DE2503218A1

DE2503218A1 - Wirbelkammerdieselmotor

Info

Publication number: DE2503218A1
Application number: DE19752503218
Authority: DE
Inventors: Hirotoshi Inoue; Kaoru Taira
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1974-08-06
Filing date: 1975-01-27
Publication date: 1976-02-26
Also published as: JPS555707Y2; GB1489802A; JPS5121706U; US3965872A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

PIPL.-ΙΝΘ,

H. KINKELDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAlR

PR.-ΙΝΘ. ·

PR (T

2503218. K.SCHUMANN

OR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-IN3.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · OIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. ING.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

27. Januar 1975 P 8891

TOYOTA JIDOSHA KOGYO K.K.

1, Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi-ken, Japan

Wirbe!kammerdiese!motor

Die Erfindung betrifft einen Wirbelkammerdieselmotor mit einem Kolben und einer Hauptbrennkammer.

Die Erfindung ist insbesondere auf die Ausgestaltung einer Hauptbrennkammer gerichtet, die in der oberen Stirnfläche eines Kolbens eines Wirbelkammerdieselmotors angeordnet ist.

Die sogenannten Wirbelkammerdieselmotoren sind allgemein gebräuchlich und sind mit einer Wirbelkammer ausgestattet, von welcher aus die Verbrennung durch ein Einschießen von Flammen in die Hauptbrennkammer vorangetragen wird, wo-

8 0 9/0299

TELEFON (OBS) Q2 28 62 TELEX 05-29 SSO TELEGRAMME MONAPAT

durch eine verbesserte Verbrennung erzielt wird.

Bei diesen Wirbelkammerdieselmotoren weisen die Hauptbrennkammern eine besondere Ausgestaltung auf, so daß die Luft, die sich in der in der oberen Kolbenstirnfläche angeordneten Hauptbrennkammer befindet, mit einem großen Wirkungsgrad ausgenutzt wird.

In Abhängigkeit von ihrer Ausgestaltung können die herkömmlichen Hauptbrennkammern im wesentlichen in zwei Hauptbrennkammertypen unterschieden werden, nämlich in die iäoppelmuldenförmig ausgebildeten Hauptbrennkammern und die nutenförmig ausgebildeten Hauptbrennkammern. Die doppelmuldenförmig ausgebildeten Hauptbrennkammern sind für die mit mittlerer und kleiner Drehzahl laufenden Dieselmotoren bestimmt, jedoch nicht für Dieselmotoren die mit einer hohen Drehzahl laufen, da sich hierbei schlechte Verbrennungsergebnisse erzielen lassen. Im Gegensatz dazu sind die nutenförmig ausgebildeten Hauptbrennkammern für Dieselmotoren geeignet, die mit hohen Drehzahlen laufen, sie sind jedoch für Dieselmotoren nicht geeignet, die mit niedrigen Drehzahlen laufen, weil sich eine schlechte Verbrennung einstellen würde.

Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, eine Hauptbrennkammer zu schaffen, die während aller Motordrehzahlen eine gute Verbrennung ermöglicht.

Die Erfindung besteht darin, daß die Hauptbrennkammer von einer geraden und geneigten Nut, welche durch die Mitte der oberen Stirnseite des Kolbens läuft, und von einem Paar doppelmuldenartig ausgebildeter Aussparungen,gebildet ist,

609809/0299

welche sich von der Mitte der geraden und geneigten Nut verzweigen.

Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Ausstattung eines Wirbelkairanerdieselmotors mit einer Hauptbrennkammer ermöglicht, die sowohl bei mittleren und langsamen Drehzahlen des Motors eine gute Verbrennung bewirkt, wobei es sich hierbei um einen Vorteil der herkömmlichen äoppelmuldenartig ausgebildeten Brennkammer handelt, als auch bei einer hohen Drehzahl des Motors, wobei es sich hierbei um einen Vorteil der nutenförmigen Hauptbrennkammer handelt.

Durch eine Veränderung der Lage, der Größe und der Form der doppelmuldenförmigen Aussparungen oder durch eine Veränderung der Tiefe des stufenförmigen Teiles, welcher zwischen den doppelmuldenförmigen Aussparungen und der geraden und geneigten Nut liegt, wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, den Wirbel und die Turbulenz des Verbrennungsgases in geeigneter Weise zu steuern und dadurch eine Verringerung des Dieselqualmens und des Dieselgeräusches zu erreichen, was beim Betrieb des Dieselmotors erwünscht ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine Draufsicht auf eine bekannte von einer Doppelmulde gebildete Hauptbrennkammer;

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A nach Fig.1, wobei eine Wirbelkammer dargestellt ist;

609809/0299

250321B

Fig.3 eine Draufsicht auf eine bekannte von einer nutenförmigen Mulde gebildete Hauptbrennkammer?

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie B-B nach Fig.3, wobei eine Düse einer Wirbelkammer dargestellt ist;

Fig.5 eine Drausicht auf eine erfindungsgemaße Hauptbrennkammer;

Fig.6 einen Querschnitt entlang der Linie C-C nach Fig.5; Fig.7 einen Querschnitt entlang der Linie D-D nach Fig.5;

Fig.8 eine schematische Darstellung der Strömung der Verbrennungsgase innerhalb der erfindungsgemäßen Hauptbrennkammer; -.^

Fig.9p - 9r

eine Draufsicht auf ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

In Verbindung mit den Fig.1 und 2 soll zunächst eine an
sich bekannte von einer Doppelmulde gebildete Hauptbrennkammer beschrieben werden.

In der oberen Stirnfläche eines Kolbens 1 ist eine von einer Doppelmulde gebildete Hauptbrennkammer 2 angeordnet,
welche in einer zusammenhängenden Form ein Paar ausgebreiteter Mulden aufweist, die nach rechts und nach links verlaufen. Das aus einer Wirbelkammer 3 austretende Verbrennungsgas strömt durch eine Düsenbohrung 4, wie dies
durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Wenn

6098 09/0299

— s—

die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgasströmung klein ist, dann wird das Verbrennungsgas in der Nähe der Düsenbohrung 4 verwirbelt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, und es findet eine gute Verbrennung statt. Bei einer hohen Drehzahl des Motors, bei welcher die in dem schrägen Leitungsteil befindliche Luft nicht vollständig ausgenutzt wird, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases zu. Dann strömt das Verbrennungsgas nicht an der Hauptbrennkammer entlang, so daß die Verwirbelung und gute Verbrennung gestört wird.

In den Fig.3 und 4 ist ein bekannter von einer nutenförmigen Mulde gebildeter Hauptbrennkammertyp dargestellt, der nachfolgend beschrieben werden soll.

In der Mitte der oberen Stirnseite eines Kolbens 1 ist eine lange, nutenförmig ausgebildete Hauptbrennkammer 12 angeordnet. Diese Hauptbrennkammer 12 wird von einer schräg verlaufenden Nut gebildet, deren Tiefe von dem Randteil des Kolbens, fortschreitend nach innen zur Mitte der Kolbenstirnfläche hin abnimmt, wobei der Randteil einer Düsenbohrung 4 der Wirbelkammer gegenüber-liegt (s.Fig.4). Die Gasströmung des durch die Düsenbohrung 4 der Wirbelkammer eingebalsenen Verbrennungsgases erfolgt daher in der durch die in den Fig.3 und 4 durch die Pfeile angedeuteten Weise.

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung groß ist, dann wird eine gute Verbrennung erreicht. Wenn jedoch die Drehzahl des Motors abnimmt und die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases klein ist, dann wird die sich im gemäß Fig.3 schraffierten Teil des Zylinders befindlichen Luft nicht wirksam ausgenutzt.

609809/0299

Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese herkömmlichen vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und soll nachfolgend in Verbindung mit den Fig.5,6 und 7 beschrieben werden.

In der oberen Stirnfläche eines Kolbens 1 ist eine gerade und geneigte Nut 22 angeordnet, welche sich diametral von einem Randteil dieser Stirnfläche ausgehend erstreckt und zur Mitte hin flacher wird (s.Fig.6). Ferner sind zwei Aussparungen 23 einer Doppelmulde vorgesehen, welche sich von der Mitte dieser geraden und geneigte Nut 22 zur Seite erstrecken. Jede Aussparung dieser Doppelmulde besitzt einen im wesentlichen kreisförmigen Randteil. Die Tiefe des Teiles der geraden und geneigten Nut 22, welcher jede Aussparung der sich nach links und nach rechts verzweigenden Doppelmulde überdeckt, entspricht im wesentlichen der Tiefe dieser Aussparungen (s.Fig.6 und 7). Es ergibt sich daher ein stufenförmiger Teil in der geraden und geneigten Nut 22. Die gerade und geneigte Nut 22 erfüllt die gleiche Funktion wie die herkömmliche, von einer Nut gebildete Hauptbrennkammer, und ihre Breite und Länge kann entsprechend gestaltet sein. Andererseits erfüllen die verzweigten Aussparungen 23 der Doppelmulde die gleiche Funktion wie die herkömmliche von einer Doppelmulde gebildete Hauptbrennkammer. Die Form des Randteiles jeder Aussparung der Doppelmulde kann in geeigneter Weise gestaltet sein und rund, eliptisch Oder in anderer Weise gewählt sein.

Nachfolgend soll die Funktion der erfindungsgemäßen Hauptbrennkammer beschrieben werden. Wie aus der Fig.8 zu entnehmen ist, überstreicht das aus der geraden und geneig-

609809/02 9 9

— *7 —

ten Nut 22 austretende Verbrennungsgas fast vollständig die linke Hälfte der oberen Kolbenstirnfläche und strömt in einer durch die schwarzen Pfeile in der Fig.8 angedeuteten Richtung/Andererseits überstreicht das Verbrennungsgas der sich verzweigenden Aussparungen· 23 der Doppelmulde fast ganz die rechte Hälfte der oberen Stirnfläche des Kolbens und strömt in einer durch die weißen Pfeile angedeuteten Richtung. Infolgedessen wird die sich im gesamten Bereich der oberen Kolbenstirnfläche befindliche Luft wirksam ausgenutzt. .

Ferner ist es zweckmäßig, für mittel bis langsam laufende Dieselmotoren die Tiefe des stufenförmigen Teiles 24 wegen der verbesserten Gasströmung zu den Aussparungen 23 der Doppelnut zu vergrößern, wobei die Tiefe in der Fig.6 durch das Bezugszeichen h angegeben ist. Andererseits ist es für schnell laufende Dieselmotoren zweckmäßig, die Tiefe dieses stufenförmigen Teiles 24 zu verringern, um eine verbesserte Gasströmung zur geraden und geneigten Nut zu erzielen. Es ist daher möglich, das Betriebsverhalten des Motors durch eine Änderung der Tiefe des stufenförmigen Teiles 24 zu ändern. Ferner ist es durch eine Veränderung der Randausbildung der Aussparungen 23 gemäß der in den Fig.9p,q,r,s und t gezdgten Ausführungsbeispxele möglich, den Wirbel und die Turbulenz der Verbrennungsgase zu steuern und damit das Dieselrußen und das Dieselgeräusch zu verringern, wobei dieses Betriebsverhalten bei Dieselmotoren erwünscht ist, wie dies bereits ausgeführt wurde.

Die erfindungsgemäße Brennkammer ermöglicht daher einen Fahrbereich von einer niedrigen bis zu einer hohen Dreh-

6 0 9 8 0 9/0299

R —

zahl. Hierdurch werden ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich der Verbesserung der Leistung und hinsichtlich der Verringerung der Abgaskonzentration und des Qualmens erzielt.

Versuche, die mit einem Kraftfahrzeugmotor durchgeführt wurden, der mit der erfindungsgemäßen Hauptbrennkammer ausgestattet war, haben gezeigt, daß die Ausgangslei-

stung und das Drehmoment um 7 bis 10% vergrößert werden konnten. Außerdem wurde ermittelt, daß die Konzentration des Dieselqualms oder Rußes, der bei Dieselmotoren auftritt, gesenkt werden konnte.

609809/0299

Claims

P 8891 P atentanspräche

1./ Wirbelkammerdieselmotor mit einem Kolben und einer Hauptbrennkammer, dadurch gekennzei c h n e t , daß die Hauptbrennkammer eine in der oberen Stirnfläche des Kolbens (1) angeordnete, gerade und geneigte Nut (22) aufweist, die sich von einem Randteil der Kolbenfläche ausgehend diametral erstreckt und nach innen zur Ko.lbenmitte flacher wird, und daß die Hauptbrennkammer ferner zwei sich von der geraden und geneigten Nut erstreckende Aussparungen (23) aufweist, die doppelmuldenförmig ausgestaltet sind.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich jede Aussparung (23) der Doppelmulde im wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelteiles der geraden Nut (22) von dem entsprechenden geraden Rand der Nut aus erstreckt.

3. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aussparung (23) der Doppelmulde einen im wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Randteil besitzt.

609809/0299

Leerseite