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Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf
angeordneten Vorkammer Die Erfindung betrifft eine selbstzündende, luftverdichtende
Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf ungeordneten:, z. B. 'kugelförmig ausgebildeten
Vorkammer, einem durch eine Mulde im Kolbenboidengebildeten Haupttbrennraum und
einem Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum, welcher durch einen
so, weit in ,die Mulde im Kolbenboden hineinragenden Einsatz gebildet wird, d'aß
der Muldenbaden in seiner inneren Totlage mit der Mündungswand des Einsatzes einen
Ringspialt bildet, (durch welchen der Vorkammerinhalt .auf den Hauptbrennraum verteilt
wird.
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Es sind Vorkammermaschinen der beschriebenen Art bekannt, bei welchen
die kugelförmige Vorkammer zwischen vier im Zylinderkopf angeordneten Ventilen zentral
in .der Achse .des Zylinders senkrecht zum Kolbenboden angeordnet ist. Infolge des
senkrechten Auftreffens des Vorkammerinhaltes auf den Kolbenboden und infolge der
zentralen Anordnung .der Vorkammer mit Bezug auf den zentrisch zur Zylinderachse
angeordneten, durch eine Kolbenvertiefung gebildeten Hauptbrennraum ist eine vollkommen
.gleichmäßige Verteilung des Vor'kammerinhaltes auf den Hauptbrennraum gewährleistet.
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Bei exzentrischer Lage der Vorkammer, wie sie z. B. notwendig wird,
wenn ,die Vorkammer neben zwei Ventilen im Zylinderkopf angeordnet werden soll,
was insbesondere für kleinere Maschinen von Bedeutung ist, ergeben sich, jedoch
bezüglich der Gleichmäßigkeit in der Verteilung des Vorkammerinhaltes auf @d-en
Hauptbrennraum Schwierigkeiten.
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Zweck der Erfindung ist demgegenüber eine solche Anordnung, daß trotz
der exzentrischen Anordnung der Vorkammer praktisch eine vollkommen
gleichmäßige
Verteilung des Brennstoffes auf den Hauptbrennraum erzielt wird. Die Erfindung besteht
demgemäß darin, .daß die vorzugsweise kugel= förmige und in an sich bekannter Weise
neben- den Ventilen exzentrisch angeordnete Vorkammer mit dem Verbindungskanal unter
einem steilen Winkel zum Kolbenboden geneigt ist und der Verbindungskanal mit nur
verhältnismäßig geringer Exzentrizität in die den Hauptbrennraum bildende, nach
der ,gleichen Seite wie -die Vorkammer exzentrisch zur Zylinderachse angeordnete
und von einem urvertieften Rand umgebene, im wesentlichen kreis= förmige flache
Kolbenmulde ausmündet, wobei (im Grundriß gesehen) die Mittelpunkte von Zylinder,
Kolbenmulde, Kanalmündung und. Vorkammer in der genannten Reihenfolge zueinander
exzentrisch liegen und vorzugsweise die Exzentirizitäten derart bemessen sind, daß
die Gesamtexzentrizität der Vorkammer zur Zylinderachse größenordnungsmäßig etwa
dem halben Zylindernaidius entspricht.
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Durch die Erfindung werden die beiden sich einander zunächst widersprechenden
Erfordernisse, nämlich eine verhältnismäßig große Exzentrizität der Vorkammer einerseits
und zugleich eine die gleichmäßige Verteilung sicherstellende zentrale und senkrechte
Ausmündung des Verbindungskanals andererseits., durch die besondere Anordnung von
Vorkammer, Verbindungskanal und Hauptbrennraum derart miteinander vereinigt und
aufeinander abgestimmt, daß die für Leistung und Brennstoffverbrauch günstigsten
Ergebnisse erzielt werden. ' So isst erfindungsg:mäß die Abweichung der Kanalneiagung
von, der Senkrechten in solchen Grenzen gehalten, @daß dadurch ein steiles Auftreffendes
Vorkammerinhalts auf den Kolbenboden gewährleistet bleibt, die Entstehung von Raumteilen
mit erheblicher Brennstoffarmut seitlich oder rückwärts zur Haupt°inspritzrichtun:g
verhindert und somit die günstigste verteilende Wirkung des Ringspaltes praktisch
nicht beeinträchtigt -wird.
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In entsprechendem Sinne verhindert eine nur geringe Exzentrizität
der ringspaltförmigen Ausmün-Jung zum Haupt!brennraum, daß praktisch irgendein Raumteil
des Hauptbrennraumes mit Brennstoff übersättigt wird oder infolge zu großer Entfernung
von der ringspaltförmigen Ausmündung nicht mehr genügend mit Brennstoff beliefert
werden kann. Das gilt innerhalb der hier in Betracht kommenden Grenzen insbesondere
dann, wenn Neigung- und Exzentrizität in bestimmtem günstigstem Verhältnis zueinander
stehen, wobei mit wachsender Neigung auch die Exzentrizität größer werden muß. Bei
einer Neigung bis, zu etwa 70 oder 6o° ist die Exzentrizität zweckmäßig nicht mehr
als io °/o des Hauptbrennraumdurchmessers; der seinerseits z. B. die Größenordnung
von etwa 2/3 -des Zylinderdurchmessers besitzt.
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Die des weiteren vorgesehene geringe Exzentrizität der den Hauptbrennraum
bildenden Kolbenmulde zur Zylinderachse ermöglicht es ferner, die Vorkammer um :diese
Exzentrizität -weiter gegen den.Zylinderumfang zu verlegen, ohne .daß hierdurch
die Verteilung des Vnrkammerinhalts auf den- Hauptbrennraum beeinträchtigt wird.
Auch wird :durch die geringe- Exzentrizität des Haupt-Brennraumes die Gleichmäßigkeit
des weiteren Verbrenriungsablaufes während des. Arbeitshubes der Maschine nicht
beeinflußt. Der ringsum verlaufende _= urvertiefte Kolbenhand verhindert, !daß noch
unverbrannte Brennstoffreste an; die Zylinderlaufbahnen gelangen und dbrt zu Rückständen
Anlaß geben. können.
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Gleichzeitig wird eine für die Wärmehaltung des Gemisches günstige
Gestalt des Hauptbrennraumes . rni: Awgenblick der dortigen Zündung gewährleistet.
Der Kolbenrand bewirkt hierbei zugleich infolge seiner-Verdrängerwirkung eine wirksame
und gleichmäßige Verwirbelung im der Kolbenmulde.
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Obwohl somit jeweils nur verhältnismäßig geringe Exzentrizitäten zwischen
Zylinder, Hauptbrennraum und. Kanralmündung sowie nur eine (einer weiteren Exzentrizität
gleichkommende) geringe Neigung des Verbindungskanals vorgesehen wird, läßt sich
dennoch infolge .der addierenden Wirkung dieser Einzelexzentrizitäten insgesamt
eine erhebliche Exzentrizität der Vorkammer zur Zylinderachse ermöglichen. Es können
daher unter Beibehaltung der Vorteile einer gleichmäßigen Gemischverteilung auf
den Hauptbrennraum genügend große Ventile im Zylinderkopf angeordnet werden.
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Es sind zwar auch schon Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden,
bei welchen eine Vorkammer. -seitlich und schräg zur Zylinderachse angeordnet in
eine Vertiefung des Kolbenbodens mündet. Die Vorkammer befindet sich jedoch in diesem
Falle .seitlich außerhalb des Zylinderumfanges und mündet durch einen weiten Kanal
derart exzentrisch und schräg in den: Zylinderraum aus, daß eine gleichmäßige Verteilung
ges. Brennstoffes auf den Hauptbrennraum nicht in gleichem Maße gewährleistet werden
kann. Auch weist weder die Vorkammer eine für die Verbrennungsverhältnisse besonders
vorteilhafte Kugelform auf noch wird der Hauptbrennraum durch eine geschlossene,
von einem urvertieften Kolbenrand umgebene Kolbenmulde gebildet.
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Weitere- Einzelheiten der Erfindung-- sind- der nächfol.genden Beschreibung
eines. Ausführungsbeispieles zu entnehmen.-Hierbei zeigt ' Fig. i einen Schnitt
nach Linie i=i in Fig. 2 und Fig. 2 einen - Schnitt durch den Zylinder (im Grundriß
von unten gegen den Zylinderkopf gesehen),.
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Der Zylinder .4 einer im übrigen nicht dargestellten Brennkraftm.aschine
nimmt den Arbeitskolben 5 auf. Der Kolbenbaden 6 ist mit einer flachen, gegenüber
der Achsmitte Ml des Zylinders, etwas exzentrischen Vertiefung oder Mulde 7 mit
dem Mittelpunkt M2 versehen.. Im Zylinderkopf 8 befindet sich seitlich zur Zylinderachse
ein (etwas kleineres) Auslaßventil 9 und ein (etwas größeres) Einlaßventil io. Auf
der von den Ventilen nicht eingenommenen Seite des Zylinderkopfes über dem Zylinderraum
ist die kugelförmige, einen Teilbrennraum
bildende Vorkammer vi
(mit dem Mittelpunkt M4) angeordnet, welche außer an der Stelle einer evtl. vorgesehenen
Glühkerze 12 sowie gegebenenfalls an der den Ventilen unmittelbar benachbarten Stelle
der " Wandung allseitig von Kühlwasser umflossen ist. Sie steht mit dem im wesentlichen
durch die Kolbenmulde 7 gebildeten Hauptbrennraum durch einen Kanal 14 in Verbindung,
der durch ein in die Mulde 7 ,des Kolbenbodens hi.neinragemdes Einsatzfutter 13
gebildet wird. Die Längsachse der Kammer i i bzw. des Einsatzfutters ist steil gegen
den Kolbenbaden geneigt und bildet mit dem Kolbenboden bzw. mit einer zur Zylinderachse
senkrechten Ebene einen Winkel von der Größe a, z. B. zwischen 70 und 85°.
Das kolbenseitige Ende 15 des Einsatzfutters 13 ist parallel zum Kolbenboden abgeschnitten
und hat in der oberem Kolbentotlage von diesem einen Ab-
stand, z. B. derart,
daß der kleinste Querschnitt des Ringspaltes gleich dem Querschnitt des Verbindungskanals
im Einsatzfutter ist. Doch kann unter besonderen Umständen auch ein größerer oder
kleinerer Querschnitt des Ringspaltes gewählt werden.
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Die Kammer vi, wird auf (der dem Einsatzfutter gegenüberliegenden
Seite durch eine gegen die Vorkammer zu schalenförmig ausgebildete Hülse 16 abgeschlossen,
in welche die durch eine Ringscheibe 17 gegen die Kammer abgeschirmte Einspritzdüse
18 axial zum Verbindungskanal 14 eingesetzt ist.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, setzt sich diie z. B. ungefähr den halben
Zylinderradius betragende Gesamtexzentrizität E des. Mittelpunktes der Vorkammer
i i zur Zylinderachse aus. den drei Exzentrizitäten ei, e2, und e3 zusammen, die
je für sich nur gering sind. Ml ist hierbei der Mittelpunkt des Zylinderraumes,
312 derjenige der Kolbenmulde, M3 derjenige der Ausmündung des Kanals 14 in den
Hauptbrennraum und M4 derjenige der Kammer i i. Wie ersichtlich, liegen ,diese vier
Mittelpunkte ungefähr radial hintereinander, so daß sich die Exzentrizitäten im
wesentlichen addieren, also E = ei -l- e2 -I- e3. Nur M2 liegt z. B. mit
Rücksicht auf das größere Einlaßventil io etwas seitlich zur Geraden Ml-M4 versetzt.
Zweckmäßig wird die Exzentrizität e2 mit größerer Schräglage des Verbindungskanals
ebenfalls größer, bei steilerer Anordnung desselben jedoch kleiner gewählt.
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An Stelle eines zusammenhängenden Ringspaltes gleicher Durchtrittshöhe
kann gegebenenfalls auch ein ringförmiger Durchtrittsquerschnitt wechselnder Durchtrittshöhe
verwendet werden.