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Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Vorkammer
Es sind Einspritzbrennkraftmaschinen bekannt, deren Vorkammer bei stirnseitiger axialer Kraftstoffeinspritzung aus einem zylindrischen Teil im Bereich des Kraftstoffeintrittes, einem daran anschliessenden konischen oder kugeligen Teil und einem weiteren zylindrischen Teil mit kleinerem Durchmesser besteht, welch letzterer stirnseitig abgeschlossen ist und wenigstens eine gegenüber der Vorkammerachse versetzte Überströmöffnung zum Hauptbrennraum aufweist. Bei derartigen Vorkammern findet eine ungenügende bzw. zu sehr drehzahlabhängige Durchwirbelung der Luft in der Vorkammer und damit auch eine unzureichende Aufbereitung des Kraftstoff-Luftgemisches statt.
Sind zur Erreichung einer besseren Wirbelung mehrere radiale Überströmöffnungen vorgesehen, so besteht die Gefahr, dass die Stege zwischen den Überströmöffnungen durchbrennen und die stirnseitige Abschlusskappe der Vorkammer abfällt. Eine weitere bekannte Ausbildung besitzt zwischen dem konischen und dem zylindrischen Vorkammerteil mit dem kleineren Durchmesser eine Einschnürung, die zu einer verbesserten Aufbereitung des KraftstoffLuftgemisches führt. Dabei handelt es sich aber um eine Einschnürung, die nach beiden Seiten düsenartig abgerundet ist und daher auch in beiden Richtungen etwa gleiche Durchströmverhältnisse ergibt.
Schliesslich ist eine Vorkammer bekannt, die durch eine Zwischenwand mit verhältnismässig enger zentraler Durchströmöffnung in zwei ungleich grosse Räume unterteilt ist, die bei gleichem Durchmesser zylindrisch ausgebildet sind. Im brennraumseitigen kleineren Raum soll durch etwa tangential einmündende Überströmöffnungen beim Verdichtungshub eine Rotationswirbelung entstehen. Nachteilig sind hiebei die beim Überströmen von dem einen in den andern Vorkammerraum verbleibenden Toträume am Übergang zwischen der Vorkammerwand und der Zwischenwand sowie die Leistungsverluste zufolge der notwendigen, verhältnismässig grossen Überschubkräfte von dem einen zum andern Vorkammerraum.
Die Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung der bekannten Ausführungen. Sie geht von einer Vorkammer aus, die ebenfalls bei stirnseitiger axialer Kraftstoffeinspritzung durch eine Einschnürung in zwei gegenüber dieser erweiterte Räume unterteilt ist, von denen der grössere, ditsenseitige aus einem zylindrischen Teil im Bereich des Kraftstoffeintrittes und einem zur Einschnürung überleitenden konischen Teil besteht, wogegen der andere Raum einen im Durchmesser wesentlich kleineren Zylinder mit etwa halbkugeligem Abschluss und wenigstens einer gegenüber der Vorkammerachse versetzten Überström- öffnung bildet, und zeichnet sich dadurch aus, dass der brennraumseitige zylindrische Vorkammerraum mit dem kleineren Durchmesser gegen die Einschnürung in an sich bekannter Weise'scharfkantig abgesetzt ist,
sein Volumen etwa ein Sechstel des Gesamtvolumens der Vorkammer und seine axiale Erstreckung etwa das 2, 4 fache seines Durchmessers betragen, wobei die Achse der Überströmöffnung die gegenüberliegende zylindrische Mantelfläche der Vorkammerwana mit Abstand unterhalb der Einschnürung trifft.
Die durch die scharfkantige Absetzung erreichte Formgebung der Einschnürung hat verschiedene Strömungsverhältnisse für die beiden Strömungsrichtungen zur Folge. Beim Verdichtungshub bewirkt der scharfkantige Absatz eine starke Einschnürung des in den oberen Raum der Brennkammer eintretenden Luftstromes mit einer Geschwindigkeitssteigerung und Temperaturerhöhung aber ohne die Gefahr des Verbleibens von Toträumen. Durch die Geschwindigkeitssteigerung des gegen den Kraftstoffstrahl gerichteten Luftstromes wird eine rasche und innige Durchmischung mit dem Kraftstoff zu Beginn der Verbrennung erzielt, was für einen geringen Zündverzug und einen weicheren Lauf der Maschine wünschenwert ist.
Die schlanke Form des unteren Vorkammerraumes hat eine gut gerichtete Strömung durch die
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Einschnürung zur Folge. Da der konische Brennkammerteil unmittelbar zur Einschnürung überleitet, ergibt sich für das Rückströmen in der Richtung des Kraftstoffstrahles ein wesentlich verminderter Durchströmwiderstand mit geringen Leistungsverlusten, wobei die noch unverbrannten Teile des Kraftstoffstrahles möglichst ungehindert bis zum kugeligen Abschluss des Vorkammerraumes gelangen. Die in der einen Richtung scharfkantig abgesetzte Einschnürung hat aber nicht nur eine wünschenswerte Wirbelbildung im oberen Brennkammerraum zur Folge, sondern begünstigt auch das Anlassen der kalten Brennkraftmaschine durch die beim Verdichtungshub auftretende Lufterwärmung.
Dabei wird die blendenartige Einschnürung rasch zum Glühen gebracht und dann ständig im glühenden Zustand gehalten, wodurch eine weitere Verkürzung des Zündverzuges eintritt. Ausserdem wird durch die erfindungsgpmäa ausge- bildete Einschnürung eine genaue Trennung der beiden Vorkammerräume erreicht, wobei im oberen Raum vorwiegend die Vorverbrennung stattfindet, wogegen der untere Raum der Gemischaufbereitung für den Hauptbrennraum dient. Versuche haben ergeben, dass bei der besonderen Volumsauftellung die höchste Leistung bzw. der geringste spezifische Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Es ist ein verhältnismässig grosses Volumen des oberen Teilraumes erforderlich, um durch die dort stattfindende Vorverbrennung ausreichende Energie für das Ausschieben des im unteren Teilraum aufbereiteten Gemisches in den Hauptbrennraum zu gewinnen.
Da die Achse der Überströmöffnung die gegenüberliegende zylindrische Mantelfläche der Vorkammerwand mit bedeutendem Abstand unterhalb der Einschnürung trifft, wird die Bildung einer gerichteten Strömung vom unteren in den oberen Teilraum nicht behindert und es wird dadurch auch vermieden, dass der Kolbenboden beim Überströmen des Gemisches untei einem steilen Winkel getroffen wird.
Es ist zwar bereits eine Vorkammer bekannt, bei der ein koniscner Teil zu einer Einschnürung über- leitet, die sich dann scharfkantig zu einem zylindrischen Teil erweitert. Dabei ist dieser zylindrische Teil aber durch eine weite koaxiale Überströmöffnung mit dem Hauptbrennraum verbunden und es sind in ihm mehrere Ringscheiben undAbstandsringe eingesetzt, so dass sich insgesamt eine Aneinanderreihung von zu einem Drosselkanal konzentrischen Ringräume ergibt. Die durch die lamellenartig angeordneten Ringscheiben gebildeten, einander abwechselnden plötzlichen Verengungen und Erweiterungen wirken nach Art einer Labyrinthdichtung und haben zwar eine erhöhte Drosselung, damit aber auch vergrösserte Strömungswiderstände und erhöhte Leistungsverluste zur Folge.
Auch ist das bei Normalbetrieb durch die starke Drosselwirkung verhinaerte Durchspritzen des Kraftstoffstrahles in den Haubtbrennraum ungünstig, weil die im Hauptbrennraum noch vorhandene Frischluft dann für die Verbrennung ungenützt bleibt.
Bei der erfindungsgemässen Ausbildung gelangen hingegen unverbrannte Teile des Kraftstoffstrahles ungehindert in den unteren Teilraum der Vorkammer und werden von dort nach der Gemischbildung bei der Vorverbrennung im oberen Teilraum in den Hauptbrennraum ausgeschoben. Eine weitere bekannte Ausführung weist einen von der Vorkammer zum Hauptbrennraum führenden, durch einen Boden abgeschlossenen Überströmkanal auf, der vor den im BodenLereich angeordneten Austrittsöffnungen in Form einer Erweiterung auf einen grösseren Durchmesser abgesetzt ist. Dieser Absatz ist aber nicht scharfkantig, und die Erweiterung dient nur dazu, eine genügende Anzahl von Austrittsöffnungen unterzubringen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt.
Mit 1 sind der Zylinder, mit 2 der Kolben und mit 3 der Zylinderkopf bezeichnet, in dem zwei Einsätze 4, 5 zur Bildung der Vorkammer vorgesehen sind. Die Vorkammer ist bei axialer stirnseitiger Kraftstoffeinspritzung mittels einer Düse 6 durch eine Einschnürung 7 in zwei Räume 8. 9 unterteilt. Der obere Raum 8 besteht aus einem düsenseitigen zylindrischen Teil und einem konischen Teil, der zur Einschnürung 7 überleitet. Der Raum 9 bildet einen gegenüber dem oberen Zylinder im Durchmesser kleineren Zylinder, ist gegen die Einschnürung 7 scharfkantig abgesetzt und unten etwa halbkugelig abgeschlossen.
Seine axiale Erstreckung beträgt etwa das 2, 4-fache seines Durchmessers. Vom unteren Raum 9 führen zwei divergierende Bohrungen 10 als Überströmöffnungen zum Hanptbrennraum. Das Volumen des oberen Raumes 8 ist etwa 5 mal so gross wie jenes des unteren Raumes 9.