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Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung befaßt sich mit einer luftverdichtenden,
selbstzündenden Einspritzbrennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf angeordneten
Vorkammer, die über eine Austrittsöffnung mit dem Arbeitszylinder in Verbindung
steht. Bei solchen Einspritzbrennkraftmaschinen ist es bekannt, im Bereich der Austrittsöffnung
einen Einsatz vorzusehen, der in seiner Mitte eine gegenüber der Einspritzdüse liegende
Prallfläche aufweist, von welcher in Richtung auf die Vorkammerwand strahlenförmige
Arme ausgehen, die Leitflächen für die in die Vorkammer einströmende Verbrennungsluft
bilden. Mit Einsätzen dieser Art läßt sich jedoch das Problem der Aufbereitung von
Brennstoff-Luft-Gemisch nicht in befriedigender Weise lösen. Die Ursache liegt hauptsächlich
darin, daß die Durchlässe der bekannten Einsatzkörper nur eine geringe Anzahl enger
Bohrungen oder Durchbrüche aufweisen, so daß der zum Luftdurchgang frei gelassene
Querschnitt nur sehr gering ist im Verhältnis zu der Gesamtfläche. Die Luftströmung
unterliegt durch diesen engen Querschnitt einer derart starken Drosselung, daß in
der Vorkammer nur eine ungenügende Wirbelung und somit auch unzureichende Gemischaufbereitung
stattfindet. Außerdem ist auch die thermische Beanspruchung eines Einsatzes mit
derart großem Durchflußwiderstand zwischen Vorkammer und Arbeitsraum außerordentlich
groß und unerwünscht.
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Hier setzt nun die Erfindung ein und schafft Abhilfe in der Weise,
daß erfindungsgemäß der Gesamtquerschnitt der Prallfläche und der Arme des Einsatzes
kleiner ist als der Gesamtquerschnitt der Luftdurchlaßöffnungen zwischen den Armen,
welch letztere mit leitschaufelförmigen, zur Zylinderachse schräg liegenden Querschnitten
versehen sind, so daß der in die Vorkammer einströmenden Luft eine an sich bekannte
Drehbewegung um die Vorkammerachse erteilt wird. Bei dieser erfinderischen Ausbildung
des Einsatzes tritt die Verbrennungsluft aus dem Arbeitszylinder im wesentlichen
ungehindert, d. h. ohne nennenswerten Strömungswiderstand zwischen den Armen des
Einsatzes in die Vorkammer ein und wird durch die leitschaufelförmige, zur Zylinderachse
schräg liegende Querschnittsform der Arme in sehr starke Verwirbelung versetzt.
Der zerstäubte Brennstoff wird durch den starken Luftwirbel vollständig erfaßt und
auf den ganzen Brennraum verteilt. Dadurch wird eine wirksame thermische Gemischaufbereitung
erreicht und somit auch eine einwan.dfTeie Verbrennung sichergestellt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind mit Ausführungsbeispielen nachstehend
erläutert.
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Fig. 1 und 2 zeigen den Einsatz als Sonderteil; Fig. 3 ist eine andere
Bauform desselben, und Fig. 4 stellt den Einsatz im Zylinderkopf eingegossen dar.
Im Zylinderkopf 10 einer Einspritzbrennkraftmaschine ist nach Fig. 1 ein vorkammerartiger
Wirbel- oder Brennraum 12 üblicher Form und Wirkungsweise vorgesehen. Die Austrittsöffnung
14 der Vorkammer 12 mündet in den Arbeitszylinder 16 der Kraftmaschine. Die Vorkammer
12 kann zum Arbeitszylinder gleichachsig liegen oder aber versetzt bzw. schräg hierzu
liegen, so wie es die jeweilige Bauart der Einspritzbrennkraftmaschine erfordert.
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Im Bereich der Austrittsöffnung 14, also am übergang zwischen der
Vorkammer 12 und Arbeitszylinder 16, ist nun ein ringförmiger Einsatz 18 angeordnet.
Dieser Einsatz ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Sonderteil ausgeführt
und in den Zylinderkopf 10 mittels Außengewinde 20eingeschraubt und in geeigneter
Weise gesichert. Der Einsatz 18 besitzt vier Arme 22, die strahlenförmig verlaufen
und sich in der Mitte des Einsatzes treffen, um hier eine geschlossene Prallfläche
24 zu bilden. Die Arme 22 selbst sind mit leitschaufelförmigem, zur Zylinderachse
schräg liegendem Querschnittprofil versehen, wie in Fig. 1 bei einem der Arme angedeutet
ist.
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Die Einspritzdüse 26 ist an einer der Prallfläche 24 gegenüberliegenden
Stelle der Vorkammer 12 angeordnet. Im vorliegenden Falle wird eine Einlochdüse
verwendet, deren Einspritzstrahl geschlossen bis zur Mitte des Einsatzes 18 reicht.
Hier trifft er auf die Prallfläche 24, wird durch den Aufprall fein zerrissen und
in das Innere der Vorkammer 12 abgelenkt.
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Während des Kompressionshubes strömt nun Luft zwischen den Armen 22
des Einsatzes 18 in die Kammer 12 ein. Infolge der leitschaufelförmigen Querschnittsform
dieser Arme wird hier der Luftstrom in Wirbelung versetzt, nimmt den durch die Einspritzdüse
feinzerstäubten Brennstoff mit und verteilt ihn auf die ganze Kammer.
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Gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist der Gesamtquerschnitt der Prallfläche
23 und der Arme 22
des Einsatzes kleiner als der Gesamtquerschnitt
der Luftdurchlaßöffnungen zwischen den Armen 22. Dadurch wird der wichtige Vorteil
erreicht, daß die Verbrennungsluft aus dem Arbeitszylinder praktisch ungehindert,
d. h. ohne wesentlichen Strömungswiderstand in die Vorkammer eintreten kann. Durch
die leitschaufelförmige, zur Zylinderachse schräg liegende und den jeweiligen Betriebsbedingungen
anpassungsfähige Ouerschnittsform der Arme wird die in die Vorkammer eintretende
Verbrennungsluft in sehr starke Verwirbelung versetzt. Der hierin zerstäubte Brennstoff
wird durch den starken Luftwirbel vollständig erfaßt und auf den ganzen Brennraum
verteilt. Dadurch wird eine wirksame Gemischaufbereitung erzielt und eine einwandfreie
Verbrennung sichergestellt.
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Nach der Erfindung geformter Einsatz mit großem Luftdurchlaß bietet
außerdem nur geringen Widerstand der Luftströmung, so daß hierdurch eine thermische
Überbeanspruchung mit ihren unliebsamen Nebenerscheinungen auf keinen Fall eintritt.
Außerdem kann man durch Wahl eines geeigneten Materials einer Wärmeüberbeanspruchung
des Einsatzes ohne Schwierigkeiten entgegensteuern.
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Der Einsatz 18 mit Armen 22 kann aus dem gleichen Werkstoff wie der
Zylinderkopf bestehen oder vorteilhaft aus einem besonders wärmebeständigen Material
hergestellt sein, wie vorstehend bereits angedeutet wurde. Wird der gleiche Werkstoff
benutzt, so kann der Einsatz mit dem Zylinderkopf aus einem Stück bestehen, also
beispielsweise eingegossen sein. Bei getrennter Ausführung sind selbstverständlich
auch andere Befestigungsarten für den Einsatz als in Fig. 1 gezeigt möglich. Er
könnte beispielsweise zwischen Zylinderkopf und Arbeitszylinder nur eingeklemmt
sein. Die Formgebung der Arme und die Anzahl derselben richtet sich nach den jeweiligen
Betriebsbedingungen. Neben der leitschaufelförmigen Querschnittsform können die
Arme in ihrer Länge als Leitschaufeln ausgebildet sein, wie die Fig. 3 zeigt. In
diesem Beispiel ist auch der freie Durchlaß zwischen den Armen nur geringfügig größer
wie die Querschnittsfläche der Arme im Gegensatz zu dein ersten Ausführungsbeispiel.
wo die Arme den geringsten, mit Rücksicht auf Festigkeit und Wärmebeanspruchung
noch tragbaren Querschnitt besitzen. Es ist dabei zweckmäßig, die Länge der Arme
größer zu halten als die kürzeste Entfernung von der Prallfläche bis zur Austrittsöffnung
der Vorkammer, um die Wirbelwirkung noch zu steigern.
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Falls erforderlich, können die Arme 22 noch mit Durchbrüchen, beispielsweise
den in Fig. 3 gezeigten Schräglöchern 28, als zusätzlichen Luftleitöffnungen versehen
sein.
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Erwähnt sei noch, daß die Lage der Prallfläehe 24 gegenüber der gedachten
Achse der Vorkammer nicht nur genau axial sein muß, wie Fig. 1 bis 3 zeigen. Diese
Aufprallfläche kann auch außermittig oder schräg liegend sein, wenn die Einspritzdüse
und Vorkammer im Hinblick auf eine besondere Brennraumform nic'_it axial zum Arbeitszylinder
liegt. Ebenfalls kann die Oberfläche der Prallfläche den Betriebsbedingungen angepaßt
sein, beispielsweise eben oder gewölbt verlaufen. In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes gezeigt. Die Prallfläche 24 und Arme 22 bestehen hier
mit dem Zylinderkopf 10 aus einem Gußstück. Die Vorkammer 12 hat eine herzähnliche
Form, und die Einspritzdüse 26 ist eine Mehrlochdüse. Von den Einspritzstrahlen
ist nur der mittlere gegenüber der Prallfläche 24 gerichtet, während die übrigen
Brennstoffstrahlen unmittelbar dem in Wirbelung versetzten Luftstrom'zugeführt werden.
Im übrigen ist die Wirkungsweise dieser Anordnung die gleiche wie diejenige der
Bauart nach Fig. 1 und 2.
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Die erfindungsgemäße Einsatzausbildung kann sowohl bei Viertaktmaschinen
als auch bei Zweitaktmotoren angewandt werden. Bei Zweitaktmaschinen hat der Einsatz
noch eine zusätzliche Aufgabe, nämlich durch Verwirbelung des Spülluftstromes eine
einwandfreie Durchspülung des Vorkammerraumes zu gewährleisten.