DE3120532A1

DE3120532A1 - Dieselmotor-vorkammer mit lufteinblasung

Info

Publication number: DE3120532A1
Application number: DE19813120532
Authority: DE
Inventors: William Taylor 91301 Agoura Calif. Webber
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1982-06-16
Also published as: FR2483010B1; GB2079850A; GB2079850B; FR2483010A1; JPS5716223A

Description

. 3.

1Α-3541
80R17

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION El Segundo, California, USA

Dieselmotor-Vorkammer mit Lufteinblasung

Die vorliegende Erfindung betrifft Dieselmotoren. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung der Zerstäubung und Verdampfung des Brennstoffs in Dieselmotoren.

In jüngster Zeit haben die Menschen in zunehmendem Maße erkannt, daß die Weltvorräte an fossilen Brennstoffen, insbesondere Benzin, limitiert sind. Infolgedessen hat sich ein zunehmendes Interesse an Dieselmotoren gezeigt, da diese eine größere Effizienz aufweisen und fähig sind, alternative Brennstoffe zu verbrennen. Unglücklicherweise sind die bekannten Dieselmotoren jedoch mit d@m Machten einer unvollständigen Verbrennung behaftet, was dazu geführt hat, daß die Brennstoffausnutzung kleiner war als im Bereich der Möglichkeiten der Dieselmotoren. Die unvollständige Verbrennung hat außerdem zu teilchenförmigen Emissionen geführt, die in signifikanter Weise zur Luftverschmutzung beitragsn. Dies© Nachteil® d©s Standes d®r

Technik werden mit der vorliegenden Erfindung vermieden. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die zu einer verbesserten Atomisierung und Verdampfung des Brennstoffs in Dieselmotoren führen und auf diese Weise die Brennstoffeffizienz verbessern und die Emission an teilchenförmigen! Material verringern.

Die erfindungsgemäßen Vorteile werden vorzugsweise erreicht durch Schaffung eines Dieselmotors mit einem Kompressionszylinder, einem innerhalb des Kompressionszylinders bewegbaren Kolben, einem Vorverbrennungsraum, einer Öffnung, die den Vorverbrennungsraum mit dem Kompressionszylinder kommunizierend verbindet, Einspritzvorrichtungen zur Abgabe von Brennstoff in einer vorbestimmten Weise in den Vorverbrennungsraum, Ventileinrichtungen, welche die genannte Öffnung normalerweise verschließen und nahe dem Endzeitpunkt des Kompressionstaktes des Kolbens betätigbar sind, um eine Strömung der komprimierten Luft aus dem Kompressionszylinder in den Vorverbrennungsraum zu ermöglichen, um auf diese Weise die Zerstäubung des mittels des Injektors eingespeisten Brennstoffs zu unterstützen, sowie Einrichtungen zum Zünden des zerstäubten Brennstoffs. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß beim Öffnen des Ventils der Brennstoff einem starken, mit hohem Staudruck beaufschlagten Luftstrom ausgesetzt wird, welcher den Brennstoff in äußerst feine Tröpfchen zerstäubt, wodurch eine vollständige Verbrennung gefördert wird. Auf diese Weise wird die Brennstoffeffizienz gesteigert und die Produktion an teilchenförmigen Emissionen verringert.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Dieselmotoren zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der Brennstoffausnut-

zung bei Dieselmotoren. Eine zusätzliche Aufgabe d©r vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung von Verfahren und Vorrichtungen zur Verringerung der Meng© an teilchenförmigen Emissionen, die durch Dieselmotoren gebildet werden. Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Dieselmotors mit einem Kompressionszylinder, einem innerhalb des Kompressionszylinders bewegbaren Kolben, einem Vorverbrennungsraum, einer öffnung, die eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Vorverbrennungsraum und dem Kompressionszylinder herstellt, Einspritzvorrichtungen, mit denen Brennstoff in einer vorbestimmten Weise in den Vorverbrennungsraum eingespritzt werden kann, Ventileinrichtungen, die normalerweise die genannte Öffnung verschließen und in der Nähe des Endzeitpunktes des Kompressionstaktes des Kolbens betätigbar sind, um eine Strömung von komprimierter Luft aus dem Kompressionszylinder in den Vorverbrennungsraum zu ermöglichen und so die Zerstäubung des durch den Injektor eingespeisten Brennstoffs zu unterstützen, sowie Einrichtungen zum Zünden des zerstäubten Brennstoffs.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher .erläutert; es zeigern

Fig. 1 eine schamatische Darstellung eines Dieselmotors, bei dem die vorliegend© Erfindung verkörpert istj

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Dieselmotors gemäß Fig. 1 j

Fig. 3 eine schematische . Darstellung einer weiteren, alternativen Ausführungsform d@s Dieselmotors gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung ainer zusätzlichen, alternativen Ausführungsform des Dieselmotors gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen allgemein mit 2 bezeichneten Dieselmotor. Dieser weist einen Kompressionszylinder 4 auf mit einem Kolben 6, der innerhalb des Zylinders 4 unter der Wirkung einer zweckentsprechenden Kurbelwelle (nicht gezeigt) bewegbar ist. Am kompressionsseitigen Ende 8 des Zylinders 4 ist eine öffnung 10 vorgesehen, die mit einem Vorverbrennungsraum 12 kommuniziert. Ein Ventil 14 ist so angeordnet, daß es normalerweise die Öffnung 10 verschließt. Es sind geeignete Einrichtungen, wie ein Injektor 16, vorgesehen, um Brennstoff in einer vorbestimmten Weise aus einer geeigneten (nichtgezeigten) Quelle in den Vorverbrennungsraum 12 abzugeben. Außerdem sind geeignete Einrichtungen, wie eine Glühkerze 18, vorgesehen, um den Brennstoff in dem Vorverbrennungsraum 12 zu zünden. Um das Ansaugen von frischer Luft und das Ausstoßen der Verbrennungsprodukte zu ermöglichen, sind in dem kompressionsseitigen Ende des Kompressionszylinders 4 zweckentsprechende Ventile vorgesehen, die auf herkömmliche Weise betätigt werden.

Während des Betriebs sprüht der Injektor 16 zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben 6 dem kompressionsseitigen Ende 8 des Kompressionszylinders 4 nähert, eine vorbestimmte Menge Brennstoff in den Vorverbrennungsraum 12. Etwa zum gleichen Zeitpunkt öffnet sich das Ventil 14 und läßt die komprimierte Luft aus dem Kompressionszylinder 4 durch die öffnung 10 in den Vorverbrennungsraum 12 mit hoher Geschwindigkeit einströmen. Dadurch wird ein heftiger, unter hohem Staudruck stehender Luftstrom erzeugt, der zu einer weiteren Zerstäubung und Verdampfung des durch den Injektor 16 abgegebenen Brennstoffs beiträgt. Anschließend zündet die Glühkerze 18 den zerstäubten und verdampften Brennstoff, der sich zurück durch die Öffnung 10 in den Kompressionszylinder 4 expandiert und den Kolben 6 unter Schaffung des Krafthubs antreibt.

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Das Ventil 14 kann mechanisch betätigt werden, z.B. durch Ventilheber und Ventilsteuerungsvorrichtungen (nicht gezeigt) , wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig sind. Das Ventil 14 kann auch mittels Federkraft, z.B. durch eine (nichtgezeigte) Feder,im Normalzustand geschlossen gehalten werden, wobei die Feder dann nachgibt, wenn der Kolben 6 die Luft in dem Kompressionszylinder 4 auf einen angestrebten Luftdruck komprimiert hat.

Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Dieselmotor wie Fig. 1. Es ist hier jedoch eine poröse Platte oder ein Sieb 22 vorgesehen, das sich quer durch den Vorverbrennungsraum schräg erstreckt und in dieser Position befestigt ist. Das Sieb 22 empfängt den von dem Brennstoffinjektor 16 abgegebenen Brennstoff und hilft dabei, den Brennstoff dem Blasstrom der komprimierten Luft auszusetzen, der beim Öffnen des Ventils 14 aus dem Kompressionszylinder 4 einströmt. Auf diese Weise wird eine weitere Steigerung der Verdampfung des Brennstoffs erreicht.

Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Dieselmotor wie Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch das sich nach außen öffnende Ventil 14 gemäß Fig. 1 durch ©in sich nach innen öffnendes Ventil 24 gemäß Fig. 3 ersetzt. Das Ventil 24 gemäß Fig. 3 dient dem gleichen Zweck wie das Ventil 14 von Fig. 1. Es wird jedoch durch den Luftdruck innerhalb des Kompressionszylinders 4 in die Schließstellung gezwungen und erfordert infolgedessen eine mechanische Betätigung, wohingegen das Ventil 14 gemäß Fig. 1 durch den Druck im Kompressionszylinder 4, wie ©rwghnt, geöffnet werden kann. Der Vorteil des Ventils 24 besteht einerseits darin, daß es während der Endbewegung des Kolbens 6 beim Kompressionstakt teilweise geöffnet werden kann. Dadurch wird der unter Hochdruck stehende Luftstrom aus dem Kompressions» zylinder 4 in den Vorverbrennungsraum 12 verursacht,

der die Zerstäubung des Brennstoffs unterstützt. Andererseits kann das Ventil 24 während der Anfangsphase des Krafthubs des Kolbens 6 vollständiger geöffnet werden. Dadurch wird der Pumpkraftverlüst beim Ausströmen der Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungsraum 12 in den Kompressionsraum 4 verringert.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform des Dieselmotors gemäß Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein erstes Ventil 26 vorgesehen, das normalerweise die öffnung 10 verschließt. Weiter ist eine zweite öffnung 28 vorgesehen, über die der Vorverbrennungsraum 12 mit dem Kompressionszylinder 4 in kommunizierender Verbindung steht, sowie ein zweites Ventil 30, das für gewöhnlich die Öffnung 28 verschließt.

Der Betrieb des Dieselmotors gemäß Fig. 4 ist ähnlich wie bei dem gemäß Fig. 1. Der Unterschied besteht darin, daß das Ventil 26 sich während der Endphase des Kompressionstaktes des Kolbens 4 öffnet, um der komprimierten Luft das schnelle Einströmen aus dem Kompressionszylinder 4 in den Vorverbrennungsraum 12 zum Zwecke der Unterstützung der Zerstäubung des Brennstoffs zu ermöglichen. Anschließend schließt sich das Ventil 26, und bei Zündung des zerstäubten Brennstoffs durch die Glühkerze 18 öffnet sich das Ventil 30, um den Verbrennungsprodukten zu ermöglichen, durch die Öffnung 28 in den Kompressionszylinder 4 zu strömen und so den Krafthub des Kolbens 6 auszulösen.

Gewünschtenfalls kann das Ventil 26 gemäß Fig. 4 als nach innen öffnendes Ventil, ähnlich dem Ventil 14 gemäß Fig.1, ausgebildet sein, und es kann, wie oben für das Ventil 14 gemäß Fig. 1 beschrieben, durch den Kompressionsdruck betätigt werden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Dieselmotor mit einem Kompressionszylinder, eiiem innerhalb des KompressionsZylinders bewegbaren Kolben, einem Vorverbrennungsraum, einer öffnung, über die der Kompressionszylinder mit dem Vorverbrennungsraum kommuniziert, Einrichtungen zur Abgabe von Brennstoff in den Vorverbrennungsraum in einer vorbestimmten Weise, und Einrichtungen zum Zünden des Brennstoffs in dem Vorverbrennungsraum, gekennzeichnet durch ©in Ventil (14;24;26), das für gewöhnlich die öffnung (10) verschließt und zur Freigabe der öffnung (10) betätigbar ist.
2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14;24;26) nahe der Endphas© des Kompressionstaktes des Kolbens (6) in der Weise betätigbar ist, daß der komprimierten Luft aus dem Kompressionszylinder (4) ein plötzliches Einströmen durch die öffnung (10) in den Vorverbrennungsraum (12) ermöglicht wird, um di© Zerstäubung und Verdampfung des Bremistoffs in dem Vorverbrennungsraum (12) zu erleichtern.
3. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14;24;26) federnd befestigt ist und ansprechend auf den einen vorbestimmten ¥©rt üb@rsteig©nden Luftdruck in dem Kompressionszylinder (4) betätigbar ist.
4. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem poröse Einrichtungen (22) vorgesehen sind_s die in dem Vorverbrennungsraum (12) fest angeordnet und so positioniert sind, daß si® d©n Brennstoff von d@r Einrichtung (16) .zur Abgabe des Brennstoffs empfangen und auf diese Weise dazu beitragen, di© Exposition d©s Brennstoffs gegenüber dem komprimi©rten Luftstrom durch dl® öffnung (10) zu verbessern.
5. Dieselmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der porösen Einrichtung (22) um ein Sieb handelt, das in der Weise fest angeordnet ist, daß es sich diagonal quer über den Vorverbrennungsraum (12) erstreckt.
6. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ventil (24) bezüglich des Vorverbrennungsraums (12) nach außen öffnet und in der Weise betätigbar ist, daß es von der normalen Schließposition zu einer ersten, teilweise offenen Position gelangt, wodurch ein hoher Druckabfall zwischen dem Kompressionszylinder (4) und dem Vorverbrennungsraum (12) erzeugt wird, sowie zu einer zweiten, vollständig offenen Position, um so den Pumpkraftverlust beim Ausströmen der Verbrennungsprodukte aus dem Vorverbrennungsraum (12) in den Kompressionszylinder (4) zu verringern.
7. Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors mit einem Kompressionszylinder und einem Vorverbrennungsraum, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen: Ansaugen einer Luftmenge in den Kompressionszylinder; Komprimieren der Luftmenge in dem Kompressionszylinder; Abgabe einer Menge an Brennstoff in den Vorverbrennungsraum in einer vorbestimmten Weise; Verhinderung einer Luftströmung aus dem Kompressionszylinder in den Vorverbrennungsraum, bis die Luft auf einen angestrebten Druck komprimiert ist; Ermöglichung einer Strömung der Luft mit einem Druck oberhalb des angestrebten Wertes in den Vorverbrennungsraum zur Erleichterung der Zerstäubung und Verdampfung des Brennstoffs; und Zünden des verdampften Brennstoffs in dem Vorverbrennungsraum.