CH659108A5

CH659108A5 - Zylinderkopf mit brennraum fuer dieselmotor.

Info

Publication number: CH659108A5
Application number: CH7226/82A
Authority: CH
Inventors: Willy Mahler
Original assignee: Willy Mahler
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1986-12-31
Also published as: FI843174A; JPS60500065A; FI843174A0; EP0127646A1; NO843200L; WO1984002378A1

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRUCH
Zylinderkopf für Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, dass dieser für die Verbrennung des Brennstoffes mit einem Brennraum ausgestattet ist, derart, dass die Einspritzung des Brennstoffes direkt in diesen Brennraum erfolgt, wobei die Vor- und Hauptverbrennung nicht mehr im Brennraum des Kolbens, was eine zusätzliche Kühlung mit Spritzöl zur Folge hat, sondern im Brennraum im Zylinderkopf vor sich geht, wobei die durch das Einlassventil strömende Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, womit die eigentliche Kolbenkühlung als solche entfällt.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit Brennraum für Dieselmotor mit direkter Einspritzung des Brennstoffes zur direkten Verbrennung desselben in diesem Brennraum.

Es ist bekannt, dass bei Dieseleinspritzmotoren der Brennstoff unter hohem hydraulischem Druck von der Brennstoffpumpe her direkt in den Zylinder eingespritzt wird, wo die Verdichtung sowie das Verbrennen des Brennstoffes mit nachfolgender Expansion erfolgt. Das Brennstoffventil wird teils als offene, teils als geschlossene, durch eine Nadel gegen den Verbrennungsraum hin abgeschlossene Düse ausgeführt, um ein Nachtropfen zu verhindern.

Vielfach wird anstelle einer Mehrlochdüse eine Einzeldüse mit Dralleinsatz verwendet, die dem Brennstoff eine kreisrunde Bewegung erteilt, was die Zerstäubung unterstützt.

Bei den Vorkammermaschinen wird der Brennstoff nicht in den eigentlichen Verbrennungsraum des Zylinders, sondern zunächst in eine kleine Vorkammer gespritzt, die mit dem Verbrennungsraum durch einen engen Kanal oder durch ein Kanalsystem in Verbindung steht.

Gemäss der britischen Patentschrift GB-A 2016 594 ist eine Brennkammer für Verbrennungsmotoren bekannt, die mit einer Vorkammer verbunden ist, wobei keine direkte Einspritzung des Brennstoffes in die eigentliche Brennkammer erfolgt. Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt in die Vorkammer. Der Kolbenboden ist nicht flach, sondern treppenartig ausgebildet und mit einem treppenartig geformten Isolierkörper überzogen zwecks Wärmeisolierung der Brennkammer. Ferner ist ein zusätzlicher Luftraum konzipiert, der über den Kolbenboden hinausragt und der die Aufgabe hat, eine zusätzliche Wärmeisolierung zu übernehmen. Diese Vorrichtung bezweckt nun, Wärme zu erhalten, nicht diese abzuführen. Somit handelt es sich bei dieser Vorrichtung nicht um eine echte Brennkammer im Zylinderkopf und in bezug auf den Raum des Zylinders.

Die Vorkammer erwärmt das Zylinderrohr unnötigerweise und zudem nur lokal, wobei dies als Nachteil gewertet werden muss. Die in der erwähnten Patentschrift offenbarte Brennund Vorkammer bedingen zudem eine Kolbenkonfiguration mit mehr Gewicht, grösserer Wärmeableitung,-was wiederum eine höhere Kolbenkühlung mit sich bringt.

Die Patentschrift DE-A 2913 763 offenbart eine 4-Takt obengesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine für Otto Motoren, die keine Direkteinspritzung des Brennstoffes in eine im Zylinderkopf sich befindliche Brennkammer offenbart. Die Brennkammer, die auch als Mulde bezeichnet wird, ist ganz oder teilweise auch im Kolbenboden ausgebildet.

Die Nachteile der bis anhin bekannten Dieseleinspritzmotoren, bei denen der Brennstoff direkt in den Kolben eingespritzt wird, woselbst das Verbrennen des Brennstoffes stattfindet, sind u.a. darin zu erblicken, dass zur Unterstützung der Kolbenkühlung Spritzöl verwendet werden muss, wobei aber trotzdem hohe Temperaturen des Kolbens festzustellen sind. Die thermische Belastung des Kolbens sowie auch die Wärmeabstrahlung nach aussen sind verhältnismässig hoch.

Zur Absorbierung dieser Wärmeausstrahlung muss eine entsprechende Luft- oder Wassermenge zur Verfügung stehen.

Weitere Nachteile dieses Systems sind noch darin zu erblicken, dass das Kolbengewicht entsprechend hoch ist, was eine höhere, schwingende Masse bedeutet.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun einen Zylinderkopf für Dieselmotor, indem dieser für die Verbrennung des Brennstoffes mit einem Brennraum ausgestattet ist, derart, dass die Einspritzung des Brennstoffes direkt in diesen Brennraum erfolgt, wobei die Vor- und Hauptverbrennung nicht mehr im Brennraum des Kolbens - was eine zusätzliche Kühlung mit Spritzöl zur Folge hat -, sondern im Brennraum im Zylinderkopf vor sich geht, wobei die durch das Einlassventil strömende Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, so dass die Kolbenkühlung als solche entfällt. Dazu wird ein gemäss den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs ausgebildeter Zylinderkopf angegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dieselbe anhand von Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht von oben auf den Zylinderkopf, im Massstab 1:1 gezeichnet,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf gemäss der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht von unten auf den Zylinderkopf gemäss der Fig. 1 und
Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch den Zylinderkopf gemäss der Linie B-B in Fig. 3.

Der Zylinderkopf 1 gemäss den Fig. 1 bis 4 ist aus einem hiefür geeigneten Material gefertigt.

Der Zylinderkopf 1 besitzt die Bohrungen 2, 2', 2" und 2"' zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben, die hier nicht eingezeichnet sind. Diese dienen der Fixierung des Zylinderkopfes 1. Zur Aufnahme der Ventilstössel dienen die Bohrungen 3,3'. Der Schraubenkopfraum ist mit 4, 4', 4" und 4"' bezeichnet.

Der Ventilraum 5 dient zur Aufnahme des Einlassventils 9, während der Ventilraum 13 zur Aufnahme des Auslassventils 14 dient. Die beiden Bohrungen 6 und 6' dienen der Ventilführung. Die Aufnahmefläche für den Kipphebelbock ist mit 7 und der Zylinderkopfsitz mit 8 bezeichnet.

Durch das Hinuntergehen des Kolbens wird über die Einlassöffnung 12 Luft angesogen. Hierauf wird die angesogene Luft zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf 1 komprimiert. Über das Einspritzventil 11 wird der Brennstoff in den Brennraum 10 eingespritzt, und der Zündungsvorgang beginnt. Anschliessend erfolgt der Arbeitstakt. Das Ausblasen des verbrannten Brennstoff-Luftgemisches erfolgt über das Auslassventil 14.

Die Vor- und Hauptverbrennung findet in dem, im Zylinderkopf liegenden Brennraum 10 und nicht im Zylinder statt. Es hat sich gezeigt, dass in einem im Zylinderkopf angeordneten Brennraum für Dieselmotoren mit direkter Einspritzung und mit direkter Verbrennung die thermische Belastung des Kolbens viel kleiner ist, da die durch das Einlassventil angesaugte Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, wobei die Kolbenkühlung mit Spritzöl als solche entfällt. Die Restverbrennung erfolgt auf der flachen Kolbenfläche, und die Restwärme der Restverbrennung wird wie üblich über die Kolbenringe abgeleitet.

Anbetracht dessen, dass der Brennraum für Direkteinsprit

zung im Zylinderkopf angeordnet ist, muss der Kolben mit einer kleineren Bauhöhe gefertigt werden, was mit einer Gewichtseinsparung verbunden ist. Das kleinere Kolbengewicht bewirkt zudem, dass weniger an schwingender Masse vorhanden ist, so das der Lauf des Motors auch ruhiger wird.

Die Wärmeausstrahlung aus dem Zylinder ist vermehrt reduziert, und die Wärmeabfuhr konzentriert sich daher auf den Zylinderkopf 1.

Es muss als ein wesentlicher Fortschritt gewertet werden dass das sonst übliche Ölkühlsystem mit Spritzöl für den Kolben wegfällt gegenüber Systemen. bei denen die Hauptverbrennung des Brennstoffes im Kolben erfolgt.

Claims

PATENTANSPRUCH Zylinderkopf für Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, dass dieser für die Verbrennung des Brennstoffes mit einem Brennraum ausgestattet ist, derart, dass die Einspritzung des Brennstoffes direkt in diesen Brennraum erfolgt, wobei die Vor- und Hauptverbrennung nicht mehr im Brennraum des Kolbens, was eine zusätzliche Kühlung mit Spritzöl zur Folge hat, sondern im Brennraum im Zylinderkopf vor sich geht, wobei die durch das Einlassventil strömende Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, womit die eigentliche Kolbenkühlung als solche entfällt.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit Brennraum für Dieselmotor mit direkter Einspritzung des Brennstoffes zur direkten Verbrennung desselben in diesem Brennraum.

Es ist bekannt, dass bei Dieseleinspritzmotoren der Brennstoff unter hohem hydraulischem Druck von der Brennstoffpumpe her direkt in den Zylinder eingespritzt wird, wo die Verdichtung sowie das Verbrennen des Brennstoffes mit nachfolgender Expansion erfolgt. Das Brennstoffventil wird teils als offene, teils als geschlossene, durch eine Nadel gegen den Verbrennungsraum hin abgeschlossene Düse ausgeführt, um ein Nachtropfen zu verhindern.

Vielfach wird anstelle einer Mehrlochdüse eine Einzeldüse mit Dralleinsatz verwendet, die dem Brennstoff eine kreisrunde Bewegung erteilt, was die Zerstäubung unterstützt.

Bei den Vorkammermaschinen wird der Brennstoff nicht in den eigentlichen Verbrennungsraum des Zylinders, sondern zunächst in eine kleine Vorkammer gespritzt, die mit dem Verbrennungsraum durch einen engen Kanal oder durch ein Kanalsystem in Verbindung steht.

Gemäss der britischen Patentschrift GB-A 2016 594 ist eine Brennkammer für Verbrennungsmotoren bekannt, die mit einer Vorkammer verbunden ist, wobei keine direkte Einspritzung des Brennstoffes in die eigentliche Brennkammer erfolgt. Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt in die Vorkammer. Der Kolbenboden ist nicht flach, sondern treppenartig ausgebildet und mit einem treppenartig geformten Isolierkörper überzogen zwecks Wärmeisolierung der Brennkammer. Ferner ist ein zusätzlicher Luftraum konzipiert, der über den Kolbenboden hinausragt und der die Aufgabe hat, eine zusätzliche Wärmeisolierung zu übernehmen. Diese Vorrichtung bezweckt nun, Wärme zu erhalten, nicht diese abzuführen. Somit handelt es sich bei dieser Vorrichtung nicht um eine echte Brennkammer im Zylinderkopf und in bezug auf den Raum des Zylinders.

Die Vorkammer erwärmt das Zylinderrohr unnötigerweise und zudem nur lokal, wobei dies als Nachteil gewertet werden muss. Die in der erwähnten Patentschrift offenbarte Brennund Vorkammer bedingen zudem eine Kolbenkonfiguration mit mehr Gewicht, grösserer Wärmeableitung,-was wiederum eine höhere Kolbenkühlung mit sich bringt.

Die Patentschrift DE-A 2913 763 offenbart eine 4-Takt obengesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine für Otto Motoren, die keine Direkteinspritzung des Brennstoffes in eine im Zylinderkopf sich befindliche Brennkammer offenbart. Die Brennkammer, die auch als Mulde bezeichnet wird, ist ganz oder teilweise auch im Kolbenboden ausgebildet.

Die Nachteile der bis anhin bekannten Dieseleinspritzmotoren, bei denen der Brennstoff direkt in den Kolben eingespritzt wird, woselbst das Verbrennen des Brennstoffes stattfindet, sind u.a. darin zu erblicken, dass zur Unterstützung der Kolbenkühlung Spritzöl verwendet werden muss, wobei aber trotzdem hohe Temperaturen des Kolbens festzustellen sind. Die thermische Belastung des Kolbens sowie auch die Wärmeabstrahlung nach aussen sind verhältnismässig hoch.

Zur Absorbierung dieser Wärmeausstrahlung muss eine entsprechende Luft- oder Wassermenge zur Verfügung stehen.

Weitere Nachteile dieses Systems sind noch darin zu erblicken, dass das Kolbengewicht entsprechend hoch ist, was eine höhere, schwingende Masse bedeutet.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun einen Zylinderkopf für Dieselmotor, indem dieser für die Verbrennung des Brennstoffes mit einem Brennraum ausgestattet ist, derart, dass die Einspritzung des Brennstoffes direkt in diesen Brennraum erfolgt, wobei die Vor- und Hauptverbrennung nicht mehr im Brennraum des Kolbens - was eine zusätzliche Kühlung mit Spritzöl zur Folge hat -, sondern im Brennraum im Zylinderkopf vor sich geht, wobei die durch das Einlassventil strömende Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, so dass die Kolbenkühlung als solche entfällt. Dazu wird ein gemäss den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs ausgebildeter Zylinderkopf angegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dieselbe anhand von Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht von oben auf den Zylinderkopf, im Massstab 1:1 gezeichnet, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf gemäss der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht von unten auf den Zylinderkopf gemäss der Fig. 1 und Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch den Zylinderkopf gemäss der Linie B-B in Fig. 3.

Der Zylinderkopf 1 gemäss den Fig. 1 bis 4 ist aus einem hiefür geeigneten Material gefertigt.

Der Zylinderkopf 1 besitzt die Bohrungen 2, 2', 2" und 2"' zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben, die hier nicht eingezeichnet sind. Diese dienen der Fixierung des Zylinderkopfes 1. Zur Aufnahme der Ventilstössel dienen die Bohrungen 3,3'. Der Schraubenkopfraum ist mit 4, 4', 4" und 4"' bezeichnet.

Der Ventilraum 5 dient zur Aufnahme des Einlassventils 9, während der Ventilraum 13 zur Aufnahme des Auslassventils 14 dient. Die beiden Bohrungen 6 und 6' dienen der Ventilführung. Die Aufnahmefläche für den Kipphebelbock ist mit 7 und der Zylinderkopfsitz mit 8 bezeichnet.

Durch das Hinuntergehen des Kolbens wird über die Einlassöffnung 12 Luft angesogen. Hierauf wird die angesogene Luft zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf 1 komprimiert. Über das Einspritzventil 11 wird der Brennstoff in den Brennraum 10 eingespritzt, und der Zündungsvorgang beginnt. Anschliessend erfolgt der Arbeitstakt. Das Ausblasen des verbrannten Brennstoff-Luftgemisches erfolgt über das Auslassventil 14.

Die Vor- und Hauptverbrennung findet in dem, im Zylinderkopf liegenden Brennraum 10 und nicht im Zylinder statt. Es hat sich gezeigt, dass in einem im Zylinderkopf angeordneten Brennraum für Dieselmotoren mit direkter Einspritzung und mit direkter Verbrennung die thermische Belastung des Kolbens viel kleiner ist, da die durch das Einlassventil angesaugte Luft die Kühlung des Brennraumes im Zylinderkopf unterstützt, wobei die Kolbenkühlung mit Spritzöl als solche entfällt. Die Restverbrennung erfolgt auf der flachen Kolbenfläche, und die Restwärme der Restverbrennung wird wie üblich über die Kolbenringe abgeleitet.

Anbetracht dessen, dass der Brennraum für Direkteinsprit **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.