DE3805639C2 - - Google Patents

Description

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

Eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer Vorkammer der vorstehend angegebenen Bauart ist aus der DE-AS 11 02 474 bekannt. Die Vorkammer besitzt dabei einen zum Hauptbrennraum hin offenen Schußkanal sowie einen Ringwulst als Einschnürung zwischen Schußkanal und Brennkammer. Der Brennstoff wird durch den Ringwulst hindurch in den Schußkanal hinein abgespritzt.

Infolge der hohen Luftgeschwindigkeit im Schußkanal während des Verdichtungstaktes besteht die Gefahr, daß der Brennstoffstrahl in die Brennkammer abgedrängt wird, so daß die vorgesehene Zündung im Bereich der Ringwulst nicht eintreten kann. Da der Brennstoff durch den Ringwulst hindurch gespritzt wird, ist sie auch nicht geeignet, die Gemischbildung zu verbessern.

Ferner ist aus der DE-OS 35 90 066 eine Dieselbrennkraftmaschine der direkteinspritzenden Bauart mit einer im Kolben angeordneten Brennkammer bekannt, die etwa auf halber Brennkammerhöhe einen Ringwulst als Einschnürung besitzt, auf den der Brennstoff aufgespritzt wird. Von Nachteil ist, daß in der Einspritzphase nur ein Teil des Brennstoffes in einer bestimmten Kolbenlage auf den Ringwulst auftrifft, so daß eine gute Gemischbildung der insgesamt eingespritzten Brennstoffmenge nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Vorkammer der gattungsgemäßen Bauart die Gemischbildung weiter zu verbessern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale 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 Verbrennungsluft 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 Kraftstoffes, wodurch es zu einer ersten schnellen Zündreaktion kommt. Der restliche Kraftstoff bildet auf der Innenkante des Ringwulstes einen Kraftstoffilm, der von der Wirbelluft allmählich abgetragen wird. Hierdurch wird eine gleichmäßig gesteuerte Verbrennung des Kraftstoffes ohne übermäßige Druckspitzen bei möglichst geringen Verbrennungsgeräuschen 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.

Claims (3)

1. Dieselbrennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf eingesetzten Vorkammer mit einer um eine Vorkammerachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Brennkammer, die sich in einem verjüngten Brennkammerhals bis in den Hauptbrennraum fortsetzt und mit diesem durch die Durchtrittsöffnung in Verbindung steht, ferner mit einem radial in den Strömungsweg der durch den Brennkammerhals einströmenden Verbrennungsluft vorstehenden Ringwulst zur Umlenkung der Luft in Richtung auf die Vorkammerachse und mit einer im oberen Scheitelbereich der Brennkammer angeordneten Einspritzdüse, von der Brennstoff schräg zur Vorkammerachse in Richtung des Ringwulstes abgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (13) in die Brennkammer (4) auf halber Höhe angeordnet ist, auf dessen Innenkante (16) der Brennstoff in Form eines Kegelmantels aufgespritzt wird, und daß die Durchtrittsöffnung am Boden (7) des Brennkammerhalses (5) in mehrere unter flachem Winkel und tangential zur Innenmantelfläche (8) ausgerichtete Durchtrittsöffnungen (9) und eine konzentrisch zur Vorkammerachse (3) angeordnete Durchtrittsöffnung (12) aufgeteilt ist.

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.