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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.
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PATENT CLAIM
Cylinder head for a diesel engine, characterized in that it is equipped with a combustion chamber for the combustion of the fuel, in such a way that the fuel is injected directly into this combustion chamber, the pre-combustion and main combustion no longer being in the combustion chamber of the piston, which means additional cooling with spray oil, but instead takes place in the combustion chamber in the cylinder head, with the air flowing through the intake valve supporting the cooling of the combustion chamber in the cylinder head, thus eliminating the actual piston cooling as such.
The present invention relates to a cylinder head with a combustion chamber for a diesel engine with direct injection of the fuel for direct combustion of the same in this combustion chamber.
It is known that in diesel injection engines, the fuel is injected under high hydraulic pressure from the fuel pump directly into the cylinder, where the compression and combustion of the fuel takes place with subsequent expansion. The fuel valve is designed partly as an open, partly as a closed nozzle which is closed off from the combustion chamber by a needle in order to prevent dripping.
In many cases, a single nozzle with a swirl insert is used instead of a multi-hole nozzle, which gives the fuel a circular movement, which supports atomization.
In the pre-chamber machines, the fuel is not injected into the actual combustion chamber of the cylinder, but first into a small pre-chamber, which is connected to the combustion chamber through a narrow channel or through a channel system.
According to British Patent GB-A 2016 594, a combustion chamber for internal combustion engines is known which is connected to a prechamber, with no direct injection of the fuel into the actual combustion chamber. The fuel is injected into the prechamber. The piston crown is not flat, but has a step-like design and is covered with a step-shaped insulating body for the purpose of thermal insulation of the combustion chamber. In addition, an additional air space is designed, which protrudes beyond the piston crown and which has the task of providing additional thermal insulation. The purpose of this device is now to obtain heat, not to dissipate it. Thus, this device is not a real combustion chamber in the cylinder head and in relation to the space of the cylinder.
The prechamber heats the cylinder tube unnecessarily and only locally, which must be considered a disadvantage. The combustion and prechamber disclosed in the mentioned patent also require a piston configuration with more weight, greater heat dissipation, which in turn entails higher piston cooling.
The patent DE-A 2913 763 discloses a 4-stroke, top-controlled reciprocating piston internal combustion engine for Otto engines, which does not disclose any direct injection of the fuel into a combustion chamber located in the cylinder head. The combustion chamber, which is also referred to as a bowl, is wholly or partly formed in the piston crown.
The disadvantages of the previously known diesel injection engines, in which the fuel is injected directly into the piston, where the fuel is burned, are among others. to see in it that spray oil must be used to support the piston cooling, but nevertheless high temperatures of the piston can be determined. The thermal load on the piston and the heat radiation to the outside are relatively high.
A corresponding amount of air or water must be available to absorb this heat radiation.
Further disadvantages of this system can be seen in the fact that the piston weight is correspondingly high, which means a higher, vibrating mass.
The present invention now aims at a cylinder head for a diesel engine, in that it is equipped for the combustion of the fuel with a combustion chamber such that the fuel is injected directly into this combustion chamber, the pre-combustion and main combustion no longer in the combustion chamber of the piston - what additional cooling with spray oil results - but takes place in the combustion chamber in the cylinder head, whereby the air flowing through the intake valve supports the cooling of the combustion chamber in the cylinder head, so that piston cooling as such is not required. For this purpose, a cylinder head designed according to the features of the characterizing part of the patent claim is specified.
For a better understanding of the invention, the same will be explained for example with reference to drawings.
Show it:
1 is a top view of the cylinder head, drawn on a scale of 1: 1,
2 shows a longitudinal section through the cylinder head along the line A-A in FIG. 1,
Fig. 3 is a plan view from below of the cylinder head according to FIGS. 1 and
4 shows a partial longitudinal section through the cylinder head according to line B-B in FIG. 3.
The cylinder head 1 according to FIGS. 1 to 4 is made of a suitable material.
The cylinder head 1 has the bores 2, 2 ', 2 "and 2"' for receiving the cylinder head screws, which are not shown here. These serve to fix the cylinder head 1. The bores 3, 3 'serve to receive the valve tappets. The screw head space is designated 4, 4 ', 4 "and 4"'.
The valve chamber 5 serves to receive the inlet valve 9, while the valve chamber 13 serves to accommodate the outlet valve 14. The two bores 6 and 6 'serve to guide the valve. The receiving surface for the rocker arm bracket is designated 7 and the cylinder head seat 8.
As the piston descends, air is drawn in via the inlet opening 12. The sucked-in air is then compressed between the piston crown and the cylinder head 1. The fuel is injected into the combustion chamber 10 via the injection valve 11, and the ignition process begins. The work cycle then follows. The burned-out fuel-air mixture is blown out via the outlet valve 14.
The pre- and main combustion takes place in the combustion chamber 10 located in the cylinder head and not in the cylinder. It has been shown that in a combustion chamber arranged in the cylinder head for diesel engines with direct injection and with direct combustion, the thermal load on the piston is much lower, since the air drawn in through the intake valve supports the cooling of the combustion chamber in the cylinder head, the piston cooling with spray oil as such does not apply. The residual combustion takes place on the flat piston surface, and the residual heat from the residual combustion is dissipated as usual via the piston rings.
Considering that the combustion chamber for direct fuel
is arranged in the cylinder head, the piston must be made with a smaller height, which is associated with a weight saving. The smaller piston weight also means that there is less vibrating mass, so that the engine runs more smoothly.
The heat radiation from the cylinder is increasingly reduced, and the heat dissipation is therefore concentrated on the cylinder head 1.
It must be seen as a major advance that the otherwise common oil cooling system with spray oil for the piston is no longer required compared to systems. where the main combustion of the fuel takes place in the piston.