DE849780C - Insbesondere fuer Kraftfahrzeuge bestimmte, mit haengenden Ventilen im Zylinderkopf ausgeruestete sowie mit Luftverdichtung und Selbst-zuendung arbeitende Brennkraftmaschine - Google Patents

Insbesondere fuer Kraftfahrzeuge bestimmte, mit haengenden Ventilen im Zylinderkopf ausgeruestete sowie mit Luftverdichtung und Selbst-zuendung arbeitende Brennkraftmaschine

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DE849780C DEM3861A DEM0003861A DE849780C DE 849780 C DE849780 C DE 849780C DE M3861 A DEM3861 A DE M3861A DE M0003861 A DEM0003861 A DE M0003861A DE 849780 C DE849780 C DE 849780C
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Description

  • Insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte, mit hängenden Ventilen im Zylinderkopf ausgerüstete sowie mit Luftverdichtung und Selbst-- zündung arbeitende Brennkraftmaschine Die 1?rhndung bezieht sich auf eine insbesondere flii,r Kraftfahrzeuge bestimmte, mit hängenden Ventilen im Zylinderkopf ausgerüstete sowie mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Bretitikraftntaschine, bei der gegen l?tide des \,erdichtungshubes Brennstoff in eine im Zylinderkopf angeordnete Breinikainnier eingespritzt wird.
  • Bei solchen Brennkraftmaschinen sind schon Brennkammern verschiedenster Forin verwendet worden. Bei der erwünschten zentralen oder nahezu zentrale» Lage derselben zur "Zylinderbohrung war es bisher jedoch nicht möglich, einen zur Erzielung des besten Wirkungsgrades genügend großen "heil des Luftvolumens am Ende der Verdichtung in der bret»>kanimer unterzubringen, eine genügend Breite für die Zerstäubung des Brennstoffs besonders vorteilhafte Form der Brennkaminer zu erhalten oder sogar zu erreichen, daß nur der kleinste Teil des Verdichtungsvolutnens, der sich wegen des zwischen dein Kolbenboden und dem Zylinderkopf erforderlichen Sicherheitsabstandes nicht weiter verkleinern läßt, außerhalb der Kammer im Zylinder liegen würde. Auch war es in diesem Fall nicht möglich, eine Brennkammer mit Kugelform oder nahezu Kugelform auszuführen.
  • Verhältnismäßig günstige Verhältnisse sind dagegen bei Einbau einer Brennkammer im Kolben erreichbar, da dabei ein großes Volumen in der Brennkammer untergebracht und der Kolben auf den geringsten Abstand an den Zylinderkopf herangeführt werden kann sowie zentrale Anordnung, damit gleichmäßige Erwärmung. des Kolbens, infolgedessen kein Verziehen des Kolbenhemdes, und gleichmäßige Durchwirbelung möglich sind. Diesen Vorteilen von Brennkammern im Kolben stehen jedoch grundsätzliche Nachteile derselben gegenüber, welche die angestrebte Erhöhung der Leistung und Verminderung des Brennstoffverbrauchs ungülnstig beeinflussen. Sie bestehen neben der erheblichen tErhöhung des Kolbengewichts vor allem in dem starken Wärmeabfluß aus der Brennkammer und der dadurch gesteigerten Ausdehnung des Kolbens.
  • Um bei Brennkammern ein Abbröckeln und Abschmelzen der sehr hohe Temperatur erreichenden Brennkammerpforte zu verhindern, kann diese nicht so eng gehalten werden, wie zur besten Verwirbelung der Verbrennungsluft und damit der Erzielung der günstigsten Verhältnisse hinsichtlich Verbrennung und Wirkungsgrad an sich zulässig wäre. Mit der bei einer derart engen Pforte sich ergebenden starken Wirbelung sind andererseits bei den bisherigen Ausführungen für eine gute Verbrennung schädliche Wärmeverluste an den Brennkammerwänden verbunden.
  • Bei Brennkammern im Kolben müssen außerdem. die Abmessungen der Brennkammerpforte auch deshalb verhältnismäßig groß gehalten werden, da von einer sonst erwünschten Geschwindigkeit der austretenden Gase ab, die anfangs eine Temperatur von über 2000° C besitzen, die Ventilteller unzulässig erhitzt werden und sich verziehen, weil sie direkt und einseitig von den Feuerstrahlen getroffen werden. Eine Brennkammer im Kolben erfordert außerdem eine Mehrlochdüse, da die Strömung der Luft in der gleichen Richtung erfolgt, wie die des Brennstoffs. Zur Verbesserung der Durchmischung wurden auch schon wiederholt Versuche mit Einführen eines am Zylinderkopf angebrachten Verdrängerstücks in die Brennkammerpforte vorgenommen. Sie hatten jedoch wegen mangelnder Haltbarkeit des Verdrängerst'ürks keinen Erfolg. Bei einem am Kolben angebrachten Verdrängerstück für eine Brennkammer im Zylinderkopf trifft dieser Nachteil in noch stärkerem Maße zu.
  • Durch die Erfindung wird eine Bauart einer Brennkraftmaschine mit hängenden Ventilen sowie einer Brennkammer großen Volumens im Zylinderkopf angegeben, bei der die Vorteile der im Kolben angeordneten Brennkammer ohne deren Nachteile erzielt, die ungünstigen Formen der bisher im Zylinderkopf angewandten Brennkammern vermieden werden und große Ventilquerschnitte und rasches Öffnen derselben möglich sind. Nach der Erfindung werden fürr Einlaß und Auslaß zusammen mehr als vier Ventile und eine mehr als die Hälfte, beispielsweise 6o % des Verdichtungsvolumens aufnehmende Brennkammer vorgesehen, deren Achse mit oder annähernd mit der Zylinderlängsachse zusammenfällt. Im weiteren Ausbau der Erfindung kann eine Brennkammer vorgesehen werden, die bei den bei Dieselmotoren üblichen Verdichtungsverhältnissen von beispielsweise 1 : 13 bis i : 20 .etwa 8o his go% des Verdichtungsvolumens aufnimmt, so daß sich nur der kleinste, nicht vermeidbare Teil des Verdichtungsvolumens im Zylinderraum befindet. Durch die Erfindung wird ein für die Verbrennung; sehr günstiges Volumen der Brennkammer bei der günstigsten Lage und Form derselben erzielt, wie dies bisher nicht möglich war. Die bei seitlich angeordneten Kammern entstehenden einseitigen Erhitzungen am Kolben und zum Teil auch am Zylinderkopf sind bei der Erfindung sicher vermieden.
  • Die, Form der Brennkammer kann beliebig ausgeführt werden, sie wird mit Vorteil, wie an sich bekannt, kugelig oder nahezu kugelig gemacht. Entgegengesetzt zur Eintrittspforte befindet sich die Brennstoffeinspritzung. Für die Brennstoffeinspritzung kann eine Schirmdüse verwendet werden; der entstehende Brennstoffschleier wird durch die Luftströmung nicht, wie dies sonst meist der Fall ist, auf kleinere, sondern auf größere Durchmesser gedrückt und deshalb aufs feinste zerstäubt. Bei der Erfindung ist der den höchsten Temperaturen ausgesetzte Teil der Einspritzdüse besonders wirksam vom Kühlmittel umspült.
  • Im weiteren Ausbau der Erfindung wird jedes der um die Brennkammer herum im Zylinderkopf angeordneten Ventile durch einen besonderen Nocken gesteuert; dadurch wird infolge der geringeren zu beschleunigenden 'fassen der kleineren Ventile gegenüber der Betätigung durch einen gemeinsamen Nocken und Schwinghebel für mehrere Ventile ein rascheres Öffnen und Schließen und dadurch wesentlich bessere Füllung und besseres Ausspülen der Auspuffgase erreicht.
  • Um die Temperatur der dem Austritt aus der Brennkammer gegenüberliegenden Kolbenstellen niedrig zu halten, kann in Verbindung mit dem Zylinderkopf nach der Erfindung ein gesteuerter Durchlauf von Kühlöl durch den Kolben vorgesehen werden. Trotz der großen Brennkammer mit günstigstem engem Durchmesser der Pforte tritt kein Verziehen der Ventile ein, da der aus der Brennkammer austretende Feuerstrahl nicht gegen die Ventile gerichtet ist.
  • Die Brennkammerpforte kann hei der neuen Anordnung eng gehalten werden, cla sie gut gekühlt werden kann und andererseits durch die Ausbildung der Brennkammer keine großen Wärmeverluste durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in derselben entstehen. Dies ist dadurch ermöglicht, daß nach der Erfindung die Brennkammer aus zwei Hauptteilen besteht, von denen der innere Teil aus einem zunderfesten Baustoff, der äußere Teil aus einem Baustoff hoher Kaltfestigkeit besteht. Zwischen den beiden Teilen der Brennkammer ist ein schmaler Spalt vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise wird der Zvlinderkopf und die Brennkammer so ausgebildet, daß dieselbe, wie an sich bekannt, als Ganzes in den Zylinderkopf einsetzbar ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung der Brennkammer läßt sich mit Vorteil eine besonders günstige Verwirbelung der Verbrennungsluft erzielen durch ein in bekannter Weise am l@ollteiilio(lett angeordnetes Verdrängerstücl<, (las kurz vor dein oberen Totpunkt in die lirennratimltforte eindringt.
  • Eilte besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindulig ergibt :ich durch die Anordnung von drei l?itilal.i- und (frei Auslaßventilen am Umfang der Z%-litiderl)olirtitir;. wobei eitle kugelförmige Brennkammer großen Volumens zwischen den Ventilen untergebracht werden kann.
  • Die Erfindung bietet für Dieselmotoren neue weitgehende :Möglichkeiten. Sie erfüllt alle Hauptforderungen, die hei Dieselmotoren zur Steigerung der Leistung, Verminderung des Brennstoffverbrauchs, Erhöhung der Drehzahl und ruhigen Gang gestellt werden, in einem bisher nicht erreichten Grade. Sie ermöglicht damit die Anwendung schnell laufender Dieselmotoren an Stellen, wo bisher nur schnell laufende Ottomotoren oder langsam laufende 1)ieselittotoreit .\tiwendung finden konnten.
  • In der Zeiclinting ist in den Fig. 1, 2 und 3 als .\usführungsl,eisl>i@l für ein; liretitikraftitiascliine nach der Erfindung ein Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Fig. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Zylinder, und zwar nach der Linie A-B-C-D-E der Fig. 2. Die letztere stellt in ihrem unteren Teil einen Ouerschnitt nach der Linie F-G der Fig. i, in ihrem oberen Tvil eilten soldhell nach der 1_inie £t-1_ der Fig. i, Fig. 3 eitlen solchen nach der Linie H-1 der Fig. i dar. Fig. 4 zeigt eilte Brennkammer nach der Erfindung.
  • 111 den 1#i-. 1 bis 3 bedeuten: i einen Zylinderkopf, 2 eitle Zylinderbüchse, 3 eine Dichtung zwischen diesen Teilen, 4 einen Kühlmantel an dem die Zylinderbü chse 2 umgebenden Kurbelgehäuse, 5 Einlaßventile, 6 Auslaßvelttile, 7 Einlaßkanäle, 8 Auslaßkanäle im Zylinderkopf, 9 eitle Einlaßventilfeder, to eine Atislaßventilfeder. i 1 ist eitle Einlaßnockenwelle. 12 eilte Auslalinockenwelle. 13 sind Einlaßttocken, 14 Auslaßnocken. 15 und 16 Schwinghebel für die Eimaß- und die Auslaßventile, 1 7 und 18 Wellen. auf (leiten die Schwinglteliel 1 3 und 16 gelagert sind. i9 ist ein Deckel Tiber (lein Zylinderkopf, in dem die Wellen i 1, 12. 17 und t8 in Z\\-1SCIteltw-ätt(lett 20 gelagert sind.
  • 21 ist eitle liretinkatnnier, die mit dem Gewinde 22 auf einen hals 23 aufgeschraubt ist, der einen Durchgang (Pforte) 24 besitzt. Zwischen dem Zylinderkopf und der Breilnkamnter ist eine DichtUng 25 eiltgelegt, 26 ist eilte Brennstoffdüse, welcher durch die Zuleitung 27 Brennstoff zugeführt wird. Durch eilte Vberwurfmutter 28 wird die Zuleitung 27 alt der die Fortsetzung der Brennkammer bildenden Büchse 29 gehalten. 30 ist eine weitere Überwurfmutter, durch welche der Kühlrahm des Zylinderkopfes an der Büchse 29 abgedichtet wird. 31 und 34 sind Kanäle für Kühlmittel auf der Einlaß- und auf der Auslaßseite. 32 und 35 sind Gummidichtungen, 33 und 36 Kanäle, sämtliche für (las Kühlmittel heim Übergang zwischen dein lZ,iiltlmantel und dem Zylinderkopf i. 37 und 38 sind Befestigungsbolzen auf der Einlaß- und auf der Auslaßseite des Zylinderkopfes zum Befestigen desselben auf dem Kurbelgehäuse. 39 ist der die Brennstoffdüse umgebende Ring im oberen Teil der Brennkammer 21.
  • fit Fig. 4 bedeuten: 41 das Unterteil einer Brennkammer, das mit dem Oberteil 42 derselben verschweißt ist, 43 das Unterteil einer die Brennkammer umgebenden Schale, das mit dein Oberteil .4.4 dieser Schale nach dem Einbringen der Brennkammer verschweißt wird. 45 ist das all dem Schalenunterteil 43 vorgesehene Gewinde zur Befestigung der gesamten Brennkammer am Zylinderkopf. 46 ist eine mit dem Schalenoberteil 4-1 der Brennkammer verbundene Büchse, die innen die Brennstoffdüse und einen Teil von deren Zuleitung aufnimmt und oben ein Gewinde 47 für die Befestigung der Brennstoffzuleitung besitzt. 48 ist eine Eindrehung an der Büchse 46, 49 ein Einpaß, durch den die Teile 42 und 44, 5o ein weiterer Einpaß, durch den die Teile 41 und 43 ineinander zentriert sind. 51 ist eine an dem Unterteil 41 der Brennkammer angeordnete Büchse, welche den Durchgang 52 zu dem Hauptbrennraum des Zylinders enthält.
  • 53 ist ein Spalt zwischen den Teilen 41 und 43 der Brennkammer einerseits und den Teilen 42 und 44 der Schale andererseits.
  • Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Zylinderkopf nach der Erfindung sind drei Einlaß- und drei Auslaßventile vorgesehen. Die zwischen diesen in der Zylinderachse angeordnete Brennkammer 21 nimmt mehr als die Hälfte des Verdichtungsvolumens auf. Je nach dem begebenen Verdichtungsverhältnis kann sie bis etwa 8o bis go% des Verdichtungsvolumens aufnehmen. Eine derart große Brennkammer kann auch noch bei fünf Ventilen, z. B. drei Einlaß- und zwei Auslaßventilen, in dem Zylinderkopf untergebracht werden, dagegen ist dies bei einer kleineren Anzahl Ventile, beispielsweise hei vier Ventilen nicht möglich, wenn man die für eine hohe Leistung des Xfotors ausreichenden Ventilquerschnitte vorsehen will. Die Brennkamitter 21 braucht nicht genau in der Mitte des Zylinders zu liegen, es sind auch gewisse Abweichungen von der zentralen Lage möglich. Die Brennkammerpforte 2.4 ist, da sie ringsum frei im Kühlmittel liegt, gut gekühlt, und auch bei der Brennstoffdüse ist dies der Fall, da diese in dem sie umgebenden Ring 39 der Brennkammer durch die angegebene zurückgedrehte Form desselben der intensiven Wirkung des Kühlmittels ausgesetzt ist.
  • Bei dem gezeigten Zylinderkopf wird sowohl jedes der drei Einlaßventile 5 als auch jedes der drei Auslaßventile 6 von einem besonderen Nocken 13 bzw. 14 bewegt. Die bei der Erfindung gegenüber üblichen Ausführungen kleineren zu bescbleunigendett Ventilmassen können durch die einzelnen Nocken wesentlich rascher bewegt, also die Ventile rascher geöffnet und geschlossen und damit längere Zeit voll offen gehalten werden, wodurch bessere Füllung und besseres Ausspülen eitles Zylinders und damit höhere Leistung erreicht wird. Die Kühlflüssigkeit wird aus dem Mantel 4 durch die Bohrung 36, die Dichtung 35 und die Bohrung 34 in die Kühlräume des Zylinderkopfs eingeführt und tritt durch die Bohrung 3i, die Dichtung 32 und die Bohrung 33 in einen anderen Teil des Kühlmantels über.
  • Der Boden des Zylinderkopfs in dem Hauptbrennraum ist bei der gezeigten Ausführung elfen ausgeführt oder kann annähernd eben ausgeführt werden. Die Ventile ragen im geschlossenen Zustand Über die Bodenfläche nicht hervor, der Kolben kann deshalb bis auf den kleinsten bei den auftretenden Fabrikationstoleranzen erforderlichen Abstand, beispielsweise i bis 1,.5 mm, an den Boden herangefiihrt werden.
  • Bei der in der Fig.4 dargestellten Ausführung sind die Teile 4i und 42 aus einem zunderfesten Baustoff hergestellt, der gegen hohe Temperaturen sehr widerstandsfähig ist, während die Teile 43 und 44. die ja durch das den Zylinderkopf durchströmende Kühlmittel allseitig gut gekühlt werden, aus einem Baustoff hergestellt sind, der hohe Festigkeit hei normalenTemperaturen besitzt. DieWandstärke der Teile 41 und 42 und die Stärke des Luftspalts 53 ist so Bemessen, daß durch die sich dabei ergebende verschieden starke Abführung der Wärme selbsttätig eine solche Temperatur der Wand der Brennkammer einstellt, daß der günstigste Verlauf der Verbrennung erzielt wird.
  • Die ;Erfindung ist besonders bei Zylindern mit größerer Bohrung, insbesondere von etwa 120 inm an, von Vorteil.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: t. Insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte, mit hängenden Ventilen ini Zylinderkopf ausgerüstete sowie mit Luftverdichtung und arbeitende Brenn'kraftniaschine, bei der gegen Ende des Verdichtungshubes Brennstoff in eine im Zylinderkopf angeordnete Brennkammer eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für 1?iil- und Auslalß zusammen mehr als vier um die Brennkaininer herum angeordnete Ventile vorgesehen sind und daß eine mehr als die Hälfte des Verdichtungsvolumens aufnehmende Brennkammer, deren Längsachse finit oder annähernd finit der Zvlinderlängsachse zusammenfällt, angeordnet ist. z. Brenlkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer etwa 8o bis go% des verdichteten Luftvolumens aufnimmt. 3. lirenlkraftinascliine »ach /litspruch i oder 2, dadurch gekeniizeiclitiet, daß die Breinikaininer aus einem inneren "feil aus zunderfestein Baustoff und eirein äußeren "feil aus einem Baustoff hoher Kaltfestigkeit besteht und daß zwischen beiden Teilen ein Luftspalt vorgesehen ist. 4. Zylinderkalif nach .lnairuch 3, dadurch gekennzeichnet, dala die I>renlkamnier als Ganzes in den Zylinderkopf einsetzbar ist. j. Zylinderkopf nach =@nsliruch t, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, claß das Verhältnis der Höhe zum Dnrchinesser des Innenraums der Brennkammer etwa gleich i oder wenig größer oder kleiner als i Beinacht wird. 6. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden _11s1>rüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Brenlikaninier kugelförmig oder kugel'ihnlich ausgeführt ist. 7. Brepnkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenlstoff<kise der Breinikamnierpforte gegenüber angeordnet ist. B. Brennkraftmaschine nach einem Gier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekentizeichtiet, daß der untere 'feil des Geliüuses der Brennstoffdüse durch das Kühlmittel des Zylinderkopfes gekühlt wird. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ventil in an sich bekannter Weise je eine besondere Steuerungsvorrichtung zugeordnet ist. io. Brennkraftniaschine nach Anspruch i oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Einlaß- und drei Auslaßventile vorgesehen sind. i i. Brennkraftmaschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben an seiner Unterseite in an sich bekannter Weise eine durchgehende ebene Flache aufweist, über die die Ventile nicht oder nicht wesentlich hervorragen. 12. Brennkraftinaschine nach eirein oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines durch einen besonderen Olkreislauf gekühlten Kolbens, insbesondere mit Kühlung derjenigen Bodenflächen, die von deii aus der Brennkammer austretenden heißen Gasen direkt getroffen werden. 13. Brennkraftniaschine hach eirein oder mehreren der vorhei-Bchenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die \'c#rwelidiltig eines Kolbens mit einem @'erdrüiigerans<ttz. fier gegen (Ende des Verdichtungshubes in die @rrmikaminerpforte eindringt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1258654B (de) * 1965-12-10 1968-01-11 Maybach Mercedes Benz Motorenb Fluessigkeitsgekuehlter Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen
FR2620490A1 (fr) * 1987-09-14 1989-03-17 Ngk Insulators Ltd Structure de chambre de precombustion en ceramique pour moteur a combustion interne

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