DE2833873A1

DE2833873A1 - Verbrennungskammer fuer einen dieselmotor mit vorkammer

Info

Publication number: DE2833873A1
Application number: DE19782833873
Authority: DE
Inventors: Antonio Burgio
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1979-03-29
Also published as: TR20801A; FR2404106A1; SU1075992A3; DE7823153U1; GB1602210A; PL209096A1; DD138698A5; FR2404106B1; PL117537B1; SE435308B; ES472093A1; SE7807781L; AR214811A1; CS230561B2; BR7805143A; IT1091228B; JPS5447912A; US4215657A

Description

iwälte

Hf Z F A. VMtaann, Dipl. ehem. B. Huber
Dd.bB.hA. _OrlngHUska -2. Aug. 1978

22, 8000 MÜnACT «

FIAT Societä per Azioni
Corso Marconi 10
Turin, Italien

Verbrennungskammer für einen Dieselmotor mit Vorkammer.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskammer für einen Dieselmotor mit Vorkammer und ist bei Motoren mit oder ohne Vorverdichtung anwendbar.

Es sind Viertakt-Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung und in dem Zylinderkopf angeordneten Ventilen bekannt, deren Verbrennungskammern einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt besitzen. Diese Verbrennungskammern sind von Wandungen begrenzt, wobei in einer dieser Wandungen, die eine im wesentlichen ebene Oberfläche besitzt, Ventilsitze mit parallelen Achsen gebildet sind.

Da diese ebene Wandung der Verbrennungskammer senkrecht zur den Achsen.der Ventile verlaufen muß, ist sie zu der Längsachse des Zylinders geneigt, falls die Ventilachsen zu der Zylinderachse geneigt sind. Hieraus ergibt sich die im wesentlichen dreieckförmige Querschnittsfläche der Verbrennungskammer.

Eine derartige Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie die Verwendung von Ventilen mit parallelen Achsen ermöglicht, die durch eine einzige Nockenwelle steuerbar sind, welche sich beispielsweise über dem Zylinderkopf des Motors befindet. Außerdem vereinfacht eine derartige Anordnung die Konstruktion.. Motoren mit derartigen Verbrennungskammern besitzen einen guten Wirkungsgrad.

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Es ist darüber hinaus bekannt, daß die Ventilköpfe bei Steigerung der Motorleistung verbreitert werden müssen. Bei einem Dieselmotor ist es infolgedessen erforderlich, die Vorkammer seitlich der Verbrennungskammer anzuordnen. Dies wiederum führt dazu, daß die Entfernung, welche die aus der Vorkammer kommende Flammenfront vor dem Arbeitstakt bis zum Erreichen der von der Vorkammer am weitesten entfernten Regionen der Verbrennungskammer zu durchlaufen hat, größer ist als für die anderen Zonen. Damit verlaufen die Homogenisierung der Verbrennung und infolgedessen die Ausbreitung der Flammenfront zeitlich ungleichförmig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit Kompressionszündung zu schaffen, dessen Verbrennungskammer so ausgebildet ist, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden oder zumindest wesentlich reduziert werden und eine fortschreitende regelmäßige und vollständige Verbrennung des Kraftstoffes in der Verbrennungskammer erreicht wird. Verkörperungen der Erfindung eignen sich insbesondere zur Verwendung bei Einspritzmotoren mit Vorkammern. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, daß der in die Verbrennungskammer eingespritzte Kraftstoff infolge der besonderen Gestalt der Verbrennungskammer eine starke Turbulenz erfährt, die die Entwicklung einer vollständigen und fortschreitenden Verbrennung ermöglicht.

Ausgehend von einem Vorkammer-Dieselmotor mit im Zylinderkopf des Motors angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, deren Achsen in einer gemeinsamen zu der Achse des bzw. der Zylinder des Motors geneigten Ebene liegen, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zylinder bzw. jeder Zylinder des Motors eine Verbrennungskammer mit einem Hauptteil von im wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt besitzt, der begrenzt ist durch eine in dem Zylinderkopf angebrachte Ausnehmung mit einer oberen im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Ventile verlaufenden Wandung, in welcher die Ventilsitze gebildet sind, und einer seitlichen Wandung sowie durch einen aus der Oberseite des in dem Zylinder an-

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geordneten Kolbens herausragenden Ansatz mit dreieckförmigem Querschnitt, der von einer der oberen Wandung der genannten in dem Zylinderkopf angebrachten Ausnehmung gegenüberliegenden und mit ihr einen Winkel bildenden oberen Fläche und einer seitlichen Fläche begrenzt ist, daß der Hauptteil der Verbrennungskammer eine seitliche Erweiterung besitzt, die durch die Unterseite des Zylinderkopfes des Motors und durch einen senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden der Vorkammer abgewandten ebenen Teil der Oberseite des Kolbens begrenzt ist, und daß die seitliche Fläche des aus der Oberseite des Kolbens herausragenden Ansatzes derart positioniert ist, daß sie sich in enger Nachbarschaft der seitlichen Wandung der in dem Zylinderkopf gebildeten Ausnehmung mit dreieckförmigem Querschnitt befindet und damit den an die Vorkammer angrenzenden Hauptteil der Verbrennungskammer im wesentlichen abschließt, wenn der Kolben seine obere Totpunktlage einnimmt.

Der Ausdruck "Hauptteil¹¹ einer Verbrennungskammer bezeichnet in der vorliegenden Beschreibung den Teil der im Zylinder eines Verbrennungsmotors gebildeten Verbrennungskammer, der verbleibt, wenn sich der Kolben in seiner oberen Totpunktlage befindet.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Vertikalschnitt eines Teiles eines Dieselmotors mit Vorkammer und indirekter Einspritzung.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt einen Kolben 1 der in einem Zylinder 2 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 2 ist in einem Zylinderblock 3 ausgebildet. Wie bei derartigen Motoren üblich, können außer dem dargestellten Zylinder 2 weitere gleichartige Zylinder, insgesamt z.B. 4, 6 oder mehr, vorgesehen sein, die zueinander fluchtend angeordnet sind, derart daß ihre Achsen (wie die Achse χ, χ der Zeichnung) sämtlich in einer gemeinsamen Ebene liegen, und die mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle des Motors zusammenwirken.

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Über dem Zylinderblock 3 befindet sich ein Zylinderkopf 5, dessen ebene Unterseite mit 7 bezeichnet ist. In dieser ebenen Unterseite 7, die dem Zylinder 2 gegenüberliegt, ist eine Ausnehmung 4 mit dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet. Außerdem befindet sich in dem Zylinderkopf 5 eine Bohrung 8 zur Aufnahme und Halterung einer (nicht dargestellten) Einspritzeinrichtung und eines Einsatzstückes, in dem eine Vorkammer 9 ausgebildet ist, die sich seitlich der Achse x-x des Zylinders 2 befindet und gegenüber dieser Achse x-x um einen zwischen 0° und 60°, vorzugsweise im Bereich von 20° + 5°, liegenden Winkel geneigt ist.

Eine zwischen der Oberseite des Zylinderblocks 3 und der ebenen Unterseite 7 des Zylinderkopfes 5 angeordnete Dichtung 6 dient dazu, die während des Verbrennungshubes des Kolbens im Innern des Zylinders 2 erzeugten Gase abzudichten. Die Ausnehmung 4, die den Hauptteil der Verbrennungskammer des Motors bildet, wenn sich der Kolben 2 in seiner oberen Totpunktlage befindet, ist nach unten gegen den Zylinder 2 geöffnet. Diese Ausnehmung 4 besitzt ein dreieckförmiges Querschnittsprofil, das nach oben durch eine ebene Oberfläche 10 begrenzt ist,die senkrecht zu den Achsen der Einlaß- und Auslaßventile des Motors verläuft. Diese Achsen liegen zueinander parallel. Die einzige aus der Zeichnung ersichtbare Ventilachse ist mit 11 bezeichnet. Die ebene Fläche 10 erstreckt sich nur über einen Teil des Durchmessers des Zylinders. Gemäß einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform kann sie sich jedoch über die ganze lichte Weite des Zylinders erstrecken.

Die die dargestellte Ventilachse 11 und die Achsen der übrigen Ventile der Motorzylinder enthaltende Ebene verläuft senkrecht zur Zeichenebene und ist gegenüber der (senkrecht zur Oberfläche 7 des Zylinderblocks liegenden) Achse x-x des Zylinders um einen zwischen 5° und 30°, vorzugsweise bei 12° + 5° liegenden Winkel geneigt. Die ebene Oberfläche 10 ist somit um den gleichen Winkel gegenüber der Oberfläche 7 des Zylinderblocks geneigt. Seitlich ist die Verbrennungskammer 4

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durch eine Seitenwandung 12 begrenzt, die wegen der dreieckförmigen Gestalt der Verbrennungskammer deren größte Höhe bestimmt.

In der ebenen Wandung 12 befindet sich eine Öffnung 13, die über einen Leitungskanal 14 mit der Vorkammer 9 in Verbindung steht, die in dem in der Bohrung 8 befindlichen Einsatzstück gebildet ist..' . . Die Vorkammer 9 umfaßt einen ersten zylindrischen Abschnitt 15» in dem sich das Ende einer Einspritzeinrichtung befindet sowie einen ersten zylindrischen Bereich 16, der über einen kegelstumpfförmigen Zwischenabschnitt 18 mit einem zweiten zylindrischen Bereich 17 verbunden ist. Der zweite zylindrische Bereich 17 der Vorkammer steht über den Leitungskanal 14 und die Öffnung 13 mit der Verbrennungskammer 4 in Verbindung. Der Kolben 1 trägt an seiner Oberseite in einer der Lage der Ausnehmung 4 des Zylinderkopfes entsprechenden Position einen Ansatz 19, der ebenfalls ein im wesentlichen dreieckförmiges Profil besitzt. Die Oberseite dieses Ansatzes ist durch eine geneigte Ebene begrenzt, deren Neigung von der der Fläche 10 abweicht. Die Seite des Ansatzes 19 ist durch eine Fläche 21 begrenzt. Der Ansatz 19 ist insgesamt so angeordnet und bemessen, daß er in die Ausnehmung 4 eindringt, wenn der Kolben 1 seine obere Totpunktlage erreicht. In dieser Position liegen die seitliche Oberfläche 12 der Ausnehmung 4 und die seitliche Oberfläche 21 des Ansatzes 19 sehr nahe beieinander, so daß sie sich fast berühren.

Das Volumen der Verbrennungskammer besitzt somit einen Hauptteil, der durch die seitliche und die obere Wandung 12 bzw. 10 der Ausnehmung 4 sowie durch die geneigte ebene obere Fläche 12 des Kolbenansatzes 19 begrenzt ist. Die zuletzt genannte geneigte ebene Fläche 20 geht in einen ebenen Abschnitt der Kolbenoberseite über, der zusammen mit dem gegenüberliegenden Bereich der Unterseite 7 des Zylinderkopfes den Bereich des Hauptteils der Verbrennungskammer begrenzt, der von der Vorkammer 9 am weitesten entfernt ist.

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Die ebene Oberfläche 10 der Ausnehmung 4 und die geneigte ebene Oberfläche 20 des Ansatzes 19 auf der Oberseite des Kolbens 1 sind zueinander nicht parallel sondern divergieren die ebene Wandung 12 mit einem Winkel, der zwischen 2° und 10° liegt.

Ein sehr wichtiger Vorteil eines Motors mit einer Verbrennungskammer der vorangehend beschriebenen Art ergibt sich daraus, daß sich der Querschnitt der Verbrennungskammer mit zunehmender Entfernung von der Vorkammer verringert. Hieraus resultiert eine Vergrößerung des Geschwindigkeitsgradienten der aus der Vorkammer ausströmenden Flammenfront, was eine größere Turbulenz in den äußersten Umfangszonen des Zylinders hervorruft und damit eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffes in demjenigen Teil der Verbrennungskammer sichert, der durch den Teil 22 der Oberseite des Kolbens 1, die gegenüberliegende Unterseite des Zylinderkopfes und die Dicke der die Verbrennungsgase abschließenden Dichtung 6 begrenzt ist.

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Claims

Patentansprüche

Vorkammer-Dieselmotor mit Einlaß- und Auslaßventilen, die im Zylinderkopf des Motors angeordnet sind und deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) bzw. jeder Zylinder (2) des Motors eine Verbrennungskammer (4) mit einem Hauptteil von im wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt besitzt, der begrenzt ist durch eine in dem Zylinderkopf (5) angebrachte Ausnehmung (4) mit einer oberen im wesentlichen senkrecht zu den Achsen (11) der Ventile verlaufenden Wandung (10), in welcher die Ventilsitze gebildet sind, und einer seitlichen Wandung (13)» sowie durch einen aus der Oberseite des in dem Zylinder (2) angeordneten Kolbens (1) herausragenden Ansatz mit dreieckförmigem Querschnitt, der von einer der oberen Wandung (10) der genannten in dem Zylinderkopf (5) angebrachten Ausnehmung gegenüberliegenden und mit ihr einen Winkel bildenden oberen Flache (20) und einer seitlichen Fläche (21) begrenzt ist, daß der Hauptteil der Verbrennungskammer (4) eine seitliche Erweiterung besitzt, die durch die Unterseite (7) des Zylinderkopfes (5) des Motors und durch einen senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden ebenen Teil (22) der Oberseite des Kolbens (1) begrenzt ist, und daß die seitliche Fläche (21) des aus der Oberseite des Kolbens (1) herausragenden Ansatzes (19) derart positioniert ist, daß sie sich in enger Nachbarschaft der seitlichen Wandung (12) der in dem Zylinderkopf (5) gebildeten Ausnehmung (4) mit dreieckfarmigem Querschnitt befindeiPcmmit den an die Vorkammer (9) angrenzenden Hauptteil der Verbrennungskammer (4) im wesentlichen abschließt, wenn der Kolben (1) seine obere Totpunktlage einnimmt.
2. Vorkammer-Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieobere Wandung (10) der Ausnehmung (4) gegenüber der Unterseite (7) des Zylinderkopfes (5) des Motors um einen Winkel von etwa 12° + 5° geneigt ist.

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3. Vorkammer-Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der zu den Achsen (11) der Ventile senkrechten Ebene und der oberen Fläche (20) des auf der Oberseite des Kolbens (1) gebildeten Ansatzes (19) zwischen 2° und 10° liegt.
4. Vorkammer-Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Sitzes (8) zur Aufnahme und Halterung eines Einsatzstückes (15), in welchem die Vorkammer (9) ausgebildet ist, zur Längsachse (x-x) des bzw. jedes Zylinders (2) des Motors um einen Winkel von etwa 20° + 5° geneigt ist.

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