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Brennkraftmaschine, insbesondere im Zweitaktverfahren arbeitende Dieselmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere im Zweitaktverfahren
arbeitende Dieselmaschine, mit einem im Zylinderkopf angeordneten, zum Zylinder
hin offenen Brennraum mit einer kreisförmigen Grundfläche, deren Durchmesser kleiner
ist als der Zylinderdurchmesser, wobei an der Übergangsstelle zum Zylinder eine
ringförmige Fläche gebildet wird, in die den Zylinder mit dem Brennraum verbindende
Kanäle eingearbeitet sind, welche, von der ringförmigen Fläche des Zylinderkopfbo.dens
ausgehend, schräg nach innen und schräg nach oben zum Brennraum führen, so daß beim
Spülvorgang Verbrennungsluft mit einem gewissen Drall in den Brennraum geleitet
wird. Die mit dem Erfindungsgegenstand zu lösende Aufgabe wird vornehmlich in der
Verbesserung d'es Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine gesehen.
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Die bekannten Brennkraftmaschinen nach dem Gattungsbegriff, insbesondere
schnell laufende Maschinen, haben hinsichtlich der Spülung und der Gemischbildung
noch Mängel zu verzeichnen. So bleiben beispielsweise nach dem Spülvorgang noch
Abgasnester in unerwünscht großem Maße im Brennraum und Zylinder zurück, während
die Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft beim Einspritzvorgang noch an Intensität
zu wünschen übrig läßt.
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Es ist zwar eine Vorkammerdieselmaschine bekannt, bei der der Verbrennungsraum
mit dem Arbeitszvlinder durch einen zentralen Schußkanal verbunden ist, so daß sich
ebenfalls an der Übergangsstelle zum Zylinder eine ringförmige Fläche bildet. In
diese Fläche sind den Zylinder mit dem Brennraum verbindende Kanäle eingearbeitet,
die schräg nach oben in Richtung des Brennraumes ansteigen. Der Verlauf der Kanäle
erfolgt hierbei jedoch nicht in der Weise, daß die aus den Kanälen in den Brennraum
einströmende Luft so geführt ist, daß ein Festsetzen von Ölrückständen hinter dem
Auslaßschlitz des Zylinders wirksam vermieden wird.
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Bei einer weiteren bekannten Einspritzbrennkraftmaschine mit im Zylinderkopf
liegender Wirbel- oder Brennraumkammer ist an der Übergangsstelle zwischen Brennraum
und Arbeitszylinder ein ringförmiger Einsatz vorgesehen, der vier oder sechs Arme
besitzen kann, die strahlenförmig verlaufen und sich in der Mitte des Einsatzes
treffen, um hier eine geschlossene Fläche zu bilden. Der freie Raum zwischen den
Armen bildet die Austrittsöffnung des Brennraumes. Zusätzlich können die Arme mit
Durchbrüchen, beispielsweise in Form von Schräglöchern, als zusätzliche Luftleitöffnungen
versehen sein. Auch diese Öffnungen sind nicht so geführt, daß Verschmutzungen der
Auslaßschlitze mit Sicherheit vermieden sind. Bekannt ist schließlich ein Schwerölmotor
mit :Misch- und Zündkammer, die eine doppelte Kegelstumpfform aufweist, d. h. sowohl
an der Austrittsöffnung der Düse als auch am Übergang zum Arbeitszylinder verjüngt
ist. An der Übergangsstelle zwischen Brennraum und Zylinder bzw. in der Halswandung
sind Schraubennuten vorgesehen, die bewirken, daß di.e entzündeten Gase auf den
Luftinhalt des Zylinders verteilt werden. Auch dieser bekannte Motor weist keine
Maßnahmen auf, die eine sichere Reinigung des Auslaßschlitzes gewährleisten.
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Die erwähnten Mängel werden gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch
behoben, daß die aus den Kanälen in den Brennraum einströmende Luft in einer Richtung
kreist, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der der Auspuffkanal vom Zylinder
aus weggeführt ist. Auf diese Weise wird bei Erzielung einer guten Spülung des Brennraumes
sowie auf Grund der intensiven Verwirbelung der Verbrennungsluft im Brennraum wirkungsvoll
verhindert, daß sich unmittelbar hinter dem Auslaßschlitz des Zylinders Ölrückstände
festsetzen, welche bekanntlich zum Verschmutzen und schließlich sogar zu Verstopfungen
der Auslaßschlitze führen. Der im Brennraum erzeugte Luftwirbel pflanzt sich gemäß
der Erfindung auf der Mittelachse des Zylinders bis zu den Auslaßschlitzen fort,
wobei er den an der Zylinderwandung entlangstreichenden Frischluftstrom nicht beeinträchtigt,
so, daß die Luftströmung beim Spülvorgang ständig aufrechterhalten bleibt.
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Der im Brennraum erzeugte Wirbel hält wenigstens bis zum Beginn des
Verbrennungsvorganges an, wodurch die Vermischung des eingespritzten Brennstoffes
mit der Verbrennungsluft wesentlich verbessert
wird, was vor allem
einen niedrigeren Brennstoffverbrauch bei gleicher Leistung mit sich bringt. Infolge
der besseren Verbrennung des Kraftstoffes werden die mit den Abgasen abziehenden
Rückstände an Ölkohle und unverbrauchtem Kraftstoff auf ein Minimum beschränkt,
so daß die Absonderungen im Auspuff bedeutend geringer sind und dieser deshalb weniger
oft gereinigt zu werden braucht als bisher. Außerdem ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Verbrennung gleichmäßiger, was wiederum das Nagelgeräusch des Motors mindert.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Einrichtung beim Arbeiten
des Motors in niedrigen Drehzahlbereichen aus. Dort wird durch die bessere Verbrennung
eine wesentliche Leistungssteigerung erzielt.
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Gemäß der Erfindung kann der Brennraum in an sich bekannter Weise
kegelförmig sein und in der Höhe der Mündungen der ihn mit dem Zylinder verbindenden
Kanäle seinen größten Querschnitt haben, ferner kann der Brennraum sich nach dem
Zylinder hin wieder etwas verengen und mit einer scharfen Kante abschließen. Diese
Ausbildung des Brennraumes begünstigt die Verwirbelung und damit die Gemischbildung,
da an der scharfen Kante, insbesondere beim Kompressionshub, die Luftströmung abreißt
und sich neue Wirbel bilden, die in Verbindung mit der durch die Kanäle in den Brennraum
einströmenden Luft einen Bereich intensivster Luftwirbelung schaffen. In diesem
Bereich kann der 'Brennstoff parallel oder nahezu parallel zur Wandung des Brennraumes
eingespritzt werden.
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Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
und aus der Zeichnung ersichtlich, die ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch den zylinderkopfseitigen Teil einer
Zweitaktbrennkraftmaschine mit Kurbelkammerspülpumpe, Fig.2 die Draufsicht auf die
dem Zylinder zugekehrte Seite des Zylinderkopfes, und Fig.3 zeigt schematisch einen
in Höhe des Auspuffschlitzes gelegten Querschnitt durch den Maschinenzylinder in
etwas kleinerem Maßstab.
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In Fig. 1 ist mit 1 der von Kühlrippen 2 umgebene Zylinder des Motors
bezeichnet, welcher einen Auslaßschlitz 3 sowie Einlaßschlitze 4 und 5 aufweist.
Letztere sind durch Luftüberströmkanäle 6 und 7 mit der in der Zeichnung der Einfachheit
halber nicht dargestellten, als Spülpumpe wirkenden Kurbelkammer der Brennkraftmaschine
verbunden. Im Zylinder 1 arbeitet der Kolben 8, der in Fig. 1 in der unteren Totpunktlage
eingezeichnet ist. Auf den Zylinder ist der ebenfalls mit Kühlrippen 9 versehene
Zylinderkopf 10 aufgeschraubt. Dieser schließt den im wesentlichen kegelförmig ausgebildeten
Brennraum 11 ein, in dessen Achse die Einspritzdüse 12 eingesetzt ist. Der Brennraum
11 hat zylinderseitig seinen größten Querschnitt, der jedoch kleiner ist
als der Querschnitt des Zylinders 1, so daß an der Übergangsstelle zwischen Brennraum
und Zylinder eine ringförmige Fläche 13 verbleibt. Von dieser Fläche aus führen
Bohrungen 14 nach dem Brennraum il, die schräg nach innen sowie schräg nach oben
verlaufen. Der Brennraum 11 hat dort, wo die Bohrungen 14 einmünden, seinen weitesten
Querschnitt. Zur Zylinderseite hin verengt sich der Brennraum 11 und bildet mit
dem inneren Umfang der ringförmigen Fläche 13 eine scharfe Kante 15.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Motors ist folgendermaßen:
Beim Arbeitshub des Kolbens 8 wird die Verbrennungsluft in der in der Zeichnung
nicht dargestellten Kurbelkammer des Motors komprimiert. Der entstehende Druck pflanzt
sich durch die Überströmkanäle 6 und 7 bis vor die Einlaßschlitze 4 und 5 fort,
die aber zunächst noch durch den Kolben 8 verdeckt sind. Sobald der Kolben 8 nach
Öffnen des Auspuffschlitzes 3 auch die Einlaßschlitze 4 und 5 öffnet, strömt Verbrennungsluft
in den Zylinder 1 ein. Hierbei wird die einströmende Luft durch den Kolben 8, der
ja die Einlaßschlitze 4 und 5 nicht schlagartig öffnet, abgelenkt und längs der
Zylinderwandung nach oben auf die ringförmige Fläche 13 des Zylinderkopfes 10 geleitet.
Dort angelangt, strömt ein Teil der Verbrennungsluft durch die Bohrungen 14 in den
Brennraum 11 ein. Während des Durchströmens durch die Bohrungen 14 erfährt die Verbrennungsluft
eine Richtungsänderung, derart, daß sie sich nach dem Austreten aus den Kanälen
14 in kreisförmigem Wirbel im Brennraum 11 bewegt. Dadurch wird eine saubere Spülung
des Brennraumes 11 von den Brenngasen erreicht.
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Der im Brennraum 11 entstehende Luftwirbel pflanzt sich vom Brennraum
11 aus in den Zylinder 1 fort, und zwar strömen die Abgase in der inneren Zone des
Zylinderraumes wirbelartig dem Auslaßschlitz 3 zu, ohne daß der eintretende Verbrennungsluftstrom
gestört wird (Fig. 1). Der Verlauf der Bohrungen 14 im Zylinderkopf 10 ist so gewählt,
daß die Richtung, in der der im Brennraum 11 erzeugte, sich auf den Zylinder
1 fortpflanzende Wirbel kreist, entgegen der Wegführungsrichtung des Auspuffkanals
3 vom Zylinder 1 gerichtet ist (s. insbesondere Fig. 3). Dadurch wird vermieden,
daß sich in den Abgasen enthaltene Ölrückstände unmittelbar hinter dem Auslaßschlitz
3 festsetzen und' das Abströmen der Gase behindern.
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Beim Verdichtungshub des Kolbens 8 bewirkt die scharfe Kante 15 des
Zylinderkopfes 11 ein Abreißen der Luftströmung, so daß zusätzlich eine heftige
Verwirhelung im unteren Bereich des Brennraumes 11 bzw. am Übergang zum Zylinder
1 entsteht. Der Kraftstoff wird gegen Ende des Verdichtungshubes durch die Düse
12 in den Brennraum 11 eingespritzt, und zwar in einem Strahlkegel, der parallel
zur Brennraumwandung verläuft und in den «-eitesten Querschnitt des Brennraumes
11 gerichtet ist, in welchem die größte Wirbelung auftritt. Auf diese Weise findet
eine gute Vermischung des eingespritzten Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft statt,
wodurch die Vorbedingung für eine höhere Leistung des Motors bei gleichbleibendem
Brennstoffverbrauch oder niedrigerem Brennstoffverbrauch bei gleichbleibender Leistung
gegeben ist. Die im Zylinderkopf angeordneten Bohrungen 14 können sich nicht verstopfen,
da sie von der durchströmenden Frischluft immer wieder gereingt werden.