel in erheblichem Abstand von der Wandung des zentralen Kanals vorbeigeführt ist. Dies hat nun den Nachteil; däß die Brennstoffteilchen bereits in der Wirbelkammer aus ihrem Zusammenhang teilweise gelöst und in den Wirbel hineingerissen werden, wo sie unter rascher Druckerhöhung verbrennen und dadurch den für ihre nachträgliche Zerstäubung im Zylinderraum notwendigen Wirbel in unerwünschter Weise hemmen. Die restlichen in den zentralen Kanal gelangenden Brennstoffteilchen hingegen werden von dem an der Wandung des zentralen Kanals gegen den Zylinderraum hin fortschreitenden Wirbel zu wenig erfaßt und aufbereitet, so daß sie ebenfalls nur unvollkommen zerstäubt werden können. Durch Vermeidung dieser Nachteile soll die Verbrennung sowohl in mechanischer als auch in thermischer Hinsicht weiter verbessert werden.
• Die Erfindung besteht darin, daß der Brennstoffstrahl entgegengesetzt zu dem aus der Wirbelkammer ausströmenden Gemisch eingespritzt und mit seinem Außenumfang annähernd tangential an der Wandung des zentralen Kanals vorbeigeführt @vird. Dadurch ist erreicht, daß die Brennstoffteilchen von außen her, also unter Umgehung der Wirbelkammer, in den zentralen Kanal eingeführt und von dem mit höchster Geschwindigkeit im zentralen Kanal kreisenden Gemisch in ihrer Gesamtheit erfaßt und' aufbereitet werden können. Die dauernd im Gegenstrom mit dem Gemisch zusammentreffenden Brennstoffteilchen .werden hierbei auf ihrem Wege durch den zentralen Kanal abgebremst und in diesem nach außen geschleudert, also in mechanischer Hinsicht ,sehr günstig aufbereitet. Das Brennstoffgemisch haftet hierbei als verhältnismäßig dünner Mantel an der Kanalwandung, die nach Maßgabe ihrer higentemperatur eine Heiz- und katalytische `Wirkung auf das Brennstoffgemisch ausübt und dieses somit auch in thermischer Hinsicht günstig aufbereitet. Beide Maßnahmen wirken in der Weise zusammen, daß im zentralen ° Kanal eine ausgesprochene Zündzone entsteht, die unter Voraussetzung zeitlich und mengenmäßig richtig angepaßter Gemisch- und Brennstoffströme über den ganzen Spritzverlauf konstant gehalten werden kann.
• Durch Ausbildung einer düsenartigen Erweiterung des zentralen Kanals gegen den Zylinderraum und eines, frei in den Zylinderraum ragenden Absatzes an der Mündung dieses Kanals kann auch eine weitgehende Verbesserung des Verbrennungsablaufs erzielt werden. Das gezündete Brennstoffgemisch wird an der düsenartigen Erweiterung des zentralen Kanals fächerartig in den Zylinderraum umgelenkt, so daß -der Gemischabstroin den Brennstoffzustrom nicht behindern kann. Das gezündete Brennstoffgemisch verliert an dem Absatz plötzlich seine Führung, so d aß es frei im Zylinderraum zerstäuben kann, ohne an irgendeinerAbschlußwand desselben haften zu bleiben. Damit ist eine innige Mischung des gezündeten Brennstoffgemischs mit der im Zylinderraum vorhandenen Restluft erreicht, die eine sehr rasche und vollkommene Verbrennung sicherstellt.
• Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigt: Fig. i einen senkrechten Hauptschnitt durch den Zylinder im inneren Totpunkt, Fig.2 einen entsprechenden Schnitt in anderer Ausführung, Fig: 3 einen' zugehörigen -Schnitt längs der Linien III-III in den Fig. 2 und 3 und Fig. ¢ ein Schaubild der Strömung im zentralen Kanal gemäß Fig.. i in vergrößertem Maßstab.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. i und 2 ist die Vorkammer in der Mitte des Kolbenbodens 7 angebracht. Die Vor-kammer ist kreisringförmig um die Wirbelkammer 3 angeordnet und durch ebene Zwischenwände 17, 17', 17" in drei Teilkammern i, i', i" unterteilt. Die Zwischenwände 17, 17', 17" laufen tangential in die Trennwand rd zwischen der unterteilten Vorkammer und der Wirbelkammer ein. Sie bilden dabei jeweils eine Begrenzungswand der tangentialen Kanäle 2, 2', 2", während die andere Begrenzungswand dieser Kanäle durch die örtlich verdickte. Trennwand 16 selbst hergestellt wird, deren Innenkanten gut abgerundet sin1. Die Teilkammern i. i', i'-sind durch öfnungen i8, .i8', 18" in den Zwischenwänden 1;, 17', 17" untereinander verbünden. Die unterteilte Vo-rkainmer und Z1eWirbelkammer sind zu einem dosenförmigen Baukörper g vereinigt, der in einer entsprechenden _Ausnehmung 7Q des Kolbenbodens 7 unter Vermittlung des Zwischenringes ii eingesetzt und dessen Abschlußplatte 12 mittels eines Gewindes 12, mit dem Kolbenboden 7 bündig verschraubt ist. Die Abschlußplatte 12 ist mit einem Absatz io versehen, in den der gegen den Zylinderraum 5 düsenartig erweiterte zentrale Kanal q. mündet. Die Einspritzdüse 6 ist gleichachsig zum zentralen Kanal q. im Zylinderkopf i9 zwischen den Ventilen 20, 20' eingesetzt. Im inneren Totpunkt ist der -Kolbenboden 7 dem Zylinderkopf i9 bis auf den aus baulichen Rücksichten erforderlichen Spalt und der Absatz io der Einspritzdü:3e 6 bis auf den Spalt la genähert, so daß um den Absatz io ein flacher, scheibenförmiger Bren_iraum 5 verbleibt. Die als Zapfendüse ausgebildete Einspritzdüse 6 spritzt den Brennstoff gleichachsig zum zentralen Kanal ,. in Form eines Hohlkegels 8 ein, der mit seinem äußeren Umfang annähernd tangential an der Wandung des zentralen Kanals q. vorbeigeführt ist.
• Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende: Während des Verdichtungshubes strömt die Verbrennungsluft über den zentralen Kanal q. in die Wirbelkammer 3 ein und aus dieser auf dem kürzesten Wege, etwa im Sinne der Stromfäden ,e, e', e", über die tangentialen Kanäle 2, 2', 2" in die Teilkammern i, i', i" ab. Hierbei wird der Strömung nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt, so daß am Ende des Verdichtungshubes, wo nahezu die -gesamte Verbrennungsluft in den Teilkammern i, i', i" gespeichert ist, im Zylinderraum 5 nur ein geringer Überdruck gegenüber denTeilkammern i, i', i" herrscht. Bereits vor dem oberen Totpunkt öffnet -lie Einspritzdüse 6, wobei die in den zentralen Kanal q. eingespritzten Brennstoffteilchen von dem gleichzeitig durchtretenden Luftstrom erfäßt und in die Teilkammern i, i', i" getragen werden. Knapp vor dem oberen Totpunkt setzt an irgendeiner Stelle der Drosselvorrichtung, vorzugsweise im zentralen Kanal q., die Selbstzündung des Brennstoffs ein. Drei Einflüsse sind hierfür maßgebend: erstens die Sättigung des Brennstoffluftgemisches bis zur Zündfähigkeit, zweitens die Erreichung der für die Selbstzündung nötigen Endverdichtungstemperatur und drittens d--r katalytische Einfluß der heißen Wandungen auf die Selbstentzündung. Die Zündung pflanzt sich dann, durch die andauernde Strömung, den Luftmangel und den Zündverzug bedingt, aus der Drosselvorrichtung nach den Teilkammern i, i', i" fort und bewirkt in letzteren unter erheblicher Drucksteigerung die Verbrennung des voreingespritzten Brennstoffs. Im oberen Totpunkt beginnt das Gs.sluftgemisch etwa im Sinne der Stromfäden a, a', a" aus den Teilkammern i, i', i" glei-hzeitig in die Wirbelkammer 3 zurückzuströmen, wodurch in dieser ein Kreiswirbel angefacht und der Rückströmung ein beträchtlicher Drosselwiderstand entgegengesetzt wird. Erst nachdem die Drucksteigerung in der unterteilten Vorkammer zu voller Höhe angewachsen ist, beginnt das Gasluftgemisch über den zentralen Kanal4 in den Zylinderraum 5 überzutreten. Hierbei bleibt es vermöge seines hohen Dralls an der Kanalwandung haften, so daß ein verdichteter Mantel b an der letzteren entsteht, dessen Stärke nach Maßgabe der Kanalerweiterung von D auf D' immer dünner wird. An der Kanalmündung im Absatz io verliert dieser Mantel plötzlich seine Führung und zerstäubt unter Freigabe der Drallenergie im Zylinderraum 5. Die nach Totpunkt in den zentralen Kanal 4 eingespritzten Brennstoffteilchen werden hierbei, da der Hohlkegel 8 den Mantel b im Gegenstrom trifft, vom heißen Gasluftgemisch erfaßt und nach außen geschleudert, ohne in die Wirbelkammer 3 zu gelangen. Auf diese Weise entsteht im Kanal 4 ein sehr homogenes Brennstoffluftgemisch, das unter dem Einfluß der heißen Kanalwandung rasch auf den Selbstentzündungspunkt gebracht werden kann. Dadurch bildet sich im Kanal 4 eine Zündzone aus, die durch den Gasluftstrom c einerseits und durch den Brennstoffstrom 8 andererseits dauernd genährt wird und unter Voraussetzung zeitlich und mengenmäßig aufeinander abgestimmter Ströme während der ganzen Spritzzeit nach Totpunkt konstant gehalten werden kann. Der Abstrom des gezündeten Brennstoffluftgemisches wird an der düsenartigen Erweiterung des Kanals 4 allmählich umgelenkt, ohne den Brennsto+fzustrom zu behindern. Zweckmäßig wird die Höhe h des Brennraums über den Absatz :o hierbei mit einem Viertel des Mündungsdurchmessers D' des zentralen Kanals 4. bemessen, um jede Drosselung des in den Zylinderraum 5 übertretenden Gemisches zu vermeiden. Die sich vom Absatz io lösenden Gemischteilchen können frei, d. h. ohne mit einer Wandung des Zylinderraums 5 in Berührung zu kommen, im Brennraum zerstäuben und in diesem restlos verbrennen.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.2 und 3 ist die unterteilte Vorkammer und die Drosseleinrichtung ebenfalls zu einem dosenförmigen Baukörper 9 vereinigt, der hier seitlich im Zylinderkopf angeordnet ist. Die Achse g dieses Baukörpers liegt parallel zur Zylinderachse o, während die Achse d der Einspritzdüse 6 schräg dazu geneigt ist. Der Boden des Baukörpers ist mit dem Boden des Zylinderkopfes ig bündig; die ihm gegenüberliegende Abschlußwand des Brennraums, die teils vom Kolben, teils vom Zylinder gebildet wird, ist gegenüber dem Kolbenboden 7 etwas zurückgesetzt, so daß ein scheibenförmiger Brennraum 5, etwa von gleichemDurchmesser des dosenförmigen Baukörpers 9, frei bleibt. In diesen Brennraum ragt der etwas verlängerte Absatz io des Baukörpers 9, in den der zentrale Kanal .4 @ gleichachsig zur Einspritzdüse 6 mündet. Der Baukörper 9 ist durch einen Flansch 9" in einem Anguß iga des Zylinderkopfes ig gelagert und durch eine mit Gewinde 12a versehene Platte TZ mit diesem verschraubt. Die Platte 1a ist mit ringförmigen Rippen 15 versehen, die z. B. frei in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes i9 ragen. Die Einspritzdüse 6 ist schräg von unten in den Zylinder eingesetzt. An der Wirkungsweise der Maschine hat sich durch diese Abänderungen nichts geändert. Diese Ausführung vermeidet lediglich die sich aus der Verbindung des Baukörpers 9 mit dem Kolbenboden 7 einstellenden Nachteile, insbesondere hinsichtlich der Kühlung, der Wartung u. dgl.
• Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Er kann auf Zweitaktmaschinen ebensogut angewendet werden als auf Viertaktmaschinen. Bei sinngemäßer Zuordnung von Einspritzdüse und dosenförmigem Baukörper können diese jede beliebige Lage gegenüber dem Brennraum einnehmen. Die Ausbildung des dosenförmigen Baukörpers selbst stellt nur eine bevorzugte Bauart dar.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorkammerbrennkraftmaschine nach Patent 624 216, bei welcher der Brennstoff gleichachsig zum zentralen Kanal in Form eines Hohlkegels eingespritzt wird und bei der die Vorkammer vorzugsweise dieWirbelkammer ringförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl entgegengesetzt zu dem aus der Wirbelkammer (3) ausströmenden Gemisch eingespritzt und mit seinem Außenumfang annähernd tangential an der Wandung des zentralen Kanals (4) vorbeigeführt wird.
2. 2. V orkammerbrennkraftmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine düsenartige Erweiterung des zentralen Kanals (4) gegen den Zylinderraum (5) zu und einen frei in den Zylinderraum ragenden Absatz (io) an der Mündung des Kanals (4).
3. 3. Vorkammerbrennkraftmaschine nach Anspruch z, bei der die Vorkammer konzentrisch zur Wirbelkammer angebracht und beideKaminern zu einem dosenförmigen Baukörper vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der_Abschlußwandeng des dosenförmigen Baukörpers '(g, 1a) nach dem Zylinderraum (5) ;u und der ihr gegenüberliegenden Wandung des Zylinders, bzw. des Kolbens ein. kreisscheibenförmiger Brennraum (5) verbleibt, dessen Höhe (1a) über dem Absatz (ro) im inneren Kolbentotpunkt etwa 114 des Mündungsdurchmessers (D') des zentralen Kanals (.4) am Ausgang in den Zylinderraum beträgt.