Zylinderkopf an Dieselmotoren, insbesondere solchen für Kraftfahrzeuge. Die Erfindung betrifft einen an Diesel- mnotoren vorgesehenen Zylinderkopf mit hän genden Ventilen und einer Brennkammer, insbesondere für schnellaufende Dieselmoto ren für Kraftfahrzeuge bestimmt.
Bei derartig ausgebildeten Zylinderköpfen sind Brennkammern in verschiedensten For- nmen bekannt. Bei der erwünschten zentralen oder nahezu zentralen Lage der Brenn- kammer zur Zylinderbohrung war es bisher nicht möglich, weder einen zur Erreichung des besten Wirkungsgrades genügend grossen Teil des Luftvolumens am lEnde der Ver dichtung in der Brennkammer unterzubrin gen, noch der Brennkammer eine genügend breite, für die Zerstäubung des Brennstoffes besonders vorteilhafte Form zu geben, oder zu erreichen,
dass mur ein ganz geringer Teil des Verdichtungsvolumens ausserhalb der Brennkammer liegt, und zwar dies deswegen nicht, weil der zwischen dem Boden des Ar beitskolbens und dem Zylinderkopf erforder- lielhe Sicherheitsabstand nicht unter ein ge wisses Mass herabgesetzt werden kann; auch war es unmöglich, der Brennkammer kugelige oder nahezu kugelige Form zu geben.
Günstigere Verhältnisse sind dagegen bei Einbau einer Brennkammer im Arbeitskolben möglich, weil dabei in der Brennkammer ein verhältnismässig grosses Luftvolumen unter gebracht und der Arbeitskolben bis auf ge ringsten Abstand an den Zylinderkopf heran geführt werden kann, sowie zentrale Anord- nung der Brennkammer möglich ist, um gleichmässige Erwärmung des Kolbens, zwecks Vermeidung des Verziehens des Kolbenman- tels, und gleichmässige vurcliwirbehing der Verbrennungsluft zu ermöglichen.
Diesen Vorteilen der Anordnung der Brennkammer im Arbeitskolben stehen jedoch grundsätz liche Nachteile gegenüber, welche die ange strebte Erhöhung der Leistung und Vermin derung des spezifischen Brennstoffverbrau ches beeinträchtigen. Sie liegen, ausser in der erheblichen Erhöhung des Kolbengewichtes, vor allem im starken Wärmeabfluss aus der Brennkammer und dadurch verstärkter Aus dehnung des Kolbens.
Lm bei Brennkammern ein Abbröckeln und Abschmelzen der sehr hohe Temperatur erreichenden Brennkammerpforte zu verhin dern, kann diese nicht so eng gehalten wer den, wie an sich zur intensivsten Verwirbe- lung der Verbrennungsluft und damit für günstigste Verhältnisse hinsichtlich Verbren nung und Wirkungsgrad zulässig wäre.
Die starke Wirbelung, die sich bei einer derart engen Pforte ergibt, führt bei den bisherigen Ausführungen zu die Verbrennung beein trächtigenden Wärmeverlusten an den Brenn- kammerwänden.
Bei Anordnung der Brennkammer im Ar beitskolben müssen die Abmessungen der Brennkammerpforte auch deshalb verhältnis mässig gross gehalten werden, weil von einer zwar erwünschten Geschwindigkeit der aus- tretenden Gase an, die anfangs eine Tempe ratur von über 2000 C besitzen, die Ventil teller überhitzt werden und sich deshalb ver ziehen, da sie direkt und einseitig von den Feuerstrahlen getroffen werden. Eine Brenn kammer im Kolben erfordert ausserdem eine Mehrlochdüse, da die Strömung der Luft zu der des Brennstoffes gleich gerichtet ist.
Zur Intensivierung der Durchmnischung wurden schon öfters Versuche durch Einführen eines amn Zylinderkopf vorgesehenen Verdränger stückes in die Brennkammerpforte vorgenom men; sie hatten jedoch mangels Haltbarkeit des Verdrängerstüekes keinen Erfolg. Dieser Nachteil trifft in noch stärkerem Masse zu bei Anbringung des Verdrängerstückes am Kol ben und im Zylinderkopf vorgesehener Brennkammer.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Zylinderkopfes mit hängenden Ventilen soll eine Brennkammer grossen Verdichtungs volumens ermöglicht werden unter Wahrung der Vorteile der im Arbeitskolben angeord neten Brennkammer, aber Vermeidung ihrer Nachteile sowie der ungünstigen Formen von bisher in Zylinderköpfen vorgesehenen Brenn- kammern, und anderseits grosse Ventilquer schnitte und rasches Öffnen der Ventile er möglicht werden.
Hierzu sind nach der Erfindung für Ein lass und Auslass zusammen mehr als vier Ventile vorgesehen, ferner nimmt die Brenm- kammer mehr als die Hälfte, z. B. 60% o, des Verdichtungsvolumens auf, und sie ist in oder annähernd in der Mitte der Zylinder bohrung angeordnet.
Durch die Erfindung lässt sich ein für die Verbrennung sehr günstiges Volumen der Brennkammer bei vorteilhafter Lage und Form derselben erreichen, wie es bisher nicht möglich war; die Form kann z. B. wenigstens annähernd kugelig sein.
Für die Brennstoffeinspritzung, die zweck mässig von der der Brennkammerpforte ge genüberliegenden Stelle aus erfolgt, kann eine Sehirmdüse vorgesehen werden, wobei der entstehende Brennstoffschleier durch die Luftströmung nicht, wie sonst meistens, auf kleinere, sondern auf grössere Durchmesser gedriiekt und deshalb \sehr fein zerstäubt wird. Vorteilhafterweise wird dafür gesorgt, dass der den höchsten Temperaturen ans gesetzte Teil der Einspritzdüse besonders wirksam von einem Kühlmittel umspült wird.
Vorteilhafterweise werden Zylinderkopf und Brennkammer so ausgebildet, dass letz tere, wie an sich bekannt, durch einen Kör per gebildet ist, der als Ganzes in den Zy linderkopf einsetzbar ist.
Eine besonders intensive Verwirbelung der Verbrennungsluft lässt sieh erreichen, indem in bekannter Weise am Kolbenboden ein Ver- drängerstüek angeordnet wird, das kurz vor dem obern Totpunkt in die Brennraumpforte eindringt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich durch die Anordnung von drei Einlass- und drei Auslassventilen, wobei eine kugelförmige Brennkamurer grossen Volu mens vorgesehen werden kann.
Die Erfindung bietet. für Dieselmotoren weitgehende Mögliehkeiten, indem sie im Sinne des nachfolgend beschriebenen Aus führungsbeispiels in eurem bisher nicht er reichten Grade alle Hauptforderungen zu er füllen vermag, die bei Dieselmotoren zur Steigerung der Leistung, Verminderung des Brennstoffverbrauches, Erhöhung der Dreh zahl und Gewährleistung ruhigen Ganges Pje- stellt werden.
Damit wird die Anwendung, schnellaufender Dieselmotoren ermöglicht in Fällen, wo bisher nur schnellaufende Otto motoren oder langsamlaufende Dieselmotoren Anwendung finden konnten.
Das in der Zeichnung zum Teil schema- tiseh dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft. einen Zylinderkopf für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges.
Fig. 1 zeigt einen Zylinder im senkrech ten Längsschnitt nach der Linie _1-B-C- D E in Fig. 2.
Fig. 2 zeigt in ihrer untern Hälfte einen Querschnitt nach der Linie P-G in Fig. 1, in ihrer obern Hälfte ehren solchen nach der Linie K-L in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie II-I in Fig. 1 und Fig. 4 im Senkrechtschnitt eine geänderte Ausführung der Brennkammer.
In der Zeichnung bedeuten: 1 den Zylin derkopf, 2 eine Zylinderbüchse, 3 eine Dich tung zwischen diesen zwei Teilen, 4 einen Kühlmantel an dem die Zylinderbüehse ' 2 um gebenden Kurbelgehäuse, 5 hängende Einlass ventile, 6 hängende Auslassventile, 7 Einlass- lkanäle, 8 Auslasskanäle im Zylinderkopf, 9 und 10 Federn der Ventile 5 und 6. Es ist 11 eine Einlassnockenwelle, 12 eine Auslass nockenwelle, 13 und 14 sind Nocken zur Be tätigung von Schwinghebeln 15 und 16 für die Einlass- bzw. Auslassventile, 17 und 18 sind Wellen, auf denen die Schwinghebel 15 bzw. 16 gelagert sind. 19 ist ein auf den Zy linderkopf 1 aufgesetzter Deckel, in dem die Wellen 11, 12, 17 und 18 in Zwischenwänden 20 gelagert sind.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet 21 eine zentral angeordnete, annähernd kugelige Brennkam- mner, die mit dem Gewinde 22 auf einen Hals 23 aufgeschraubt ist, der die Pforte 24 (Durchgang) begrenzt. Zwvisehen dem Zylin derkopf 1 und der Brennkammer 21 ist eine Dichtung 25 eingelegt, 26 ist eine der Pforte 24 gegenüberstehende Brennstoffdüse, wel cher durch die Zuleitung 27 Brennstoff zu geführt wird. Durch eine Überwurfmutter 28 wird die Zuleitung 27 an der die Fortsetzung der Brennkammer 21 bildenden Büehse 29 gehalten. 30 ist eine Überwurfmutter, welche den Kühlraum des Zylinderkopfes l an der Büchse 29 abdichtet. 31 und 34 sind Öff nungen für den Durchtritt der Kühlflüssig keit auf der Einlass- bzw.
Auslassseite des Zy linderkopfes 1. 32 und 35 sind in diesem Be reich vorgesehene Gummidichtungen, 33 und 36 sind die Öffnungen 31 und 34 über- (leckende Verbindungskanäle für die Zirkula tion der Kühlflüssigkeit zwischen demn Kühl- nmantel 4 und dem Zylinderkopf 1.
Infolge der beschriebenen Lage und Form der Brennkammer 21 wird die bei seitlich an geordneter Brennkammer entstehende ent sprechend einseitige Erhitzung des Arbeits- kolbens und zum Teil auch des Zylinderkopfes vermieden.
In Fig. 2 sind 37 und 38 Befestigungs bolzen auf der Einlass- bzw. Auslassseite des Zylinderkopfes 1 zum Befestigen desselben auf dem Kurbelgehäuse. Die Brennkammer 21 weist in ihrem obern Teil einen die Brenn stoffdüse 26 umgebenden ringförmigen Teil 39 auf, an welchen die erweiterte Büchse 29 anschliesst.
In Fig. 4 bedeutet 41 das Unterteil einer annähernd kugeligen Brennkammer, das mit dem Oberteil 42 derselben verschweisst ist, 43 das Unterteil einer die Brennkammer um gebenden Schale, das mit dem Oberteil 44 dieser Schale nach dem Einsetzen der Brenn- kammer verschweisst worden ist. 45 ist ein am Schalenunterteil 43 vorgesehenes Gewinde zur Befestigung der Brennkammer am Zylinder kopf. 46 ist eine mit dem Schalenoberteil 44 der Brennkammer verbundene Büchse, die zur Aufnahme der Brennstoffdüse und dem Anschluss ihrer Zuleitung dient, für die ein Gewinde 47 vorgesehen ist.
48 ist eine Ein drehung an der Büchse 46, während mit 49 ein Einpass angegeben ist, der die Teile 42 und 44 ineinander zentriert, 50 ist ein an derer Einpass, der zur Zentrierung der Teile 41 und 43 dient. Am Unterteil 41 der Brenn- kammer ist eine Büchse 51 vorgesehen, welche den Durchgang 52 zum Hauptbrennraum des Zylinders darstellt.
53 ist ein Spalt zwischen den Teilen 41 und 42 der Brennkammer einerseits und den Schalenteilen 43 und 44 anderseits.
Im Zylinderkopf 1 gemäss Fig. 1-3 sind drei Einlass- und drei Auslassventile vorge sehen. Die zwischen diesen in der Zylinder achse angeordnete Brennkammer 21 vermag mehr als die Hälfte des Verdiehtungs- voliimens aufzunehmen. Die Brennkammer 21 kann so bemessen sein, dass sie bei den bei Dieselmotoren üblichen Verdichtungs verhältnissen von z.
B.<B>1:</B> 13 bis 1 : 20 zwischen 80 bis 901/o des Verdichtungsvolumens aufzu nehmen vermag, so dass nur ein geringer nicht vermeidbarer Teil des Verdichtungs volumens im Zylinderraum verbleibt, Eine derart grosse Brennkammer kann auch noch bei Anordnung von fünf Ventilen, z. B. drei Einlass- und zwei Auslassventilen, im Zylinderkopf vorgesehen werden, dagegen ist dies bei einer kleineren Anzahl Ventile, z. B. bei vier Ventilen, nicht möglich, wenn die für eine hohe Leistung des Motors ausrei- ehenden Ventilquerschnitte gewählt werden. Die Brennkammer 21 braucht nicht genau in der Zylinderachse zu liegen, es sind auch gewisse Abweichungen von der zentralen Lage möglich.
Die Brennkammerpforte 24 wird, da sie mit dem grössten Teil ihrer Um fangsfläche frei im Kühlmittel liegt, entspre chend wirksam gekühlt, was insofern auch für die Brennstoffdüse 26 zutrifft, als der sie umgebende ringförmige Teil 39 ebenfalls vom Kühlmittel rings umspült wird.
Beim beschriebenen Zylinderkopf 1 wird sowohl jedes der drei Einlassventile 5 als auch jedes der drei Auslassventile 6 durch einen eigenen Nocken 13 bzw. 14 betätigt. Es bedeutet dies eine Verminderung der zur Betätigung der verhältnismässig kleineren Ventile zu beschleunigenden Massen gegen über der Betätigung mehrerer Ventile durch einen gemeinsamen Nocken und Schwing hebel, wodurch ein entsprechend rascheres Öffnen und Schliessen der Ventile ermöglicht ist; folglich können die Ventile über längere Zeit als sonst voll offen gehalten werden, wo durch ein demgemäss wesentlich stärkeres Füllen und Ausspülen des Motorzylinders und damit höhere Motorleistung erreicht wird.
Die Kühlflüssigkeit gelangt ans dem Man tel 4 durch den Verbindungskanal 36 und die Öffnung 34 in die Kühlräume des Zvlinder- kopfes 1 und wird durch die Öffnung 31 und den Verbindungskanal 33 in einen andern Teil des Kühlmantels zurückgeleitet.
Um die Temperatur im Bereich der der Brennkammerpforte gegenüberliegenden Zone des Kolbens möglichst niedrig zu halten, kann ein gesteuerter Durchlauf von Kühlflüssigkeit durch den Kolben vorgesehen werden. Es kann so trotz der verhältnismässig grossen Brennkanumer bei engem Durchmesser der Pforte ein Verziehen der Ventile vermieden werden, da der aus der Brennkammer austre tende Feuerstrahl nicht gegen die Ventile ge richtet ist.
Der den Hauptbrennraum begrenzende Boden des Zylinderkopfes kann eben sein, wie bei der gezeichneten Ausführung, oder er kann annähernd eben sein. Die Ventile ragen in Schliesslage über die Bodenfläche des Zy linderkopfes nicht hervor, weshalb der Ar beitskolben bis auf den kleinsten infolge der Fabrikationstoleranzen erforderlichen Ab stand (beispielsweise 1 bis 1,5 mm) an den Boden herangeführt werden kann.
Die Brennkammerpforte kann eng gehalten werden, da sie gut gekühlt werden kann, und zudem durch entprechende Ausbildung der Brennkammer keine grossen Wärmeverluste durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in derselben entstehen.
Hierzu kann die Brennkammer gemäss Fig. 4 aus einer innern Wand 41, 42 und einer äussern Wand 43, 44 gebildet sein, wo bei die innern Wandteile 41 und 42 zweck mässig aus einem zunderfesten Baustoff, z. B. aus einem mit. Chrom und Silizium legierten Stahl, hergestellt sind, der gegen hohe Tem peraturen sehr widerstandsfähig ist. während die Wandteile 43 und 44, welche durch die den Zylinderkopf durchströmende Wühiflüs- sigkeit beinahe auf ihrer ganzen Umfangs- fläche umspült werden, aus einem Baustoff von hoher Kaltfestigkeit hergestellt. sind;
unter Baustoff letztgenannter Art ist. ein niedrig legierter Vergütungsstahl gemeint, der eine Zugsfestigkeit, beispielsweise von 100 kg/mm2, bei normaler Temperatur besitzt. Die Wandstärke der Teile 41. und 42 und die Stärke des zwischen Innen- und 13ussenwand der Brennkammer belassenen Laftspaltes 53 ist so bemessen, dass sich infolge der stattfin denden. Abführung der Wärme von selbst eine solche Temperatur der Wand der Brennkammer einstellt, dass der günstigste Verlauf der Verbrennung erreicht wird.
Das Verhältnis der Höhe zum Durchmesser des Innenraumes der Brennkammer wird vorteil haft so gewählt, dass es wenigstens annähernd gleich 1 :1 ist. Die Erfindung ist hauptsächlich bei Mo torzylindern mit grösserer Bohrung, etwa von 120 mm an, von besonderem Vorteil.