DE1022415B

DE1022415B - Schnell laufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem, rotationskoerperaehnlichem Verbrennungsraum

Info

Publication number: DE1022415B
Application number: DEK26308A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Meurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-07-11
Filing date: 1955-07-11
Publication date: 1958-01-09

Description

Schnell laufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem, rotationskörperähnlichem Verbrennungsraum Die Erfindung bezieht sich auf einen schnell laufenden Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperähnlichem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Einspritzdüse, bei dem der Kraftstoff als dünner Film auf die Wandung des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wand allmählich abgelöst, vermischt und verbrannt wird, wie dies im Patent 865 683 näher be-,#chrieben ist.
Zweck der Erfindung ist die Anwendung der Lehre des Hauptpatentes auf eine andere Brenn raumform, welche eine gleichfalls günstige Zuordnung von filmartiger Wandauftragung des Kraftstoffes und rotierender Luftbewegung, jedoch unter Ausnutzung einer größeren Wandungsfläche gestattet.
Bei den üblichen Dieselmotorenbauartenwerden die verschiedenartigsten Brennraumformen und L ufthewegungem im Brennraum benutzt, jeweils mit dem stets gleichen Ziel, eine möglichst innige Vermischung <les bei der Einspritzung feinzerstäubten flüssigen Kraftstoffes mit der V°rbrennungsluft herbeizuführen. Unter diesen in vielfältigster Weise bekannten Brennraumformen ist beim Anwendungsbeispiel des Hauptpatentes, als für die Durchführung der Verfahrenslehre dieses Patentes besonders geeignet, von einem rotationskörperförmigen Brennraum Gebrauch gemacht worden, der beispielsweise Kugelgestalt hat und dem zur Ablösung des von der Wand aufdampfenden Kraftstoffilms eine um die Zylinderachse kreisende Luftbewegung zugeordnet ist. Die Wandauftragung des Kraftstoffes erfolgt nach dem Hauptpatent durch einen oder mehrere tangential auf die Brennraumwand gerichtete Kraftstoffstrahlen, die jeweils in geschlossener Strahlform bei kurzer freier Strahlweglänge auf die Wand gespritzt werden, wobei eine Zerstäubung des Kraftstoffes durch die gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einströmende Luft weitgehendst vermieden wird. Um eine möglichst hohe kinetische Drehenergie der Luftströmung zu erreichen, wird die Drehung der Luft bereits beim Einströmen derselben in den Zylinder durch geeignete Mittel, wie z. B. Schirmventil oder Drallkanal, bereits initial eingeleitet.
Wenn man nun bei der Brennraumform nach dem Hauptpatent Geschwindigkeits- und Massenverteilung der kreisenden Luftbewegung untersuchenderweise verfolgt, so stellt man fest, daß an der seitlichen oder äußeren gekrümmten Wandung sowohl die größte Geschwindigkeit der Luft herrscht als auch der prozentual größte Anteil der Luft vorbeistreicht. Durch die starke Drehung der Luft wird der Luftinhalt des Brennraumes in der entscheidenden Phase der Gemischbildung in Richtung auf die Brennraumwandung zu verdichtet, wodurch die Konzentration der Luft an der Brennraumwandung verstärkt wird. Es ist daher verständlich, daß bei der im Hauptpatent vorgegebenen Brennraumform die seitliche oder äußere Brennraumwandung die geeignetste Stelle ist, um den Kraftstoff filmartig aufzubringen.
Die vorliegende Zusatzerfindung gibt weitere -Mittel an. wie man gemäß den vorstehenden Erkenntnissen bei Vorhandensein einer dem Hauptpatent entsprechender Luftbewegung, jedoch bei anders ausgebildeter Brennraumform, die für den Gemischbildungseffekt entscheidenden Größen der filmartigen Auftragung des Kraftstoffes und kraftstoffdampfablösenden Luftströmung unter Ausnutzung einer größeren. Wandungsfläche einander besonders zweckmäßig zuordnen kann.
Die vorliegende Zusatzerfindung ist demgemäß gekennzeichnet durch einen an sich bekannten ringförmigen Brennraum, auf dessen Wandung mehrere Kraftstoffstrahlen bei jeweils kurzer freier Strahlweglänge und spitzem Auftreffwinkel in derart fächerartiger Verteilung gerichtet sind, daß eine Ausbreitung des Kraftstoffes in Filmform sowohl an der Innen- und Außenwand als auch am Boden des ringförmigen Brennraumes stattfindet. Bei Verwendung eines an sich bekannten muldenförmigen Ringbrennraumes ist dabei eine um die Zylinderachse kreisende Luftströmung wie beim Hauptpatent vorgesehen und die Einspritzdüse derart exzentrisch durch Zylinder- bzw. Brennrauminitte angeordnet, daß sie mit ihrer Düsenmündung am Rand des ringförmigen Brennraumes eingreift. Der Öffnungsrand kann dabei an der Stelle, wo die Düsenmündung eingreift. ausgebuchtet oder taschenartig erweitert sein.
Da die Ringform des Brennraumes eine Konzentration des Luftstromes sowohl an der Aulen- und Innenwand als auch am Boden des muldenförmigen Brennraumes gestattet, kann die Kraftstoffeinspritzung über die gesamte Ouerschnittsbreite der Wandungsfläche verteilt werden, wodurch sich eine besonders weitläufige Ausbreitung des Kraftstoffilms ergibt. Andererseits wird dieser Kraftstoffilm durch die auf die benetzten Wandungsstellen allseitig konzentrierte Luftmasse mit ausreichender Verdampfung sgeschwindigkeit abgelöst.
Eine besonders vorteilhafte Zuordnung von filmartiger Wandauftragung des Kraftstoffes und Luftdrehung ergibt sich nach einem weiteren :!Merkmal der Erfindung dadurch, daß man in dem muldenförmigen Ringbrennraum einen düsenartigen Durchgangsquerschnitt schafft, in dem eine besonders hohe Luftbewegung bewirkt wird, und daß die ganze Oberfläche dieses düsenartigen Querschnittes als filmartig vom Kraftstoff benetzte Fläche zur Verdampfung des Kraftstoffes herangezogen wird. Dies läßt sich anordnungsgemäß in der Weise erreichen, daß der ringförmige Brennraum exzentrisch zum Zylinderumfang in der Weise ausgebildet ist, daß sein Querschnitt auf einer Seite des Zylinders venturiartig verjüngt ist und sich nach der gegenüberliegenden Seite hin allmählich diffusorartig erweitert, wobei die filmartige Wandauftragung des Kraftstoffes auf der venturiartig verjüngten Brennraumseite erfolgt. Der Kraftstoff wird dabei so eingespritzt, daß die Auftreffstellen der auf die Wand gerichteten Kraftstoffstrahlen in solchem Abstand vor dem engsten Ouerschnitt des Brennraumes liegen, daß die Ausbreitung des Kraftstoffes in Filmform im wesentlichen im Bereich dieses engsten OOuerschnittes und dem daran anschließenden Wandungsbereich des sich diffusorartig erweiternden Brennraumes erfolgt.
Weiterhin kann erfindungsgemäß der ringförmige Brennraum auf der Seite, wo die Kraftstoffeinspritzung erfolgt, eine Randausbuchtung aufweisen. in welche die Mündung der Einspritzdüse eingreift. Durch diese Maßnahmen läßt sich im Bereich der filmartig benetzten Wandungsfläche eine sehr hohe Luftgeschwindigkeit erreichen, ohne daß hierdurch, bei Einhaltung einer entsprechenden Bremiraumtiefe, die Ausbreitungsfläche für den Kraftstoffilm verringert wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei zeigt Fig.1 einen ringförmigen Brennraum gemäß der Erfindung, der im Kolben angeordnet und exzentrisch ausgebildet ist, in. Draufsicht auf Fig. 2_ Fig.2 einen Längsschnitt durch Brennraum und Kolben von Fig. 1 nach der Linie II-II von Fig. 1.
In der Kolbenkrone 1 a des Kolbens 1 ist ein ringförmiger Brennraum 2 eingeschnitten, der muldenförmig ausgebildet ist. Der Brennraum 2 ist, bezogen auf die Kolbenachse x--r_, in der Weise exzentrisch ausgebildet, daß er sich auf der rechten Seite von Fig. 1 venturiartig verjüngt und nach der linken Seite hin difftisorartig erweitert. Die engste Querschnittsstelle liegt demgemäß rechts hei 3, und die «-eiteste Ouerschnittsstelle liegt links bei 4. Die in Richtung des Pfeiles 5 im Brennraum kreisende Luftbewegung wird also im Ouersclin itt 3 eine maximale Geschwindigkeit erreichen.
Dem Querschnittsbereich 3 der maximalen Luftdrehung ist erfindungsgemäß die filmartige Wandauftragung des Kraftstoffes in Richtung dieser Luftdrehung in folgender Weise zugeordnet: Die in Fig. 2 angedeutete Einspritzdüse 6 ist im Bereich der querschnittsmäßigen -Verjüngung des Ringbrennraumes 2 so angeordnet. daß ihre Mündung 6 a., bezogen auf den Luftdrehungssinn, im Einspritzzeitpunkt vor der engsten Ouerschnittsstelle 3 liegt und dort in eine Ausbuchtung 7 am äußeren Öffnungsrand der Brennraumwand eingreift, um günstige Voraussetzungen für die filmartige Wandauftragung des Kraftstoffes zu schaffen. Die Düsenmündung 6a kann dabei um einen Winkel von 15 bis 60° gegenüber der engsten Stelle 3 vorversetzt sein. Von der Düsenmündung 6 a «erden nach der engsten Querschnittsstelle 3 hin unter spitzen Auftreffwinkeln und bei kurzer freier Strahlweglänge Kraftstoffstrahlen 8, 9 (die Anzahl ist nur beispielhaft zu werten) auf die Wandung des ringförmigen Brennraumes 2 aufgetragen, so daß der wandaufgetragene Kraftstoff sich im Bereich des engsten Ouerschnittes 3 als dünner Kraftstoffilm ausbreitet. Die Strahlrichtungen sind dabei zweckmäßig so gewählt, daß von dem sich ausbreitenden Kraftstoffilm die gesamte Wandungsoberfläche des engsten Querschnittes 3 sowie mindestens ein größerer Wandungsteil der nachfolgenden Brennraumerweiterung von der Benetzung erfaßt wird. Die Auftreffstellen der Kraftstoffstrahlen 8, 9 sind in Fig. 1 unter 10, 11 angedeutet, während die vom Kraftstoff benetzten Flächen in schematischer Andeutung mit 12, 13 bezeichnet sind. Wie aus Fig. 1 zu ersehen, kann beispielsweise die benetzte Fläche 12 durch einen Kraftstoffstrahl 10 erzeugt werden, der radial und nach einwärts an der Rundung 14 entlangschießend nahezu um 180° umgelenkt wird und dadurch auch die Innenfläche 15 der Ringraummulde 2 für die Kraftstoffbenetzung mit heranzieht. Die äußere, im Bereich des engsten Querschnittes 3 benetzte Brennraurnwandungsfläche 16 wird im Beispiel (Fig.l und 2) durch den Kraftstoffstrahl 9, der entsprechend zur Ringkammerwand gerichtet ist. benetzend erfaßt.
Bei der Ringkaminerbrennraumform nach Fig.1 und 2 ist die exzentrische Aufweitung und Verengung der Bretinraummulde geometrisch in der Weise bestimmt, daß die Innenwandung der ringförmigen Brennraummulde zentrisch und die Außenwandung exzentrisch zur Kolbenachse x-.r verläuft. Dies ist jedoch nicht unbedingt in dieser Weise erforderlich, sondern der Ringkammerbrennraum kann gegebenenfalls auch in seiner Gesamtheit, d. b. auch noch mit seiner Innenwandung. gegenüber der Kolbenachse exzentrisch versetzt sein.
Die Luftdrehung 5 kann in bekannter Weise durch Anordnung eines (hierin nicht weiter gezeigten) Drallkanals oder anderer geeigneter Mittel, wie z. B. Schirmventil, erzeugt werden.
Der Ringbrennraum kann, wie schon erwähnt. sowohl im Kolben als auch im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schnell laufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem, rotationskörperä hnlichem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Einspritzdüse, bei dem der Kraftstoff als dünner Film auf die Wandung des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wand allmählich abgelöst, vermischt und verbrannt wird, nach Patent 865 683, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten ringförmigen Brennraum (2), auf dessen Wandung mehrere Kraftstoffstrahlen (9, 10) bei jeweils kurzer freier Strahlweglänge und spitzem Auftreffwinkel in derart fächerartiger Verteilung gerichtet sind, daß eine Ausbreitung des Kraftstoffes in Filmform (12, 13) sowohl an der Innen- und Außenwand als auch am Boden des ringförmigen Brennraumes stattfindet.
2. Schnell laufender Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Brennraum (2) exzentrisch zum Zylinderumfang in der Weise ausgebildet ist, daß sein Querschnitt auf einer Seite des Zylinders venturiartig verjüngt ist (3) und sich nach der gegenüberliegenden Seite hin allmählich diffusorartig erweitert (4), wobei die filmartige Wandauftragung des Kraftstoffes auf der venturiartig verjüngten Brennraumseite (3) erfolgt.
3. Schnell laufender Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffstellen (10, 11) der auf die Wand gerichteten Kraftstoffstrahlen (8, 9) in solchem Abstand vor dem engsten Querschnitt (3) des Brennraumes (2) liegen, daß die Ausbreitung des Kraftstoffes in Filmform (12, 13) im wesentlichen im Bereich dieses engsten Querschnittes (3) und dem daran anschließenden Wandungsbereich des sich diffusorartig erweiternden Brennraumes erfolgt.
4. Schnell laufender Dieselmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Brennraum (2) auf der Seite, wo die Kraftstoffeinspritzung erfolgt, eine Randausbuchtung (7) aufweist, in welche die Mündung (6 a) der Einspritzdüse (6) eingreift. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Ni-. 478 930; österreichische Patentschrift Nr. 143 553; britische Patentschriften Nr. 241529, 266 319, 554093.