DE1212350B

DE1212350B - Selbstzuendende luftverdichtende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1212350B
Application number: DEM53940A
Authority: DE
Inventors: Walter Steidler
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1962-08-18
Filing date: 1962-08-18
Publication date: 1966-03-10
Also published as: US3244158A; GB1014980A

Description

Selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer seitlich im Zylinderkopf untergebrachten Wirbelkammer, deren einseitige Überströmöffnung zum Zylinderraum sich in der Nähe des Zylinderumfanges in einer in den Zylinderkopf eingelassenen, in der Trennfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock liegenden Bodenplatte von geringer Wandstärke befindet, wobei eine Einspritzdüse in die Wirbelkammer mündet, deren Brennstoffstrahl durch die Wirbelkammer hindurch. auf den zwischen der Mitte der Bodenplatte und der überströmöffnung liegenden Bereich der Bodenplatte gerichtet ist, während mindestens eine Ausnehmung des Zylinderkopfbodens, deren Tiefe in der Nähe der Überströmöffnung größer als die Wandstärke der Bodenplatte ist, etwa vom mittleren Teil des Zylinderkopfbodens zu der überströmöffnung hin verläuft und in diese einmündet, wobei der Kolbenboden im wesentlichen eben ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Verbesserung der Gemischbildung mit dem Ziel, verbesserte Werte von Brennstoffverbrauch, mittlerem effektivem Druck und Abgastrübung zu erhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die der Einmündungsstelle gegenüberliegende Durchdringungskante, welche die überströmöffnung und die der Wirbelkammermittel zugewandte Oberseite der Bodenplatte miteinander bilden, weiter von der Trennfläche entfernt liegt als die mittlere Partie der Oberseite der Bodenplatte.
Dadurch wird die gegen Ende des Verdichtungshubes aus dem Raum zwischen dem Zylinderkopfboden und dem Kolbenboden durch die Ausnehmung in die Wirbelkammer hinein verdrängte Luft sich -an der Durchdringungskante ablösend auf ihrem Weg entlang der Oberseite der Bodenplatte verwirbelt und mit dem auf die Oberseite aufprallenden Brennstoff vermischt.
Es ist an Wirbelkammern, in denen beim Verdichtungshub eine in gleichbleibender Richtung verlaufende Luftdrehung erzeugt wird, bekannt, den die Wirbelkammer zum Zylinderraum hin begrenzenden Einsatz, der etwa die Hälfte der Wirbelkammerinnenwand einnimmt, mit einer Vielzahl von wirbelerzeugenden Kanten zu besetzen, welche die in der Wirbelkammer kreisende Verbrennungsluft -sämtlich passieren muß, bis sie zu der Auftreffstelle des Brennstoffstrahles am Einsatz gelangt. Diese Anordnung kann wegen der abweichenden Art .der Luftdrehung in der Wirbelkammer und der zahlreichen vorgesehenen Wirbelkanten im vorliegenden Fall keinen Hinweis für die Erfindung geben.
Eine einfache Herstellungsweise der Bodenplatte ergibt sich dadurch, daß die Oberseite der Bodenplatte die Form eines flachen Hohlkegels aufweist, dessen Spitze in der Mitte der Bodenplatte liegt und an dessen Umfang sich ein niedriger Rand anschließt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch die Wirbelkammer längs der Linie A-A in F i g. 2, F i g. 2 eine Ansicht auf den Zylinderkopfboden in Richtung des Pfeiles B in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch die Bodenplatte längs der Linie C-C in F i g. 2, F i g. 4 eine vergrößerte Darstellung der Wirbelkammer gemäß F i g. 1.
In dem Zylinderkopf 1 ist die Bodenplatte 2 eingesetzt, in der sich die überströmöffnung 3 befindet. Die überströmöffnung 3 kann wie in F i g. 2 gezeigt mit geraden Innen- und Seitenkanten und gebogener Außenkante und mit abgerundeten Ecken ausgeführt sein; es sind aber auch runde oder ovale Querschnittsformen, letztere entweder symmetrisch oder unsymmetrisch, verwendbar. Die Bodenplatte 2 sitzt mit Haftsitz im Zylinderkopf, wird aber noch zusätzlich dadurch festgehalten, daß sie auf der Zylinderkopfdichtung 4 aufliegt, die .durch den Zylinderblock 5 und die Zylinderlaufbüchse 6 an den ebenen Zylinderkopfboden 7 angepreßt wird. Die Wirbelkammer S ist in den Zylinderkopf 1 eingearbeitet. Sie wird von einer zylindrischen unteren Wandpartie 9 und einer oberen Wandpartie 10 begrenzt, welch letztere die Form einer Kugelkalotte mit dem Mittelpunkt 11 aufweist. Der Punkt 11 wird in dem hier betrachteten-Zusammenhang als Wirbelkammermittelpunkt angesehen. Durch eine Öffnung des Wandteiles 10 mündet die Einspritzdüse 12 in die Wirbelkammer 8, die etwas gegen die Achse 13 der Wandpartie 9 geneigt ist. In die Wirbelkammer 8 ragt die Glühkerze 14, die in dem hier gezeigten Beispiel eine Stabglühkerze ist. Die Wandpartien 9 und 10 sind direkt vom Kühlwasser bespült. Die Bodenplatte 2 nimmt, da sie nur eine verhältnismäßig kleine Berührungsfläche mit dem Zylinderkopf hat, in welcher der Wärmeübergang durch die dort vorhandene Materialtrennung erschwert ist, eine Temperatur an, bei welcher der auf sie auftreffende Brennstoff verdampft. Die Wände der Überströmöffnung 3 verlaufen bei dem hier dargestellten Beispiel parallel zur Achse 13 und zur Zylinderwand 15. Sie können aber auch leicht geneigt zu diesen Bezugslinien bzw. Flächen verlaufen. In den Zylinderkopfboden ist eine Ausnehmung 16 eingearbeitet, die sich von den in der Nähe der Zylindermitte 17 liegenden Ventiltaschen 18 allmählich tiefer werdend zur Bodenplatte 2 hin erstreckt, diese anschneidet und an der Stelle 19 in die 1Jberströmöffnung 3 einmündet. Die Tiefe der Ausnehmung 16 ist an der Stelle 19 größer als die Wandstärke der Bodenplatte, d. h., eine als Verlängerung des Bodens der Ausnehmung 16 gedachte Linie zielt über die Kante 20 in die Wirbelkammer B. Die Breite der Ausnehmung 16 ist kleiner als die Breite der Überströmöünung 3. Der Querschnitt der Öffnung 3 beträgt etwa 1/0o der Kolbenfläche, .doch kann dieser Wert erheblich nach oben und unten abweichen. Die Kante 20 entsteht als Durchdringungskante der Überströmöffnung 3 mit der Oberseite 21, welche letztere die Form eines flachen Kegelmantels besitzt, dessen Spitze 22 in der Mitte der Bodenplatte2 liegt. Die Kante 20. ist weiter von der durch die Zylinderkopfdichtung 4 gebildeten Trennfläche entfernt als die Spitze 22. Der Kegelwinkel a beträgt bei dem dargestellten Beispiel 170'. Die Oberseite 21 geht an ihrem Umfang mit einem Radius in einen niedrigen Rand 23 über. Der Innendurchmesser des Randes 23 fällt mit der zylindrischen Wandpartie 9 zusammen. Er kann aber auch etwas größer als der Innendurchmesser der Wandpartie 9 sein.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Wirbelkammeranordnungkannfolgendermaßenbeschrieben werden: Beim Hochgang des Kolbens 24 entsteht zunächst eine Luftverdrängung in die Wirbelkammer 8, die eine kreisende Luftbewegung etwa um den Mittelpunkt 11 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des eingezeichneten Pfeiles D erzeugt. Hat sich der ebene Boden 25 des Kolbens 24 dem Zylinderkopfboden 7 bis auf wenige Millimeter genähert, so entsteht durch die Verdrängung der zwischen Kolben-und Zylinderkopfboden eingeschlossenen Luft durchdie Ausnehmung 16 hindurch in die Wirbelkammer'8 eine sehr heftige Quetschströmung in Richtung des Pfeiles E, die sich wirbelnd an der Kante 20 ablöst und eine innige Vermischung des dort auf den heißen Boden aufprallenden, von diesem wieder abdampfenden Brennstoffes bewirkt. Die Entstehung der Quetschströmung und der Beginn der Brennstoffeinspritzung fallen zeitlich etwa zusammen, so daß die geschilderten Vorgänge in der Periode der Einleitung der Selbstzündung auftreten, die für den Verlauf der weiteren Verbrennung von entscheidender Bedeutung ist. Der Brennstöff wird in einem dicht geschlossenen Strahl (Nennspritzwinkel 0°) in den Bereich zwischen der Kante 20 und der Kegelspitze 22 dort auf die Bodenplatte gespritzt, wo die Wirbelbildung auf der Oberseite 21 der Bodenplatte 2 besonders intensiv ist. Die Temperatur des Einsatzes an dieser Stelle liegt über 350° C. Die Vorkammer 8 faßt bei der angegebenen Größe der überströmöffnung 3 etwa 60 % der Verbrennungsluft, wenn der Kolben im oberen Totpunkt steht.

Claims

Patentansprüche: 1. Selbstzündende luftverdichtende Brennkraft maschine mit einer seitlich im Zylinderkopf untergebrachten Wirbelkammer, deren einseitige überströmöffnung zum Zylinderraum sich in der Nähe des Zylinderumfanges in einer in den Zylinderkopf eingelassenen, in der Trennfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock liegenden Bodenplatte von geringer Wandstärke befindet, wobei eine Einspritzdüse in die Wirbelkammer mündet, deren Brennstoffstrahl durch die Wirbelkammer hindurch auf den zwischen der Mitte der Bodenplatte und der überströmöünung liegenden Bereich der Bodenplatte gerichtet ist, während mindestens eine Ausnehmung des Zylinderkopfbodens, deren Tiefe in der Nähe der überströmöffnung größer als die Wandstärke der Bodenplatte ist, etwa vom mittleren Teil des Zylinderkopfbodens zu der Überströmöffnung hin verläuft und in diese einmündet, wobei der Kolbenboden im wesentlichen eben ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die der Einmündungsstelle (19) gegenüberliegende Durchdringungskante (20), welche die überströmöffnung (3) und die derWirbelkammermitte (11) zugewandte Oberseite (21) der Bodenplatte (2) miteinander bilden,: weiter von der Trennfläche (4) entfernt liegt als die mittlere Partie (22) der Oberseite (21) der Bodenplatte (2). z. Brennkraftmaschine_ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (21) der Bodenplatte-(2) die Form eines flachen Hohlkegels auf: veist, dessen Spitze (22) in der Mitte derJBödenplatte (2) liegt und an dessen Umfang @ic Ti ein niedriger Rand (23) anschließt. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr.263106; französische Patentschrift Nr. 1211196; britische Patentschrift Nr. 901983.