DE2843229A1

DE2843229A1 - Dieselmotor mit direkteinspritzung mit einem injektor mit mechanischer steuerung

Info

Publication number: DE2843229A1
Application number: DE19782843229
Authority: DE
Inventors: Jean Nikly
Original assignee: Automobiles M Berliet SA
Current assignee: Automobiles M Berliet SA
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1979-04-19
Also published as: GB2009848A; FR2406722A1; FR2406722B1; US4428340A

Description

Dieselmotor mit direkteinspritzung mit einem Injektor mit mechanischer Steuerung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung und behandelt insbesondere den Aufbau der Verbrennungskammer sowie die Zubehörteile der Verteilung .und der Einspritzung.

Bei einer ersten Gruppe von Dieselmotoren bekannter Bauart ist über jedem Kolben ein Zylinderkopf angeordnet, in dem vier Ventile vorgesehen sind (zwei Ventile für den Eintritt und zwei Ventile für den Austritt). In dem zwischen den vier Ventilen befindlichen mittleren Bereich ist ein mechanisch gesteuerter Injektor vorgesehen, dessen Achse senkrecht zur Dichtungsebene des Zylinderkopfes verläuftο Dieser Injektor mit mechanischer Steuerung wird mit brennbaren Stoffen niedrigen Druckes gespeist. Seine Steuerung mittels einer im Motorblock gelagerten Nockenwelle erlaubt es, diese Brennstoffe unter sehr hohem Druck in die Brennkammer zu injizieren.

Die Vorteile der Injektion mit mechanischer Steuerung sind bekannt. Diese Steuerung erlaubt unter anderem die Anwendung von extrem kurzen Kanälen für den Kreislauf des unter Druck stehenden Brenngases. Außerdem kann man es sich hierdurch im allgemeinen leisten, keinen Regler vorzusehen, mit dfm automatisch der Vorschub der Einspritzung als Funktion der Rotation des Motors verändert wird.

Die Zerstäuberqualität der Mischung des Brennstoffes in der Luft im Zylinder wird im wesentlichen durch die Einspritzdüse mit mechanischer Steuerung sichergestellt. Dies bedingt jedoch, daß eine relativ teure und im Aufbau komplizierte Düse verwendet wird, die insbesondere mehrere Bohrungen extrem geringen Durchmessers aufweist, welche schwer herzustellen sind. Weiterhin läßt sich eine derartige Einspritzeinrichtung bei Motoren mit geringen Zylinderdurchmessern nur schwer oder gar nicht anwenden.

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Bei einer zweiten Bauart von an sich bekannten Dieselmotoren ist der Zylinderkopf mit zwei Ventilen pro Zylinder versehen (ein Einlaßventil und ein Auslaßventil). Die Zuluft wird tangential in die Verbrennungskammer eingeleitet, und zwar derart, daß eine starke Turbulenz entsteht. Der Injektor nimmt somit eine exzentrische Lage ein; dabei handelt es sich um einen Injektor, der in herkömmlicher Weise durch einen Hochdruckkanal relativ großer Länge gespeist wird. Sämtliche den verschiedenen Zylindern des Motors entsprechenden Kanäle sind an eine zentrale Einspritzpumpe angeschlossen. Die ¥or- und Nachteile dieses Systemes klassischer Einspritzung sind bekannt; der Einspritzpumpe ist im allgemeinen ein Vorschubvariator zuzuordnen, der automatisch in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit arbeitet. Ein derartiger Zylinderkopf für einen Dieselmotor ist beispielsweise aus der FR-PS 77 14 305 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für einen Dieselmotor neuer Bauart zu schaffen, wobei einerseits die Vorteile der zuvor zitierten Bauarten beibehalten und andererseits die Nachteile vermieden werden sollen. Insbesondere soll durch die Erfindung die Verbrennungsqualität verbessert werden, d. h. der spezifische Verbrauch vermindert werden und dabei eine Anwendung bei Motoren mit geringem Zylinderdurchmesser möglich sein; der Bohrungsdurchmesser soll beispielsweise bis auf 100 mm herab verringert werden können.

Die Erfindung geht aus von einem Dieselmotor mit Kolben und Zylindern, ferner mit oberhalb jedes Kolbens angeordnetem Zylinderkopf, in welchem sich die Einlaß- und Auslaßventile befinden, sowie mit einem Injektor für den Brennstoff. Gemäß der Erfindung ist ein solcher Motor durch die Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

- Der Zylinderkopf trägt ein einziges Einlaßventil und ein einziges Auslaßventil;

- der Injektor ist von an sich bekannter Bauart mit mechanischer Steuerung, ist jedoch derart in den Zylinderkopf eingebaut, daß er in Bezug auf die Bohrungsachse geneigt ist;

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- die im Zylinderkopf oberhalb des Sitzes des Einlaßventils angeordnete Zuluftleitung ist spiralartig gekrümmt, und zwar derart, daß sich ein Wirbel bildet, der die eintretende Luft tangential in den Zylinder einströmen läßt.

Aufgrund der Luftturbulenz, die vor der ^Austrittöffnung der Düse vorbeistreicht, kann der Injektor mit mechanischer Steuerung in sehr viel einfacherer Weise aufgebaut sein, insbesondere was den Durchtrittskanal, den Durchmesser sowie die Anordnung der die Injektionsstrahlen definierenden Öffnungen anbetrifft. Außerdem erlaubt dies, den Injektor im Zylinderkopf unterzubringen, wobei die exzentrische Lage durch die Anordnung lediglich zweier Ventile notwendig ist.

Es versteht sich, daß die obere (Stirn-)fläche ebenfalls eine Verbrennungskammer bekannter Bauart aufweisen kann, so wie diese bei Dieselmotoren mit "direkter" Einspritzung bekannt sind. Durch die Kombination der erfinderischen Merkmale kann auch diese Kammer des Kolbensin Bezug auf die Achse der Bohrung exzentrisch angeordnet sein.

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Wie man sieht, kann der Aufbau des erfindungsgemäßen Motors ganz allgemein bei Dieselmotoren geringen Bohrungsdurchmessers angewandt werden (bis etwa 100 mm), wobei die Vorteile des Injektors mit mechanischer Steuerung beibehalten werden, und ohne daß es notwendig ist, zu aufwendigen und komplizierten Lösungen zu greifen, wie beispielsweise zu der Anwendung von vier Ventilen pro Zylinder.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert, aus der die einzelnen Vorteile besser erkennbar sind_o

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht und im Axialschnitt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf, der oberhalb der Bohrung eines Sieselmotors angeordnet ist.

tfigür 2 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II in ■k'igur 1.

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Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung ähnlich jener von

1, mit einer Verbrennungskammer, die im oberen Bereich des Kolbens, und zwar in dessen Stirnfläche eingelassen ist.

Figur 4- ist eine Ansicht entsprechend der Schnittlinie IV-IV gemäß der Figuren 1 und 4-,

In den Figuren 1 und 2 erkennt man den Zylinderkopf eines Dieselmotors,, der oberhalb der Bohrung eines Zylinders 1 angeordnet ist. Diese Bohrung hat einen Durchmesser D.

Der Zylinderkopf oberhalb dieser Bohrung 1 trägt ein einziges •Einlaßventil 2 und ein einziges Auslaßventil 3· Vor dem Einlaßventil 2 befindet sich eine Luftzufuhrleitung 4-, von der man in Figur 2 erkennt, daß sie einen gekrümmten Verlauf hat. Ein solches Profil ist beispielsweise der vorgenannten FR-PS 77 14- 305 zu entnehmen. Aufgrund der Führung des Kanales 4- wird die Luft, die beim Hinabfahren des Kolbens eingeleitet wird, in eine schnelle Drehbewegung versetzt, die durch die Efeile 5 veranschaulicht ist. Auf diese Weise wird in der Verbrennungskammer eine, starke Luft— turbulenz erzeugt, deren Drehgeschwindigkeit wenigstens gleich dem 1,5-fachen jener des Motors ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Zylinderkopf ein Injektor 6 vorgesehen, der eine mechanische Steuerung aufweist und dessen Achse 7 einen Winkel i mit der Achse 8 der Zylinderbohrung bildet.

Im übrigen schneidet die Achse 7 der Injektorpumpe die Ebene 9 des Anschlusses des Zylinderkopfes in einem Punkt 10, der im wesentlichen mit der Ausgangsstelle der Einspritzdüse zusammenfällt. Dieser Punkt befindet sich in einem Abstand e von der Achse 8 der Zylinderbohrung.

Kolben 11, der in der Zylinderbohrung 1 auf- und abgeht, ist an seiner Stirnfläche mit einer Aussparung versehen, wodurch eine Verbrennungskammer 12 einer an sich bekannten Art gebildet wird. Diese Verbrennungskammer weist ein Profil auf, das durch Rotation um eine Achse 13 entstanden ist, die ihrerseits parallel zur

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Achse 8 der Bohrung.1 ist. Der Abstand I, der die Achsen 8 und 13 voneinander trennt, stellt die Exzentrizität der Brennkammer 12 dar.

Die maximale Tiefe H der Brennkammer 12 wird parallel zur Achse 8 der Bohrung gemessen. Diese maximale Tiefe findet sich im Bereich des Umfanges der Brennkammer 12. In Figur 4- erkennt man, daß die Brennkammer 12, die einen Durchmesser d aufweist, in der Stirnfläche des Kolbens 11 exzentrisch eingelassen ist.

Die wesentlichen Merkmale, der vorliegenden Erfindung bestehen in der Anwendung der folgenden Merkmale:

- Der Zylinderkopf trägt lediglich zwei Ventile, und zwar ein Einlaßventil 2 und ein Auslaßventil 3;

- Die Einspritzung wird durch einen Injektor 6 mit mechanischer Steuerung vorgenommen, der im Zylinderkopf unter einem Winkel i geneigt angeordnet ist;

- Die Zuluftleitung 4- beschreibt eine Krümmung vor dem Einlaßventil 2, und zwar derart, daß die in den Zylinder eintretende Luft in starke Drehbewegungen versetzt wird, entsprechend der in Figur 2 durch die Pfeile 5 angegebenen Richtung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert die zuvor aufgeführte Merkmalskombination dann die besten Ergebnisse, wenn die Abmessungen die folgenden Werte annehmen:;

i^ 30°

e ύ 0,2 D. '

Was im übrigen den mit mechanischer Steuerung ausgerüsteten Injektor 6 anbetrifft, und dessen entsprechend den die einzelnen Injektionsstrahlen definierenden Perforationen, bo beträgt die Anzahl dieser Perforationen zwischen 4- und 6 (was 4- bis 6 Strahlen bei der Einspritzung zur Folge hat).

Was im übrigen den Kolben 11 anbetrifft, so sollten hier die folgenden Zahlenverhältnisse herrschen:

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0,2 < J 0,5

Der Injektor 6 mit mechanischer Steuerung kann bis zu 20 % exzentrisch zur Bohrung angeordnet werden; er kann ferner einen Winkel von bis zu 3°° in Bezug auf die Achse 8 des Zylinders annehmen. Seine Austrittsdüse trägt im Höchstfall 6 Einspritzbohrungen, Die Gestalt der Kurve des Einspritzdruckes als Funktion der Motorleistung wie auch die Höhe des maximalen Druckes können durch den den Injektor 6 steuernden Nocken verändert werden, sowie in Abhängigkeit von der. Schnelligkeit der Steuerung. Die Wahl dieser Ansprechgeschwindigkeit kann eventuell dazu führen, in der Steuerung ein elastisches Element vorzusehen. All dies erlaubt es, mit größter Genauigkeit den Einspritzdruck an der Austrittsstelle des mechanisch gesteuerten Injektors 6 zu regeln. Auf jeden lall führt die starke Drehturbulenz 5 <ier Eintrittsluft zu einem starken Abwägen der Austrittsöffnung der Injektorpumpe 6 und begünstigt die gleichmäßige Verteilung des Brenngemisches.

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Claims

PITENTANS. PHÜCHE

Dieselmotor, der eine Anzahl von Zylindern, diesen zugeordneten Kolben sowie ferner je einen oberhalb des einzelnen Kolbens angeordneten Zylinderkopf aufweist, in welchem sich die Einlaß- und Auslaßventile sowie ein Injektor für den Brennstoff befinden, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Der Zylinderkopf umfaßt nur ein einziges Einlaßventil und nur ein einziges Auslaßventil;

b) der Injektor von an sich bekannter Bauart und mechanischer Steuerung befindet sich im Zylinderkopf in einer Lage, in der er gegen die Zylinderachse geneigt ist;

c) die Luftzufuhrleitung ist im Zylinderkopf oberhalb des Sitzes des Einlaßventils angeordnet,(d. h. vor diesem Ventil) und ist entsprechend einem solchen Profil gekrümmt, dass die Luft im Sinne eines tangentialen Strömens

' im Zylinder in Umdrehung versetzt wird.

Dieselmotor mit zwei Ventilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittssteile der Düse des Injektors mit mechanischer Steuerung vier bis sechs Injektionsöffnungen aufweist, die vier bis sechs Injektionsstrahlen bilden.

Dieselmotor mit zwei Ventilen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Achse des mechanisch gesteuerten Injektors unter einem Winkel zur geometrischen Achse der Zylinderbohrung geneigt ist, der kleiner oder gleich 30° ist.

Dieselmotor mit zwei Ventilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand, der die geometrische Achse der Zylinderbohrung einerseits und den Punkt, an dem die geneigte Achse des mechanisch gesteuerten Injektors die Trennebene des Zylinderkopfes andererseits trifft, voneinander trennt, eine Größe e aufweist, die kleiner oder gleich dem 0,2-fachen des Durchmessers der Zylinderbohrung ist.

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5. Dieselmotor mit zwei Ventilen, nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Kolbens ausgespart ist, so daß sie eine Brennkammer von Rotationsventil bildet, deren größte Umfangstiefe H in Bezug auf den größten Durchmesser d dieser Kammer ein Verhältnis H/d von zwischen 0,2 und 0,5 beträgt.

6. Dieselmotor mit zwei Ventilen nach einem der Ansprüche

1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand I, der die geometrische Achse der Zylinderbohrung und die Achse der Rotation der in der Zylinderfläche des Kolbens vorgesehenen Brennkammer voneinander trennt, kleiner oder gleich dem 0,1-fachen des Durchmessers D der Zylinderbohrung ist.

7. Dieselmotor mit zwei Ventilen und mit mechanisch gesteuertem Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Element in der Nockenwellensteuerung des mechanisch gesteuerten Injektors vorgesehen ist, um den Einspritzdruck am Austrittspunkt der Düse des Injektors genau zu regeln.

8. Dieselmotor mit zwei Ventilen und Injektorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzufuhrkanal oberhalb des Zufuhrventiles einen gekrümmten Verlauf aufweist, der geeignet ist, in der Luftzufuhr eine starke !Turbulenz herbeizuführen, die durch eine Drehbewegung der Luft im Zylinder von wenigstens gleich dem 1,5-fachen der Rotationsgeschwindigkeit des Motors beträgt.

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