DE2836528A1

DE2836528A1 - Dieselmotor mit vorverbrennungsraum

Info

Publication number: DE2836528A1
Application number: DE19782836528
Authority: DE
Inventors: Antonio Burgio
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: BR7805613A; DD138697A5; SU814284A3; SE7808351L; AR217311A1; CS223823B2; FR2404107B1; TR20951A; GB1602270A; JPS5447913A; US4329956A; DE7824895U1; IT1090890B; PL209097A1; ES472403A1; FR2404107A1

Description

piintanwälte

Dhi;. |ρ·ξ. H. ',VtiduiAin, Dip!. Phys. Dr. K. Finde 28 3 6 5 2

L':;-.;. inc. K A. Y»'eickmam;, Dipi, Chera. £. Huber

Dr.-Ing, K. Lisks a j ■

_tT M?.M£fraffo 22, COOO München 86 ⁴ '' ^AU9'

FIAT Societa per Azioni
Corso Marconi 10
Turin /Italien

Dieselmotor mit Vorverbrennungsraum.

Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor mit einem im folgenden kurz als Vorkammer bezeichneten Vorverbrennungsraum, der von einem in dem Zylinderkopf des Motors liegenden Hohlraum gebildet ist, wobei das obere Ende dieses Hohlraumes durch den Körper der Einspritzeinrichtung verschlossen ist. Mit dem Hohlraum kann eine Öffnung für eine Glühkerze in Verbindung stehen, die eine Vorerwärmung der in der Vorkammer und gegebenenfalls auch der in der Verbrennungskammer des Motors befindlichen Luft ermöglicht.

Dieselmotoren mit derartig ausgebildeten Zylinderköpfen sind bekannt. Es handelt sich üblicherweise um Hochgeschwindigkeitsmotoren, die jedoch ungünstigerweise durch einen sehr harten Lauf und ein ständiges Klopfen gekennzeichnet sind. Es ist bisher nicht gelungen, diese beiden Nachteile vollständig zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dieselmotor der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile bekannter Motoren mit Kompressionszündung und Vorkammern durch eine sorgfältig ausgewählte Bemessung und eine besondere Formgestaltung der Vorkammer erheblich verringert oder gar vollständig beseitigt werden.

Ausgehend von einem Dieselmotor mit einer Vorkammer, die von einem Hohlraum gebildet ist, der sich in einem von dem ZyIin-

909813/0723

derkopf getragenen metallischen Einsatzstück befindet und der an einem Ende von dem Körper der Einspritzeinrichtung verschlossen ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorkammer aus zwei Teilen gebildet ist, deren erster eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und an seinem stromabwärts liegenden Ende, das mit dem zweiten Teil in Verbindung steht, einen kegelstumpfförmigen Bereich aufweist und daß der zweite Teil ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische' Form besitzt und mit einer Durchführung für den Auslaß der durch die Verbrennung in der Vorkammer entstehenden Gase in Verbindung steht.

Im folgenden sei die Erfindung anhand verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittszeichnung eines Teiles, eines erfindungsgemäß gestalteten Verbrennungsmotors,

Fig. 2 zeigt in näheren Einzelheiten eine modifizierte Ausführungsform einer Vorkammer für den Zylinderkopf eines Motors,

Fig. 3 zeigt, in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst sei Fig. 1 näher beschrieben. In ihr ist ein in einem Zylinder 2 hin- und herlaufender Kolben 1 dargestellt. Der Zylinder 2 ist in einem Zylinderblock 3 gebildet. Über dem Zylinderblock 3 befindet sich ein Zylinderkopf 4 zur Kompressionszündung, in dem eine zylindrische Öffnung 5 gebildet ist. Letztere enthält ein metallisches Einsatzstück 5a, in dem eine in ihrer Gesamtheit mit 6 bezeichnete Vorkammer ausgebildet ist, die über eine Durchführung 8 mit einer im wesentlichen dreieckförmigen Ausnehmung 7 des Zylinderkopfes 4 in Verbindung steht.

Der Zylinderkopf 4 bildet ferner einen Auslaßventilsitz 9 so-

909813/0723

wie eine Auslaßleitung 10 für die in der Verbrennungskammer verbrannten Gase. Die Mittelachse 11 des Auslaßventils 9 ist gegenüber der Achse X-X des Zylinders 2 um einen Winkel von etwa 12 geneigt. Nähere Einzelheiten werden weiter untern erläutert. In der Öffnung 5 befindet sich über dem metallischen Einsatzstück 5a eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12, deren Position durch zwei Abstandsstücke 13 und 14 bestimmt ist. .

Die Mittelachse der zylindrischen Öffnung 5, die das Einsatzstück 5a beherbergt, in welchem die Vorkammer 6 gebildet ist, befindet sich an einer Seite des Zylinders 2 und ist um einen Winkel von 20° + 5° zu der Achse X-X des Zylinders 2 geneigt. Obwohl in der Zeichnung nur der Auslaßventilsitz 9 erkennbar ist, besitzt der Zylinderkopf 4 selbstverständlich auch einen Einlaßventilsitz für den dargestellten Zylinder. Außerdem können eine Mehrzahl derartiger Zylinder in einer Reihe senkrecht zur Zeichenebene miteinander fluchtend vorgesehen sein. Die Mittelachsen aller Ventile dieser Zylinder liegen dann in einer gemeinsamen Ebene, die in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 11 dargestellt ist, die - wie bereits erwähnt - gegenüber der Achse X-X des Zylinders 2 um 12° + 5° geneigt ist.

Die Ausnehmung 7> die gegen den Zylinder 2 geöffnet ist, bildet den Hauptteil der Verbrennungskammer des Motors, wenn sich der Kolben 1 in seiner oberen Totpunktlage befindet. Diese Ausnehmung besitzt ein im wesentlichen dreieckförmiges Querschnittsprofil, das an seiner Oberseite durch eine ebene Oberfläche 7a begrenzt ist, die senkrecht zur Achse der betreffenden Einlaß- und Auslaßventile verläuft, welche - wie oben erwähnt - zueinander parallel liegen. Diese ebene Oberfläche 7a erstreckt sich in Querrichtung über einen Teil des Durchmessers des Zylinders 2. Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform erstreckt sich die Oberfläche 7a über die ganze Weite des Zylinders 2, so daß die dreieckförmige Ausnehmung 7 nicht nur den Hauptteil sondern die gesamte Verbrennungskammer bildet, wenn sich der Kolben 1 in sei-

903013/0723

ner oberen Totpunktlage befindet.

Die Verbrennungskammer ist an derjenigen Seite, an der sie infolge ihrer dreieckförmigen Gestalt ihre größte Höhe besitzt, durch eine ebene Wandung 7b begrenzt. In dieser ebenen Wandung 7b befindet sich eine Öffnung, die über die Durchführung 8 mit der Vorkammer 6 in Verbindung steht.

Fig. 2 zeigt als Einzelheit das metallische Einsatzstück 5a und die Form der in diesem gebildeten Vorkammer. Das Einsatzstück umfaßt einen zentralen im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper 15, einen unteren Ansatz 16 sowie einen oberen Flansch 17. Eine in der Seitenwandung des zylindrischen Hohlkörpers 15 liegende transversale Öffnung 18 erlaubt eine Verbindung der Vorkammer 6 mit einer (nicht dargestellten) Glühkerze zur Erhitzung der in der Vorkammer befindlichen Luft.

Im Innenraum des Körpers 15 bildet die Vorkammer 6 eine erste im wesentlichen zylindrische Kammer 20 und eine zweite ebenfalls im wesentlichen zylindrische Kammer 24, die einen geringeren Durchmesser besitzt als die erste Kammer 20 und die mit ihr über einen kegelstumpfförmigen Schulterbereich 23 verbunden ist, der mit weichen Schmiegungskurven 21, 22 in die obere Kammer 20 überleitet. Mit ihrem unteren Ende öffnet sich die kleinere zylindrische Kammer 24 in die Durchführung 8, die sich in einer von der transversalen Öffnung 18 wegführenden Richtung zu der Verbrennungskammer 7 des in Fig. 1 dargestellten Motors erstreckt. Die Durchführung 8 ist gegenüber der Mittelachse der Vorkammer um einen Winkel von etwa 120° geneigt.

Zwischen der zylindrischen Kammer 20 und dem Flansch 17 befindet sich eine zylindrische Bohrung 19, deren Abmessungen so gewählt sind, daß sie sich zur Aufnahme des vorderen Endes der Kraftstoffeinspritzeinric/htung mit ihrer zugeordneten Flammenabdeckung eignet.

9 098 13/07 23

Die oben erwähnte Neigung der Durchführung 8 hat die besonders günstige Wirkung, daß der aus ihr austretenden Flammenfront in der Verbrennungskammer 7 kreisende Bewegungskomponenten mitgeteilt werden, so daß eine Turbulenz entsteht, welche die vollständige Verbrennung des Kraftstoffes unterstützt. Die Vorkammer besteht somit aus den beiden zylindrischen Teilen 20 und 24 und dem kegelstumpfförmigen Teil 23, die stromabwärts der Bohrung 19 liegen, welche die Kraftstoff einspritzeinrichtung und deren Flammenabdeckung beherbergt.

Das Gesamtvolumen der Vorkammer liegt zwischen 40% und 60% desVolumens der Verbrennungskammer. Das Volumen des ersten zylindrischen Teiles 20 der Vorkammer beträgt 83% des Gesamtvolumens der Vorkammer. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß in der ersten Kammer 20 eine vollständige Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches stattfinden kann und daß die Flammenfront in die zweite zylindrische Kammer 24 gerichtet ist.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Darstellung ist der Kolben des Motors mit 101 bezeichnet. Er ist in einem in einem Zylinderblock 103 gebildeten Zylinder 102 hin- und herbewegbar. In der im. übrigen flachen Oberseite 104a des Kolbens 101 ist, dicht an. einer der Seiten, des Kolbens, eine Ausnehmung 104 ausgeformt. Eine zwischen der Oberseite des Zylinderblockes 103 und einer ebenen Bezugsfläche 107 eines Zylinderkopfes angeordnete Dichtung 106 schließt den Zylinder gasdicht ab und verhindert somit das Entweichen von wahrend des Arbeitstaktes des Motors erzeugten Gasen.

In dem Zylinderkopf 105 befindet sich eine Bohrung 105, in der ein Einsatzstück 108a aufgenommen und-"gehaltert ist.In diesem Einsatzstück 108a ist eine Vorkammer 109 gebildet. Die Bohrung 108 verläuft seitlich der Achse X-X des Zylinders 102 und erstreckt sich parallel zu ihr.

90 9 8 13/0723

Die Ausnehmung 104 in dem Kolben 101 ist nach oben gegen den Zylinderkopf 105 des Motors offen und steht der ebenen Bezugsfläche 107 gegenüber. Die Ausnehmung 104 besitzt im wesentlichen die Form einer teilsphärischen Schale. Der Zylinderkopf besitzt ferner Einlaß- und Auslaßventile für jeden Zylinder. In der Zeichnung ist nur ein einziges Ventil erkennbar, dessen Achse mit 111 bezeichnet ist. Die Achsen der einzelnen Ventile verlaufen zueinander und zu der Achse X-X des Zylinders parallel. Da letztere senkrecht zu der ebenen Bezugsfläche 107 des Zylinderkopfes orientiert ist, ist diese ebene Bezugsfläche 107 auch senkrecht zu den Achsen der Ventile gerichtet.

Die Ausnehmung 104 an der Oberseite des Kolbens bildet den Hauptteil 104a der Verbrennungskammer, während sich der Kolben in seiner oberen Totpunktlage befindet. Das metallische Einsatzstück 108a, in dem die Vorkammer 109 gebildet ist, besitzt im wesentlichen dieselbe Form wie das in Fig. 2 dargestellte Einsatzstück. Es besitzt einen unteren Ansatz mit einer geneigt angeordneten Durchführung 114 für die übertragung des Kraftstoffes von der Vorkammer 109 zu der Verbrennungskammer 104a. Der untere Teil des Einsatzstückes 108a ragt in den erwähnten Hauptteil 104a der Verbrennungskammer hinein.

Das Gesamtvolumen der Verbrennungskammer ist begrenzt durch die ebene Bezugsfläche 107 des Zylinderkopfes 105, den ebenen Teil der Oberseite des Kolbens 101, die konkave Oberfläche der sphärischen Schale 104 auf der Oberseite des Kolbens und den unteren Ansatz des metallischen Einsatzstückes 108a, in welchem die Vorkammer 109 gebildet ist, welcher Ansatz in die teilsphärische Ausnehmung auf der Kolbenoberseite eindringt.

Ein sehr wichtiger Vorteil eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Motors besteht darin, daß ein einziger Auslaß für das nach der anfänglichen Verbrennung in der

909813/0723

Ί Ρ "λ f S ? S

Vorkammer ausströmende brennende Gas gebildet ist und daß die Querschnittsfläche der Verbrennungskammer mit der Entfernung von der Vorkammer abnimmt. Dadurch ergibt sich eine VergrÖsserung des Geschwindigkeitsgradienten der Flammenfront, die eine größere Turbulenz an der Peripherie des Zylinders hervorruft, die wiederum eine vollständigere Verbrennung in diesen von der Einspritzeinrichtung weiter entfernten Bereichen der Verbrennungskammer bewirkt.

90 9 8 13/0723

ΆΟ -

L e e r s e i t e

Claims

<C Q ν' Ο ^ ■£. Q

Patentansprüche

y Dieselmotor mit Vorkammer, die von einem Hohlraum gebildet ist, der sich in einem von dem Zylinderkopf getragenen metallischen Einsatzstück befindet und der an einem Ende von dem Körper der Einspritzeinrichtung verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (6) aus zwei Teilen (20, 24) gebildet ist, deren erster (20) eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und an seinem stromabwärts liegenden Ende, das mit dem zweiten Teil (24) in Verbindung steht, einen kegelstumpfförmigen Bereich aufweist und daß der zweite. Teil (24) ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und mit einer Durchführung für den Auslaß der durch die Verbrennung in der Vorkammer (6) entstehenden Gase in Verbindung steht.
2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des ersten Teiles (20) der.Vorkammer (6) 85% des Gesamtvolumens der Vorkammer (6) ausmacht und daß das Volumen des zweiten Teiles (24) die verbleibenden 15% dieses Gesamtvolumens beinhaltet.
3· Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (8) für den Auslaß der durch die Verbrennung in der Vorkammer (6) entstehenden Gase in Bezug auf die Längsachse der zylindri-. sehen Teile (20, 24) der Vorkammer (6) eine Neigung von etwa 120° besitzt und daß die zylindrischen Teile (20, 24) koaxial zueinander angeordnet sind.
4. Dieselmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Vorkammer (6) in Bezug auf die Achse (X-X) des Zylinders bzw. der Zylinder (2) des Motors um einen Winkel von 20+5 geneigt ist.

909813/0723

ORIGINAL INSPECTED

283652

Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 "bis 3» d a durch gekennzeichnet, daß die Achse der Vorkammer (6) parallel zur Achse (X-X) des Zylinders bzw, der Zylinder (2) des Motors verläuft„

Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Einsatzstück (5a) in seiner Seitenwandung an einer von der Durchführung (8) für den Auslaß der Gase aus der Vorkammer (6) entfernten Position eine öffnung (18) besitzt, in welche eine in den Innenraum der Vorkammer (6) hineinragende Glühkerze einsetzbar ist.

9098 13/0723