Luftkammer

Eine Vorkammer ist eine kleine Hilfskammer, die mit der Hauptbrennkammer in einem Dieselmotor mit indirekter Einspritzung verbunden ist. Sie sitzt zwischen dem Zylinderkopf und der Hauptkammer und nimmt einen Teil des Brennstoffstrahls und der verdichteten Luftladung auf. Die Vorkammer zwingt den einströmenden Brennstoff und die Luft, vor der Zündung turbulent zu wirbeln, was die Vermischung und Verbrennungseffizienz verbessert.

Vorkammern wurden Mitte des 20. Jahrhunderts in Automobil- und Industrie-Dieselmotoren Standard, besonders in Motoren unter 3000 U/min, bei denen die direkte Brennstoffeinspritzung in der verfügbaren Zeit keine vollständige Verbrennung erreichte. Das Kammervolumen liegt typischerweise zwischen 15 und 35 Prozent des Gesamtkleinsraums. Im Betrieb heizt sich die Vorkammer während der Verdichtung schnell auf, und diese heiße, durchmischte Ladung zündet den Brennstoffstrahl zuverlässiger als eine kalte Hauptkammer, besonders bei niedrigen Starttemperaturen.

Vorkammern sind üblicherweise hemisphärische oder zylindrische Hohlräume, die in den Zylinderkopf gegossen werden und durch einen engeren Halskanal mit der Hauptkammer verbunden sind. Der Kanaldurchmesser und das Volumen-Verhältnis bestimmen die Verbrennungseigenschaften: größere Kanäle und größere Kammern begünstigen kühlere, schnellere Verbrennung; kleinere Kanäle erzeugen höhere Wirbelintensität und langsamere, kontrollierte Verbrennung. Manche Motoren verwenden mehrere kleine Kammern statt einer großen, um die Wärmelast gleichmäßiger zu verteilen.

Der Vorkammer-Ansatz opfert etwas Verdichtungseffizienz (Wärmeverlust durch die größere Oberfläche) für bessere Zündzuverlässigkeit und reduzierte Geräusche. Das machte Motoren mit indirekter Einspritzung leiser und weniger anfällig für schlechte Brennstoffqualität und große Temperaturschwankungen als direkt einspritzende Motoren derselben Ära. Sie verbrauchen aber mehr Brennstoff und produzieren unter Volllast mehr Rauch als moderne Direkteinspritzsysteme.

Vorkammern sind in neuen Motorenauslegungen weitgehend veraltet und wurden durch hochdruckdirekte Einspritzung mit elektronischer Steuerung ersetzt. Trotzdem verwenden viele ältere Industrie-Dieselmotoren, kleine Schiffsdiesel und einige Stromgeneratorsätze sie noch immer, und das Verständnis ihrer Funktion ist für die Fehlerbehebung bei Verbrennungsproblemen, Kohlenstoffablagerungen und thermischen Spannungsschäden in solchen Motoren unerlässlich.