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Verbrennungskraftmaschine mit Vorkammer. Die Erfindung bezieht sich
auf solche Verbrennungskraftmaschinen für flüssige Brennstoffe, bei denen der Brennstoff
ohne Zuhilfenahme eines gasförmigen Zerstäubungsmittels durch eine dem Arbeitsraume
des Zylinders vorgelagerte und mit letzterem in ständiger Verbindung stehende Kammer
hindurchgespritzt und durch die Verdichtungswärme der Luft entzündet wird.
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lm Gegensatz zu bekannten Maschinen
dieser Art, bei
denen der flüssige Brennstoff in die Vorkammer eingespritzt wird, um in dieser eine
Vorexplosion und Drucksteigerung hervorzurufen und dadurch ein kräftiges Einblasen
des Brennstoffes in den Arbeitsraum zu erzielen, bezweckt die Erfindung, durch eine
Teilverbrennung in der Vorkammer und die dadurch hervorgerufene Gasströmung nicht
ein Zerstäuben und Einblasen des Brennstoffes in den Arbeitszylinder, sondern lediglich
eine Durchwirbelung des Brennrauminhaltes herbeizuführen, während die Zerstäubung
des Brennstoffes und seine Einführung in. den Verbrennungsraum dabei ausschließlich
durch mechanische Mittel erfolgt und die für die Teilverbrennung innerhalb der Vorkammer
bestimmte Brennstoffmenge in zwangläufiger Weise von dem Hauptteil des Brennstoffes
abgesondert und in der Vorkammer zurückgehalten wird. Der Hauptteil des Brennstoffes
entzündet sich dabei erst im Verbrennungsraume selbst. Da im mittleren Teile des
Zylinderraumes die bei der Verdichtung entstehende Luftwärme an die kalten Zylinderwandungen
nicht abgegeben wird, so ist schon beim Anlassen der kalten Maschine eine zur sicheren
Zündung des Brennstoffes genügende Temperatur vorhanden, so daß es nicht erforderlich
ist, die ersten Zündungen mit Hilfe von Zündpatronen oder anderen Mitteln zu bewirken,
wie dies bei den bekannten; Maschinen zur Sicherung der Zündung beim Anlassen der
kalten Maschine nötig ist.
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Zur Erreichung des angestrebten Zweckes wird erfindungsgemäß der Brennstoff
durch eine dem Arbeitsraume des Zylinders vorgelagerte und mit ihm in ständiger
Verbindung stehende Vorkammer hindurchgespritzt und die Temperatur im Innern der
Vorkammer durch starke Kühlung so niedrig gehalten, daß eine Entzündung des Brennstoffes
nur an dem dem Zylinder zugekehrten urgekühlten Boden der Kammer eintreten kann.
Der übergangsquerschnitt von der Vorkammer zum Zylinderraum wird so bemessen, daß
der größte Teil des durch die Brennstoffpumpe eingespritzten Brennstoffes die Vorkammer
ohne Entzündung geradlinig durchdringen und ungehindert in den Zylinderraum gelangen
kann, während nur ein kleiner, genau bestimmter Rest auf den urgekühlten Bodenrand
treffen und sich dort entzünden kann. Dabei wird der durch die Vorkammer hindurchgespritzte
Hauptteil des Brennstoffes innerhalb der Vorkammer schon etwas vorgewärmt, so daß
seine Entzündung im Verbrennungsraum erleichtert wird. Die Menge des auf den urgekühlten
Bodenrand der Vorkammer auftreffenden Brennstoffes wird durch geeignete Querschnittsbemessung
so eingestellt, daß sie in dem Luftinhalt der Kammer vollständig verbrennen kann.
Ferner erhält der Übergangsquerschnitt von der Vorkammer zum Verbrennungsraum eine
solche Größe, daß einerseits in ihm eine zerstäubende Wirkung auf den Brennstoff
nicht eintreten kann und anderseits der Gegenstrom der Luft, die noch am Ende des
Verdichtungshubes aus dem Zylinderraum in die Vorkammer eindringt, zu gering wird,
um den kräftig eingespritzten Brennstoffstrahl nennenswert beeinflussen zu können.
Durch den infolge der Teilverbrennung in der Kammer entstehenden Überdruck wird
eine Gasströmung nach dem Zylinderraum hervorgerufen, durch die der Brennrauminhalt
wirksam durcheinandergewirbelt und die Verbrennung verbessert wird. Für die zweckmäßiger-«-eise
langgestreckte Gestalt und den Rauminhalt der Kammer sind einerseits die Rücksicht
auf eine genügende Vorwärmung des Brennstoffes innerhalb der Vorkammer und anderseits
die Rücksicht auf genügenden Luftinhalt derselben bestimmend. Der Umstand, daß der
Hauptteil des Brennstoffes ungehindert die Vorkammer durchdringen und den Verbrennungsraum
erreichen kann, gewährleistet ein sicheres Anlassen der kalten Maschine ohne Zuhilfenahme
von Zündpatronen oder anderen Mitteln.
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Durch die angegebenen Mittel wird also in einfacher Weise der von
ein und derselben Pumpe eingespritzte Brennstoff in zwei Teile zerlegt, die verschiedenen
Zwecken dienen; gleichzeitig wird eine Vorwärmung des Brennstoffes vor seinem Eintritt
in den Brennraum erreicht, der seine Entzündung erleichtert.
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Auf der Zeichnung ist eine der Erfindung gemäß eingerichtete Verbrennungskraftmaschine
beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Längsschnitt
durch die in Betracht kommenden Teile des Arbeitszylinders und Abb. a einen Querschnitt
nach der Linie 2-a der Abb. i, während Abb. 3 bis 5 in einer der Abb. z entsprechenden
Darstellung eine Einzelheit in einigen anderen Ausführungsformen veranschaulichen.
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Dein Brennraum A des Arbeitszylinders ist eine Vorkammer B vorgelagert,
an deren oberem Ende die Brennstoffdüse C mündet. Um das Innere der Vorkammer unterhalb
der Selbstzündungstemperatur des Brennstoffes zu halten, ist sie ganz vom Kühlwasser
umflossen, und zwar ist die Anordnung so getroffen, daß das gesamte Kühlwasser der
Maschine, das durch die Öffnung D ein- und durch die Öffnung E austritt, um die
Vorkammer herumgeleitet wird. Zur Erhöhung der Küblwirkung ist die Außenwandung
der Kammer B mit Kühlrippen b1 versehen. Der Boden b2 der
Kammer
besitzt eine große mittlere Öffnung b3, die für den Durchtritt des Brennstoffstrahles
bestimmt ist, sowie ferner eine Anzahl kleiner Öffnungen b; nahe dem Rande, deren
Zweck weiter unten erläutert ist. Der Boden b2 ist absichtlich nicht gekühlt und
wird vom Zylinder her während des Betriebes so hoch erhitzt, daß er eine zur Zündung
des auf ihn auftreffenden Brennstoffes genügende Temperatur erhält. Um das Temperaturgefälle
zwischen den Wandungen der Vorkammer und ihrem Boden noch zu erhöhen, wird letzterer
zweckmäßig, wie auf der Zeichnung dargestellt ist, durch ein besonderes Einsatzstück
gebildet, dessen Wärmeübergangsquerschnitt zum Kühlwasser möglichst klein ist, und
das von den gekühlten Wandungen der Vorkammer noch durch eine wärmeisolierende Zwischenlage
getrennt ist.
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Beim Betriebe der Maschine wird der Brennstoff durch die Düse C in
einen schlanken Zerstäubungskegel so eingespritzt, daß er die Seitenwände der Vorkammer
B nicht trifft und zum größten Teile durch die große mittlere Öffnung b3 des Kammerbodens
in den Brennraum A; gelangt, wo er sich durch die Verdichtungswärme der Luft entzündet.
Nach Maßgabe der Größe der Öffnung b3 wird eine kleine Menge des Brennstoffes auf
den heißen Rand des Kammerbodens b'= auftreffen und dort verdampfen. Diese Verdampfung
und die Mischung des Öldampfes mit dem Luftinhalt der Kammer, welche Vorgänge einer
Entzündung stets vorangehen müssen, nehmen einen nicht unerheblichen Teil der an
sich sehr kurzen Einspritzzeit in Anspruch, so daß bei Eintritt der Kaminerzündung
die Einspritzung,des Brennstoffes bereits in der Hauptsache vollendet ist. Die durch
die Kammerzündung hervorgerufene Drucksteigerung bewirkt somit eine in der Hauptsache
nach vollendeter Brennstoffeinspritzung wirksam werdende Gasströmung von der Kammer
B nach dem Brennraume A hin und versetzt dessen Inhalt in eine heftige Wirbelung.
Beim Verdichtungshube tritt umgekehrt eine Strömung vom Zylinderraume durch die
Öffnungen b3 und bl nach der Vorkammer hin ein. Dabei wird der durch die Öffnungen
b4 eintretende Teil der Luft unmittelbar an der stark gekühlten -\Vandung der Vorkammer
entlang geführt, wo sie Wärme abgibt. Auf diese Weise ist es möglich, die in der
Vorkammer herrschende Temperatur noch weiter zu beeinflussen und mit Sicherheit
unterhalb der Selbstentzündungsgrenze des Brennstoffes zu halten. Dabei läßt sich
diese zusätzliche Kühlwirkung durch Größe und Zahl der Nebenöffnungen bi nach Bedarf
bemessen.
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Die Nebenöffnungen b4 können auch, wie Abb. 3 zeigt, als Schlitze
-b5 ausgebildet werden; dadurch wird eine weitere Verminderung des Querschnittes
erzielt, der für den Wärmeabfluß von der Mitte des Bodens b2 nach den gekühlten
Teilen der Maschine zur Verfügung steht. Die Schlitze können anstatt in Richtung
des Umfanges auch in radialer Richtung angeordnet werden, wie in Abb. q. dargestellt
ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß an den Stellen, wo diese Schlitze
b6 in die mittlere Hauptöffnung b3 einmünden, die volle Breite des Zerstäubungskegels
ausgenutzt wird. Schließlich lassen - sich die Schlitze b5 und b6 nach Abb.3 und
q. miteinander vereinigen, wie Abb. 5 veranschaulicht.