DE1576023A1

DE1576023A1 - Verbrennungsmotor mit Verdichtungszuendung

Info

Publication number: DE1576023A1
Application number: DE19671576023
Authority: DE
Inventors: Panikkar Mathoor Sankara Raman; John Spiers
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1966-08-11
Filing date: 1967-08-10
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1192919A; US3456627A; ES344003A1

Description

Patentanwälte 1 O /6023

Dr.-Ing. von Kreisler Dr.-Ing. Schönwold
Dr.-Ing. Th. Μ·"/?γ Or. Fues
Köln, Deichrncjnnlic'js

9 .8.1967 B/Se

Perkins Engines Limited,

j5j) Davies Street... Lenden W.L. England

Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung,

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmeter mit tferdichtungszündung.

Es ist vorgeschlagen werden, die Zündung der Brennstoffcharge in einem Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung in einer Vorverbrennungskammer zu bewirken., die mit dem zugehörigen Zylinder durch einen verengten Durchlaß cder eine Auskehlung verbunden ist. Die Vollständigkeit der Verbrennung und damit die abgegebene Leistung und das abgegebene Drehmoment, sci/ie die Rauchentwicklung in seichen Motoren sind u-a, vcn der Art der Durchwirbelung der kcmprimierten gasförmigen Charge unmittelbar vor und nach dem Einspritzen des Brennstoffs in die Vcrderdicht'.inPjEkarnmer abhängig,

BAD ORiGtNAL -2-

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'Jm die Bildung solcher Vcrverbrennungskammern in Motorzylinderköpfen zu vereinfachen, ist vorgeschlagen worden, die Kammern aus einer Bohrung zu bilden, die am einen Ende durch das Metall des Zylinderkcpfes und am anderen Ende durch einen einsetztaren Flammenteller verschlossen ist, Kelcher die untere Viand oder den Eoden der Vcrverbrennungskammer bildet.

Die Ausbildung des Flammentellers hat eine beträchtliche Wirkung auf die Durchwirbelung der Charge, Gegenstand der Erfindung ist daher ein zur Bildung einer vorverbrennungskammer in einem Verbrennungsmotor mit v'erdichtungszündung verwendbarer Flammenteller,;. wobei die Kammer wünschenswerte Einströmungs- und Ausströrrungscharakteristiken aufweist, welche eine verbesserte Motorleistung und/oder eine verringerte Rauchentwicklung ergeben.

Ein zur Bildung einer Vcrverbrennungskammer in einem Verbrennungsmotor mit verdichtungszündung verwendbarer Plammenteller mit einem Ecden ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Viand, die vom Beden nach eben gerichtet ist. durch eine Einlaßauskehlung im Boden und eine angrenzende Auslaßöffnung in der Viand, wobei der Eoden einen Kanal aufweist,, der gegen die Auslaßöffnung von einem ven derselben entfernten Eereich nach unten geneigt ist und der-an einer senkrechten Kante endet welche die Einlaßauskehlung begrenzt.

Die Einlaßauskehlung ist verzugsweise breiter als der Kanal und die Flankenteile. Vielehe den Kanal begrenzen, enden an der Einlaßauskehlung in senkrechten Flächen, die mit der senkrechten Kante., an welcher der Kanal

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endet, in der gleichen Ebene und zu beiden Seiten derselben liegen·

Die Erfindung umfaßt auch einen Verbrennungsmotor mit Yerdichtungszündung der mit einem Flammenteller nach einem der. beiden verhergehenden Absätze versehen ist In diesem Fall weist der Zylinderkopf des Motors vorzugsweise eine Nut auf. welche eine Verlängerung des Kanals bildet und im allgemeinen zum Ecden des Kanals parallel ist, sowie welche einen Verbindungsdurchlaß zwischen der Vorverbrennungskammer und den Einlaß- und Auslaßvenfiltaschen herstellt.

Nachstehend werden einige beispielsweise Ausführungsfeinen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben

Fig 1 zeigt im senkrechten Längsschnitt einen Teil des

Zylinderkopfes eines »'«rrbrennungsir.ctors mit Verdichtungsveranschaulicnt

zündung und γc-j-^^s-.τ^b^i- eine Vcrverbrennungskammer die durch einen einsetzearen Flarr.rr.enteller verschlossen

Fig, 3. ist eine ITraufsicht auf den Flarraenteller.

Fig 3 eine Seitenansicht in der Richtung des Pfeils III in Fig· 2 gesehen

Fig ^;; eine Seitenansicht in der Richtung des Pfeils I" in Fig ü gesehen

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht des Flammentellers.

von eben und in der Richtung dos Pfeils V in Fig 2 gesehen

Fig 6 eine schaubildliche Ansicht des Flair.menteilers. vcn den und in der Richtung des Ffeils VI in Fig. 2 gesehen Fig. " ist eine Fig 2 ähnliche Ansicht einer abgeänderten .-.usfuhrunssfcrin des Flamr.enrellers.

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Fig« 8 zeigt eine graphische Darstellung der Charakteristiken des Motors,

In Fig. 1·ist ein Teil eines Motorzylinderkcpfes 10 gezeigt, in welchem eine Verbrennungskammer 11 durch eine Echrung 12 gebildet wird., die sich von unten in den Kopf erstreckt und die mit einem Flamrnenteller 13 aus einer hitzebeständigen Legierung versehen ist_a Die Echrung der Verbrennungskammer ist am oberen Ende kuppeiförmig ausgebildet und am unteren Ende bei 14 erweitert, um die Wände des Flammentellers aufzunehmen= Für jeden Zylinder des Motors ist eine solche Vorverbrennungskamrner vergesehen.

Jede Kammer 11 ist mit ihren zugehörigen Zylinder durch eine senkrechte Auskehlung 15 verbunden., die durch eine längliche Ausnehmung im Eoöen des Flammetellers gebildet wird- Fig. 2 zeigt im Grundriß die Flache und die genaue Form der Ausnehmung₅ die entsprechend der erforderlichen Motorleistung abgeändert werden können ο

Eine waagerechte sekundäre oder Auslaßöffnung 16 ist im unteren Teil der Wand des Flammenteilers 13 εη der Auskehlung 15 ausgebildet Angrenzend an diese Auslaßöffnung

zeigt l£ ist der Kopf 10 mit einer Mut .I⁷ versehen, wie Fig, 1., u-.i die heißen "'erbrennungsgase in die gewünschte Richtung zu lenken

Lie innere Wand des Flammentcllers 13 bildet eine glatte Fortsetzung der Wand der Verbrennungskammer und der Boden des Flairmentellers ist mit einem Kanal 20 versehen, welcher zwischen Flankenteilen 21 gegen die Auskehlung 15 nach

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unten gexnigt ist- um eine Rampe zu bilden^, die zur Nut 17 des Kopfes 10 im wesentlichen parallel ist» Die Rampe endet plötzlich in einer senkrechten Kante 19s welche eine Wand der Auskehlung 15 bildet.

Im Eetrieb wird während des Verdichtungshubes des Kolbens Luft durch die Auskehlung 15 senkrecht nach oben in die Kammer 11 gelenkt., wobei die senkrechte Kante 19 und die angrenzende Wand des Flammentellers eine ausgeprägte Auskehlung bilden., welche die Luft mehr oder weniger senkrecht in die Kammer lenkt„ Die Luft folgt dann dem in Fig. 1 durch die Pfeile angegebenen Weg und nach dem · Einspritzen des Brennstoffs und der Zündung wird das teilweise verbrannte Gemisch aus der Kammer 11 heraus längs des Bodens l8 und der parallelen Nut 17 in den Zylinder und in die Ventiltaschen gelenkt, um den Verbrennungsvorgang mit der in denselben verbli-benrj'en Luft zu vervollständigen«

Die Ausführungsfcrrn erzeugt wünschenswerte Einströmungscharakteristiken infolge der Anordnung der senkrechten Kante IQ,, die zusammen mit der Wand des Flammentellers und den beiden senkrechten Seitenteilen 19a fFigc 2₉h und

,, ausgeprägte

6. des Flankenteils 21 eine genau a^sssa-iPä^t-s senkrechte Auskehlung erzeugt _s die eine Schornsteinwirkung ergibt, welche ein gutes Einströmen der Luft bewirkt- Die Ausführung sform erzeugt auch wünschenswerte Ausströmungscharakteristiken infolge der Neigung des Bodens des Kanals 20., v/elcher das teilweise verbrannte Gemisch zur Auslaßöffnung 16 lenkt., und infolge der Flankenteile welche das Ausströmen des gasförmigen Gemischs auf den mittleren Kanal 20 begrenzen, der in die Auslaßöffnung 16 mündet. Vcn geringerer Eedeutung ist» daß die erhöhten Plankentcile 21 das Verdichtungsverhältnis vergrößern.,

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chne die glatte Form der Verbrennungskammer 11 zu beeinträchtigen.

Fig, 7 veranschaulicht eine Abänderung der Ausführungsform gemäß den Fig·, 2-6;, bei welcher die Ausnehmung 15 größer ausgebildet ist., um eine andere Motorleistung zu erhalten, Der Flsmmenteller gemäß Fig» 7 ist für einen Motor mit hoher Drehzahl und hcher Ausgangsleistung geeignet, ergibt jedoch bei niedrigen Drehzahlen eine starke Rauchentwicklung, Der Flammenteller gemäß Fig. 2 ist für einen Motor mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment geeignet und ergibt bei solchen niedrigen Drehzahlen eine verringerte Rauchentwicklung^ wie nachstehend erklärt vrirdc

Die vcn der vorliegenden Erfindung abgeleiteten Motorcharakteristiken sind in Fig. 8 veranschaulicht._, ?;elehe Kurven der Leistung, des Drehmoments und der Rauchzahl aufgrund der Motordrehzahl zeigt. Die vorstehend erwähnte Rauchzahl ist ein Maß für die Menge des Rauchs oder des unverbrannten Kohlenstoffs, der im Auspuffgas eines Verbrennungsmotors vorhanden ist. Beim Betrieb eines Dieselraotorfahrzeuges ist es wünschenswert und in manchen Ländern vorgeschrieben^, dasselbe so zu betreiben_> daß die Rauchentwicklung des Motors innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt, die vcn der zuständigen Verkehrsbehörde festgelegt sind, oder innerhalb empfohlener Grenzen^ vienn die Rauchentwicklung nicht gesetzlich geregelt ist.

Die graphische Darstellung der Fig, 8 zeigte wie die Charakteristiken eines Ausgangsmotors durch Auswahl des Flammentellers verändert werden können» Im oberen Diagramm veranschaulicht die Kurve X eine annehmbare Rauchentwicklung, oberhalb" welcher der Motor nicht arbeiten

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soll.' Die Rauchentwicklung verändert sicli über einen besonderen Motordrehzahlbereich in der dargestellten. Weise. Ein Motor _s der für eine hohe Leistung bei hohen Drehzahlen ausgebildet ist, wie z.B. ein Motor für einen Personenwagen oder ein Schiffsmotor, weist eine Rauchentwicklung über den Drehzahlbereich auf welcher der mit einer vollen Linie angegebenen Kurve A-A entspricht., und wird die entsprechenden Leistungs- und Drehmonentkurven. aufweisen., die in Fig. 8 angegeben sind Wie ersichtlich, steigt der Rauch am unteren Ende des Drehzahlbereichs rasch über die Kurve X für die annehmbare Rauchentviicklung hinaus an. während das Drehmoment gleichzeitig absinktc Im Hauptdrehzahlbereich in welchem der Motor betrieben werden soll,, d.h* oberhalb der maximalen Drehmcmentdrehzahl, liegt die Rauchentwicklung bis zur und jenseits der erforderlichen höchsten Drehzahl unterhalb des annehmbaren Bereichs. Der Motor wird gewöhnlich nicht für längere Zeit mit dieser Drehzahl laufen. Der für diese Art des Mctors verwendete Einsatz ist der in Fig. 7 dargestellte Einsatz der eine große senkrechte Ausnehmung 15 aufweist

Wenn die gleiche Ausgangsmaschine erforderlich ist. um ein gutes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu liefern^ wobei ein steiler Teil der Drehmomentkurve auftritt- wenn die Motcrdrehzahl von der abgeschätzten vollen Drehzahl absinkt wird ein Flammentcller mit e'ner verhältnismäßig kleinen senkrechten Ausnehmung 15 gewählt, wie in Fig. gezeigt ist- Wie die Kurve E-B zeigt kann das maximale Drehmoment in einem weiter unten liegenden Teil des Drehzahlbereichs erzielt werden obwohl die maximale Leistung und die Drehzahl beschränkt sind. Eine Eegrenzung der Leistung und der Drehzahl stellt keinen großen Nachteil

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dar, wenn der Rotor in ein Fahrzeug^ wie ζ.Bc einen landwirtschaftlichen Schlepper.? eingebaut ist* In einem solchen Fahrzeug erfordern die durch die Art der Arbeit bewirkten starken Schwankungen der Belastung _s daß der Fahrzeugmotor fähig sein soll, der Eelastung rasch durch eine verhältnismäßig geringe Abnahme der Motordrehzahl zu entsprechen, ohne die Rauchbegrenzung zu überschreiten»

Ein Vortei.. der beschriebenen Ausführungsformen ist die ungewöhnliche Fähigkeit, einem großen Bereich von vorgeschriebenen Motorkennwerten zu entsprechen-, was eine Begrenzung hinsichtlich der freien Rauchentwicklung einschließt, und zwar mit einer Ausgangsmaschine durch die Verwendung einer Reihe vcn Flammentellern^ vcn denen jeder einen kleinen Eruchteil der Kosten des ganzen Motors kostet= ·

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Claims

Ansprüche

I.. Zur'Bildung einer Vorverbrennungskammer in einem Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung verwendbarer Flammenteller mit einem Boden., gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Wand., die vom Boden nach oben gerichtet ist, durch eine Einlaßauskehlung (15) im Ecden und eine angrenzende Auslaßöffnung (l6) in der Wand^ wobei der Boden einen Kanal (20) aufweist., der gegen die Auslaßüffnung von einem von derselben entfernten Bereich ■ nach unten geneigt ist und der an einer senkrechten Kante (19) endete welche die Einlaßauskehlung begrenzte

' 2, Flcnnmenteller nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet., daß die Einlaßauskehlung (15) breiter ist als der Kanal '20) und daß die Flankenteile (21)., welche den Kanal begrenzen., an der Einlaßauskehlung (15) in senkrechten Flächen (IQa und IQb) enden., die mit der senkrechten Kante (19) ■> an welcher der Kanal endet _P in der gleichen Ebene und zu beiden Seiten derselben liegen»

j5, Flammenteller nach Anspruch 1 oder 2., dadurch gekennzeichnet.; daß der Eoden_; außer an der Auslaßöffnung (Ί6) glatt in die nach eben gerichtete Wand übergeht»

4, Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung;, der mit einem Flammenteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist,, dadurch gekennzeichnet ₃ daß der Zylinderkopf (10) des Motors eine Nut (17) aufweist _s Kolehe eine Verlängerung des Kanals (20) bildet und im allgemeinen zum Boden des Kanals parallel ist., sowie welche einen Verbindungsdurchlaß zwischen der Vorverbrennungskammer und den Einlaß- und Auslaßventiltaschen herstellt .

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