DE1526325A1 - Vorkammer-Dieselmaschine - Google Patents

Description

Patentanmeldung 9· Oktober I964 Anmelderint Adam Opel Aktiengesellschaft, Rüsselsheim/Hessen Vorkammer - Dieselmasohine

Sie Erfindung betrifft eine Dieselmaschine, deren Hauptbrennraum über einen Verbindungekanal mit einer die Einspritzdüse enthaltenden Vorkammer verbunden iet. Es ist bekannt, bei solchen Vorkamraer-Dieselmaachinsn die Einspritzdüse, die Vorkammer und den Verbindungskanal fluchtend zueinander anzuordnen. Auch ist es bekannt, innerhalb der Vorkammer Einsatzkörper oder Prallkörper vorzusehen, um den Verbrennungsvorgang günstig zu beeinflussen und um das unangenehme "Nageln" der Dieselmaschine abzuschwächen. Schließlich ist es bekannt, den Verbindung«kanal zylindrisch oder konisch auszubilden und die Einlaufeteilen sowohl auf der Seit· der Vorkammer ale auch auf der Seite dee Hauptbrennraumes abzurunden. Bei konisch ausgebildeten Verbindungskanälen erweitern sich diese in Richtung zum Hauptbrennraum, wobei die Übertritte in die Vorkammer und in den Hauptbrennraum abgerundet sind. Man beabsichtigt hierbei offensichtlich, die Oberströmverluste in beiden Richtungen, vor allem aber aus der Vorkammer in Richtung des Hauptbrennraumes mögliohst klein zu halten, damit ein schnelles Pullen und Entleeren der Vorkammer gewährleistet wird.

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Es 1st ferner bekannt, diffueorähnliche Ringkanäle mit kleinem Winkel, die sioh auch zur Vorkammer hin erweitern, vorzusehen. Derartige Ringkanäle besitzen eine sehr große Oberfläche, wodurch erhebliche Reibungsverluste entstehen. Bei einer anderen bekannten Ausführung mit %ngkanal werden durch Einbau von drallerzeugenden Stegen die Verluste beim Gaswechsel erhöht. Demgegenüber geht die Erfindung von der grundlegenden Erkenntnis aus, daß die Leistung einer Diesel-Maschine dadurch wesentlich gesteigert werden kann, indem der Eintritt des Luftstromes in die Vorkammer bevorzugt erleichtert wird, während der Austritt der teilverbrannten Gase in den Hauptbrennraum mit einer ausgeprägt starken Wirbelung verbunden ist.

Die Erfindung hat sich daher hauptsächlich dia Aufgabe gestellt, den sich konisch zur Vorkammer hin erweiternden Verbindungekanal so auszubilden, daß mit Sicherheit eine Ablösung des in die Vorkammer einströmenden Luftstromes vermieden wird« Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, den Verbindungskanal als ein in Riohtung zur Vorkammer sich erweiterndes zentrales Venturirohr mit einem Diffusor-Winkel von maximal 12° auszubilden und den Verbindungekanal auf der Eintrittsseite des Luftstromes abzurunden.

Die Erfindung verzichtet bewußt auf einen erleichterten Gasaustritt aus der Vorkammer, um die unverbrannten Brennstoffteile des Vorkammerinhaltes mit der Luft des Hauptbrennraumes besondere intensiv zu durchmischen. Die höheren Strömungsverluste beim Austritt des Vorkammerinhaltes werden durch die Erfindung durch erhöht· Nutz-

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leistung mehr al« autgeglichen.

Zur vetteren Verbesserung der vorgenannten Wirkungen wird nach der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß die Länge des Tenturirohres mindestens des dreifaohen kleinsten Durchmesser entspricht. Sie Erfindung sehlägt weiterhin vor, innerhalb der Vorkammer einen Prallkörper «anordnen, dessen Stege für die aus den Bauptbrennraum strömenden Oase strömungegünstig ausgebildet sind· Dieser Prallkörper verhindert das OegeneinanderstrÖBen von Luft- und Brennstoff, was βloh besonders bei relativ kursen Vorkammern nachteilig auswirkt* Wie eich geseigt hat, stellt ein Prallkörper für die aus dem Hauptbrennraum eintretende Luft kaum einen so nennenswerten Widerstand dar» wie gemeinhin angenommen wird· Zusätslioh sind die Stege des Prallkörpers stromlinienförmig bestiglioh des Lufteintrittes in die Vorkammer ausgebildet· Gleichseitig ist auoh die dem Venturirohr sugekehrte Seite des Prallkörpers strömungsgünatig ausgebildet, ebenso ist der Abstand des Prallkörpere vom Venturiaustritt groß genug, um unerwünschte Drosselung beim Strömen in die Vorkammer su vermeiden. Zur verlustarmen Umlenkung der Luft ist, wie an sich bekannt, die dem Vorkammermund gegenüberliegende, düsenseitige Begrensungswand der Vorkammer gewölbt bis halbkugelig ausgeführt.

In Verbindung mit den eingangs geschilderten Zusammenhängen wird ferner vorgeschlagen, daB außerhalb des Verbindungskanales auf der Vorkammerseite Wirbelkanten, βohroffβ Qierschnitteänderungen und/oder soharfe Ualenkungen vorsusehen sind, die im wesentlichen nur beim Ausströmen des Vorkammerinhaltes in den Bauptbrennraum hemmend wirken· So sind s.B. scharfe Kanten am erweiterten Ende des Verbindungskanales. oder in dessen Nähe nicht störend für die Einströmung, dagegen stark

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wirbelbildend beim Austritt aus der Vorkammer. Ebenso ist, wie bereits oben erwähnt, die Prallplatte· beim Eintritt der Luft nur in geringe« Maße hemmend, dagegen wirkt sich die dadurch hervorgerufene scharfe Umlenkung, und plötzliche Querschnittsänderung beim Austritt der teilverbrannten Gase stark wirbelbildend aus. Je nach Art und Größe der Vorkammer kann es sich als zweckmäßig erweisen von der einen oder anderen oder auch mehreren Möglichkeiten der Wirbelbildung Gebrauch zu machen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus einer nun folgenden Beschreibung einiger AusfUhrungsbeispiele der Erfindung.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Zylinderkopf es, der die Anordnung einer Vorkammer und des Verbindungekanals zeigt.

,Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere AusfUhrungsform einer Vorkammer und Verbindungskanal.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorkammer mit Prallkörper und Verbindungskanal.

Fig. h einen Schnitt entlang Linie k-k in Fig. 3. Fig. 5 einen Querschnitt entlang Linie 5-5 in Fig. 3

Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 3.

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein abgeändertes Ausführungsbeispiel einer Vorkammer mit Prallkörper und Verbindungekanal.

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Flg. θ einen Sohnitt entlang Linie Θ-8 in Flg. 7. Pig. 9 einen Schnitt entlang Linie 9-9 in Fig. 7.

Funktionell ähnliche oder gleiohe Teile sind in der folgenden Beschreibung mit den gleichen Bezugszeiohen belegt.

In Fig* 1 stellt 10 einen Teil eines Zylinderkopfes dar. Er kann beispielsweise für Motore mit hängenden und längs zur Kurbelwelle angeordneten Ein- und Auslaßventilen verwendet werden. Die Räume des Kühlwassermantels sind mit 11 bezeichnet. Zwisohen Zylinderkopf 10 und Zylinderblock 12 ist eine Dichtung 13 vorgesehen. 14 iet der Kolben, 15 der Hauptbrennraum, 16 der Verbindungekanal, 17 die Vorkammer und 18 der Einspritzdüsenkörper mit Düsenhalter 20. EinspritzdüsenkÖrper 18, Vorkammer 17 und Verbindungekanal 16 sind fluchtend zueinander angeordnet. Ihre gemeinsame Längsaohse 25 ist unter einem Hnkelo6 von ca. 15° zur Zylinderachse 26 geneigt. Im einzelnen besteht die Vorkammer 17 aus zwei Teilen 17a, 17b, deren Trennfläche mit 27 bezeichnet ist. Der untere Teil 17a und der Verbindungskanal 16 bestehen aus eine» Stück. Der Teil 17a sitst in den Bohrungen 50 und 31 des Zylinderkopfes 10. Der obere Teil 17b ruht in der Bohrung 31· Oberer und unterer Teil 17a, 17b bilden die Vorkammer 17ο

Der untere Teil 35 des Einspri'tzdüsenkörpers 18 sitzt in einer Bohrung de» Teiles 17b, wobei stirnseitig eine Wämesohutz-Diohtung 21 zwischen Einspritzdüsenkörper 18 und Vorkammeroberteil 17b eingeschaltet ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich der Austritt 37 aus der Einspritzdüse unmittelbar vor dem Einspritzkanal 38 in Teil 17b befindet. Der obere Teil 59 des Einspritzdüeenkörpers 18 besitzt ein Außengewinde 40, das in eine Gewindebuchse 41 eingeschraubt ist. Die Gewindebuchse 41 ist ihrerseits in ein Gewinde 42 der Bohrung 43 des Zylinderkopfe· 10 eingeschraubt. Beim Einschrauben der Gewindebuchse 41 wird der Teil 17b in der Bohrung 31 festgelegt, und die Dichtung 44 zusamaen-

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gepreßt. Die Gewindebuchse 41 läßt sich mittels eines in der Zeichnung nicht erkennbaren Schlitzes, bzw. eines Vier- oder Sechekants am Bund 45

ein- und ausschrauben.

Seitlich der Vorkammer 17 ist als Anlaßhilfe ein Glühstift 46 angeordnet* - Er besteht aus einer GtUhspitze 47, einem Schaftteil 48 und einem Anschlußgewinde 49 sowie Kontaktschraube 50 zum Befestigen eines nicht dargestelltei elektrischen Kabels. Im Zylinderkopf 10 sind konzentrisch zueinander Bohrungen 51,52 vorgesehen, deren Durchmesser denen der GlUhspitze 47 bzw. des Schaftteiles 48 entsprechen. Das Anschlußgewinde 49 ^des GlUhst±ftes46 ist in die Gewindebohrung 53 im Zylinderkopf 10 eingeschraubt. Damit die Glühspitze 47 in die Vorkammer V ragen kann , hat der Vorkammerunterteil 17a eine Aussparung 54.

Bei der Ausführungsform des Zylinderkopfes nach Fig. 1 hat die Vorkammer eine zur Einspritzdüse 37 hin sich verringernde konische Form. Der Verbindungskanal 16 stellt ein Venturirohr dar. Eg erweitert sich in Richtung auf die Vorkammer 17 hin. Sein Diffusorwinkel P beträgt höchstens 12° . Die Länge des Verbindungskanals 16 bzw. Venturirohres entspricht mindestens dem dreifachen Wert des kleinsten Durchmessers d des Venturirohres. Im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel beträgt die Länge des Verbindungskanals 16 das 3 1/2-fache des kleinsten Durchmessers d und der Diffusorwinkel 10° .

Die Abrundung 55 dos Venturirohres läßt sich nach den bekannten Regeln zur Ermittlung einer möglichst störungsfreien und damit verlustarmen Strömung berechnen*

Der Verbindungskanal 16 ragt ein Stück in die Vorkammer 17 hinein, sodaß ein Hingkanal 60 im unteren Teil 17a gebildet wird. Die Außenwand 61 des Ringkanals 60 geht in die Innenwand der Vorkammer 17 über, die ihrerseits eine zur Einspritzdüse 37 hin sich verringernde konische und längliche Form mit halbkugeligem Abschluß 56 bildet. Die Innenwand 62 des Ring-

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kanal· 60 schneidet Bit der Eben· 63 dee Verbindungskanals 16 ohne Abrundmnf ab, wodurch «wei Wirbelkanten 65,66 «ntat«h«n· ti· bereit· eingang« geaohlldert, wird der Eintritt der Luft in die Vorka«sr 17 durch die Venturigeetalt de· Verbindungekanal· 16 bevorsugt erleichtert, der Auetritt dagegen erschwert. Zue&tslioh wird beim Austritt au* Zwecke der innigen Veraiaohung der nur teilverbrannten Teile de· eingespritsten Kraftstoff·· eine intensive Durohvlrbelung durch den Ringkanal 60 und die Wirbelkanten 65*66 ersielt· Die Strömung der in die Vorkammer eintretenden und an der gewölbten Süokwand 56 umgelenkten Luft i«t durch Pfeile an gestrichelten Linien dargestellt. Die Luft bildet dadurch eine Wirbelwalse 57· FQr diese Art der Luftwaise wird eine in einen Kegelmantel ohne Kernetrehl spritsende Düse berorsugt, dargestellt durch Pfeile an den strichpunktierten Linien 59·

Ib Aueführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Vorkammer 17 kugelig ausgebildet« Der Verbindungekanal 16 ist, um einen besonders kleinen und daher günstigen Liffusorwinkel su erhalten, besonders lang ausgebildet. In Beispiel nach Figur 2 betrügt seine Länge etwa den sechsfachen Wert des Durchaessers d. Die Wirbelkanten 66 und 72 werden gebildet durch den soharfen übergang swisohen Verbindungskanal 16 und der kugeligen Vorkaaaer 17 und einen umlaufenden Wulst 73« der in die Wirbelkante 72 ausläuft* Auch hier sind Luft-Wirbelwalse 57 und DUseneinspritsstrahl 58, wie in Fig. 1, •ingeseiohnet. Statt einer Flachdichtung (44 in Fig. 1) ist bei dieser Ausführung eine Radialdichtung 74 ⁱⁿ Fora eine· eingewalzten Kupferringeβ vorgesehen, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, daß die einteilig ausgebildet te Vorkaaaer 17 auf die Auflagefläche 73 geprefit wird·

Mit den Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 bis 6 soll eine bein Dieselverfahren allgemein geaaohte Erfahrung auf die besondere Vorkaamerausführung nach der Erfindung übertragen werden. Danach sollte es bei kursen Spritslängen vermieden werden, den ,Kraftstoffstrahl direkt gegen

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die Luftbewegung zu spritzen, nicht nur um dia DUae thermisch zu ent- .„., laatan, sondern auch um die Zersta'ubungsgUtt des Kraftatoffae durch das Qegeneinanderströmen von Luft und Kraftstoff nicht zu beeinfluaaen. Aus diesen Gründen wird bei den AuafUhrungsbeispielen nach den Figuren 1 und der Düsenstrahl ale Kegelmantel ohne Kernstrahl bevorsugt. Im folgenden wird ein Prallkörper 80 symmetrisch eur LKngsaohae 25 vorgesehen. Die dem Verbindungskanal zugekehrte Seite 81 des Prallkörpers 8o ist strömungsgUnstig ohne Wirbelkanten ausgebildet und bietet demzufolge der einströmenden Luft einen möglichst geringen Widerstand· Die der Einspritzdüse 18 zugekehrte) Seite 82 ist im wesentlichen flach ausgebildet. Der Prallkörper 80 hängt an zwei Stegen 83,84, die mit Einschubleisten 85,86 verbunden sind. Die Einschubleisten 85,86 sind in gegenüberliegenden Nuten 87,88 (Fig. 5) des unteren feiles 17a der Vorkammer eingeschoben und liegen auf den Grundflächen 89,90 der Nuten 87,88 auf. Die Einschubleiaten 85,86 sind der jeweiligen Form des Vorkammerinnenraumes angepasst und schneiden mit der Trennflache 27 ab. Die Stege 83,84 sind für die aus dem Hauptbrennraum strömenden Gas· strömungsgUnstig ausgebildet, (β. Kanten 106 in Stromlinienform in Fig. 6). Die Stege &$,8k gehen ferner entlang der Bogen 91*92 in die Ebene 82 des

Prallkörperβ 80 über. Die Einschubleiste 86 ist.in vorliegendem Fall, bei '

bei 93 abgeschnitten dem der GlUhstift 46 und die Leiste in der gleichen Ebene liegen, sodaßV ein Spalt 94 entsteht, durch den die Glühspitze 47 in die Vorkammer 17 ragt.

In der Ebene 63 des Verbindungekanals 16 und innerhalb des Ringkanals 95

befinden sich die Wirbelkanten 65 und 66. Sie sind so angeordnet, daß sie nur bei Ausströmen des Vorkammerinhaltes hemmend wirken.

Die einströmend· Luft wird nach Passieren des Verbindungskanals 16 durch den Prallkörper 80 zur Vorkammerwand hin aufsteigend umgelenkt. Durch die Führung

der gewölbten Flächen 56 entsteht eine Luft-Wirbelwalze 96, die im Gegensatz au der in den Figuren 1 und 2 im umgekehrten Sinne rotiert.

In diese kann nun der Düsenstrahl 97 als scharfer Hittelstrahl in Richtung

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der Luftbewegung eingespritzt warden· Auch bei Fig. 3 wird «int Radialdichtung 74 verwendet, wodurch beide Vorkaimerteile 17a und 17b Über die Trennebene 27 hinweg entweder auf die Auflagefläche 75 oder auf die Konuaflüche 98 gepreaat werden.
Auch das Ausftlhrungebeiepiel nach den Figuren 7-9 verwendet einen Prall-

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körper 80. Dw Prallkörper 80 besitzt ein symmetrisch «ur Mittelachse 25 angeordnetes Loch 100, das im wesentlichen der.Abstimmung des Lauf- und Anlaß-Verhaltens der Maschine dient.

Je kleiner der Durchmesser des Loches 100 ist, desto ruhiger ist der Lauf der Maschine. Andererseits erleiohtert das Loch das Anspringen der Masohine bei KKIte.

Auch beim vorliegenden Ausflihrungsbeispiel sind die Stege 85 und 86 für die aus dem Hauptbrennraum strömenden Oase strömungs|Unetig ausgebildet, (β. Kanten in Stromlinienform IO6 in Fig. 9). Die Kanten 101 folgen der kugeligen Innenfläche der Vorkammer 17« Das gleiche gilt für die der Einspritzdüse zugekehrten Seite 102 des Prallkörpers 8o,Yor dem Hingkanal zwischen dem Prallkörper 80 und der Ebene 63 befinden' eich die Wirbelkanten 65 und 66. Durch den Wulst 10^ wird eine weitere Wirbelkante 105 gebildet.

In Fig. 8 sind die Luftwirbelwalze wiederum mit 96 und o>r Düsenstrahl mit 97 bezeichnet.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Dieselmasohine, deren Hauptbrennraum über einen Verbindungekanal mit einer die Einspritzdüse enthaltenden Vorkammer verbunden ist und wobei Einspritzdüse, Vorkammer und Verbindungkanal fluchtend zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß der Verbindungskanal (16) als ein in Richtung zur Vorkammer (17) sich erweiterndes Venturirohr mit einem Diffusorwinkel β von höohstens 12 ausgebildet ist, und auf der Sintrittsseite eine Rundung (55) aufweist.

   2. Dieselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Venturirohrea mindestens dem dreifachen kleinsten Durchmesser (d) entspricht.

   3. Dieselmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Vorkammer ein Prallkörper (86) befindet, dessen Stege (83,84 in Fig. 3 und Fig.7) für die aus dem Hauptbrennraum(15) strömende Luft strömungagünstig ausgebildet sind.

   h* Dieselmaachine nach den Ansprüchen 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der in die Vorkammer einströmenden Luft gesehen

   co hinter dem Verbindungskanal (16) Wirbelkanten, schroffe Querschnitts-

   lsi änderungen, scharfe U»)$nkungen (65_t66 in Fig. 1,3 und 8 und 66,72

   in Fig,2) vorgesehen sind, die im wesentlichen nur bei Ausströmen

   des Vorkammerinhaltes in den Hauptbrennraum (15) hemmend und wirbelbildend wirken*

   5. Dieaelmaaohine nach den Ansprüchen 1 bis 4, daduroh gekennseiohnet, daß sioh die Wi£belkanten, schroffen QuerschnittMnderungen, scharfen

   Umlenkungen (65,66,72), in dem Hingraum(95 und 103) »wischen Prall-

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   körper (δθ) und dem Verbindungekanal (16) befinden·

   6. Dieeelnaechine nach den Ansprüchen 1 bie 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (8o) auf der dem Verbindungskanal (16) zugekehrten Seite etröfflungsgünstig auegebildet ist.

   7« Dieselmaachine nach den Ansprüchen 1 bie 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verbindungskanal (16) gegenüberliegende, dUeenseitige Begrensungswand (56) der Vorkammer (1?) gewölbt bis halbkugelig ausgeführt i»et H*

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