DE3805639A1 - Dieselbrennkraftmaschine mit einer vorkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen Vorkammer im Zylinderkopf gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 31 25 325 bekannten Dieselbrennkraftmaschine besteht die Gefahr, daß durch die mit einer radialen und axialen Strömungskomponente in die Brennkammer verdichtete Verbrennungsluft der eingespritzte Brennstoff in den oberen Brennkammerbereich zurückgedrängt wird und dort wegen örtlicher Überfettung zum Teil unter starker Rußbildung verbrennt.

Ferner ist aus der DE-OS 27 15 943 eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer bekannt, die auf halber Höhe einen nach innen vorstehenden Ringwulst auf­ weist, an dem das mit Drall in die Kammer aufsteigende Kraftstoff-Luft-Gemisch nach innen umgelenkt und dadurch die Strömungsbewegung abgebremst wird. Infolge der Um­ lenkung setzt sich ein Teil des Kraftstoffes aus dem Ge­ misch an der Kammerwand im unteren Bereich ab. Die sich hierdurch ergebende Entmischung führt neben einem ver­ schlechterten Kaltstartverhalten auch zu einer unerwünschten Beeinträchtigung des Zündverzuges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft­ maschine der gattungsgemäßen Bauart derart weiterzubilden, daß eine gute und gleichmäßige Durchmischung des einge­ spritzten Brennstoffes erzielt wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kenn­ zeichen des Anspruches 1 gelöst.

Durch den Ringwulst wird der aufsteigende Luftdrall zu einem erheblichen Teil in Richtung auf die Vorkammerachse umgelenkt und dadurch in seiner Aufwärtsbewegung zunächst gebremst, wobei jedoch aus dem Kern des Luftdralls ein Teil der Ver­ brennungsluft durch die Einschnürung nach oben aufsteigt. Dieser Teil der Verbrennungsluft vermischt sich dabei mit den Kraftstoffteilchen aus dem nebelartigen Zündmantel des auf die Innenkante des Ringwulstes abgespritzten Kraft­ stoffes, wodurch es zu einer ersten schnellen Zündreaktion kommt. Der restliche Kraftstoff bildet auf der Innenkante des Ringwulstes einen Kraftstofffilm, der von der Wirbel­ luft allmählich abgetragen wird. Hierdurch wird eine gleich­ mäßig gesteuerte Verbrennung des Kraftstoffes ohne über­ mäßige Druckspitzen bei möglichst geringen Verbrennungsge­ räuschen erreicht.

Der in der Brennkammer aufsteigende Luftdrall wird an dem Ringwulst zu einem erheblichen Teil in Richtung auf die Vorkammerachse umgelenkt und dadurch in seiner Aufwärtsbe­ wegung stark gebremst. Damit kann kaum noch Brennstoff in den oberen Bereich der Brennkammer abgedrängt werden. Der eingespritzte Brennstoff wird somit in beiden Kammerhälf­ ten verteilt gehalten, womit die gewünschte Verteilung er­ zielt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit der erfindungsgemäßen Vorkammer und

Fig. 2 die Durchtritte am Boden der Vorkammer im Schnitt nach der Linie II-II aus Fig. 1.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinderkopf von der nicht weiter dargestellten Dieselbrennkraftmaschine mit vier Ven­ tilen pro Zylinder bezeichnet. Im Zylinderkopf 1 ist zwi­ schen den Ventilen eine rotationssymmetrische Vorkammer 2 eingesetzt, deren Vorkammerachse 3 sich koaxial zur Zylin­ derachse erstreckt.

Die Vorkammer 2 besitzt eine im wesentlichen kugelförmige Brennkammer 4, die sich in einem verjüngten Brennkammerhals 5 bis in den im Zylinder liegenden Hauptbrennraum 6 fort­ setzt. Am Boden 7 des Brennkammerhalses 5 sind in flachem Winkel verlaufende und tangential an den Innenmantel 8 des Halses 5 gerichtete Durchtrittsöffnungen 9 vorgesehen, durch welche die Verbrennungsluft aus dem Hauptbrennraum 6 in die Brennkammer 4 verdichtet wird bzw. umgekehrt nach Einspritzen des Brennstoffes in den Hauptbrennraum ausgeblasen wird. Da­ bei wird durch die tangentiale Lage der Durchtrittsöffnungen 9 die Verbrennungsluft beim Übertritt von einem Raum in den anderen jeweils in Rotation versetzt. An den oberen Schei­ telbereich der Brennkammer 4 schließt sich ein Düsenhalter 10 an, in den eine Brennstoffdüse 11 eingesetzt ist, von der der Brennstoff im wesentlichen konzentrisch zur Vorkammer­ achse 3 eingespritzt wird.

Um die bereits mit dem Luftdrall erzeugte intensive Luftbe­ wegung in der Brennkammer 4 noch zu verbessern, ist im Bo­ den 7 des Brennkammerhalses 5 eine zentrale Durchtritts­ öffnung 12 zusätzlich vorgesehen. Der axiale Luftstrom aus der Bohrung 12 verstärkt die Aufwärtsbewegung des Luftdralles und erhöht in dessen Kern gleichzeitig die Luftbewegung. Die derart in die Brennkammer 4 verdichtete Verbrennungsluft wird an einem Ringwulst 13 abgelenkt, der etwa auf halber Kammer­ höhe in die Brennkammer 4 radial vorsteht und diese in eine obere 14 und untere Kammerhälfte 15 aufteilt. Infolge der Luft-Umlenkung wird die axiale Bewegung des Luftdralles ge­ bremst und durch radiale Strömungskomponenten das Überströmen in die obere Kammerhälfte verlangsamt. Damit wird erreicht, daß der in beide Kammerhälften 14 und 15 eingespritzte Brenn­ stoff in diesen besser gehalten und insbesondere ein Zu­ rückdrängen vom Brennstoff durch den aufsteigenden Luftdrall weitgehend verhindert werden kann. Außerdem wird durch die erhöhte Luftbewegung im Kern des Luftdralles, der in diese Zone eingespritzte Brennstoff vermehrt in die äußere stark bewegten Luftschichten abgelenkt, wodurch insgesamt eine gleichmäßige Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbren­ nungsluft in der Brennkammer 4 erzielt wird. Dabei ergibt sich eine bessere Durchmischung auch dadurch, wenn der Kraft­ stoff anstatt in einem gebündelten Strahl in Form eines Ke­ gels abgespritzt wird.

In Abhängigkeit von den gewünschten Strömungsverhältnissen in der Brennkammer ist es möglich, die Innenkante 16 am Ring­ wulst 13 abgerundet oder gerade mit scharfkantigen Übergängen nach beiden Ringwulstflanken hin zu gestalten. Dabei kann auch der Ringwulst 15 im Querschnitt trapezförmig gestaltet sein.

Die Geschwindigkeit der bei der Verdichtung in die Vorkammer 4 einströmenden Luft und damit die Intensität der Brennstoff- Luft-Durchmischung in der Vorkammer 4 wird wesentlich beein­ flußt durch den Volumenanteil der Vorkammer 4 und durch den Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 9 und 14 im Vorkammer­ hals 5.

Eine zu hohe Einströmgeschwindigkeit kann ein Zurückdrängen des Brennstoffs zur Düse 11 und damit eine zu starke Gemisch­ schichtung zur Folge haben. Eine zu niedrige Einströmge­ schwindigkeit kann zu unzureichender Brennstoff-Luft-Durch­ mischung in der Vorkammer 4 führen.

Ebenso wird die Durchmischung des nach erfolgter Zündung aus der Vorkammer 4 ausströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches mit der Luft im Hauptbrennraum 6 wesentlich durch die Ausström­ geschwindigkeit beeinflußt. Außerdem ist der durch Drosselung an den Durchtrittsöffnungen bedingte Wärmeverlust eine direkt vom Lochquerschnitt und Kammervolumen abhängige Größe.

Um eine in bezug auf die vorstehend genannten Eigenschaften optimal abgestimmte Vorkammer zu erreichen, muß zwischen dem Volumen der Brennkammer 4 und den Querschnitten der Durchtrittsöffnungen 9 und 14 die Beziehung

Claims (6)

1. Dieselbrennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen Vorkammer, in deren Brennkammer Brennstoff von oben in Rich­ tung der Vorkammerachse eingespritzt wird und die sich in einem verjüngten Brennkammerhals bis in den Hauptbrennraum fortsetzt und mit diesem durch am Bodenteil des Brenner­ halses unter einem flachen Winkel und tangential zu dessen Innenmantelfläche angeordneter Durchtrittsöffnungen und einer im Boden konzentrisch zur Vorkammerachse angeordneten Durch­ trittsöffnung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (4) auf halber Höhe ein radial nach innen vorspringender Ringwulst (13) angeordnet ist, auf dessen Innenkante (16) gerichtet der Brennstoff abgespritzt wird.

2. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (13) eine abgerundete Innenkante (16) aufweist.

3. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (13) mit einem trapezförmigen sich zur Vorkammerachse (3) hin verjüngenden Querschnitt ausgebildet ist.

4. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff kegelmantelförmig auf die Innenkante (16) des Ringwulstes (13) eingespritzt wird.

5. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl schräg zur Vorkammerachse (3) auf die Innenkante (16) des Ringwulstes (13) aufgespritzt wird.

6. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Summe der geometrischen Querschnitte aller Durchtritte (9 und 12) und dem Gesamtvolumen der Vorkammer (2) die Beziehung