DE873007C

DE873007C - Vorkammer-Dieselmaschine

Info

Publication number: DE873007C
Application number: DEP36852A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Nallinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1949-03-16
Filing date: 1949-03-16
Publication date: 1953-04-09

Description

Vorkammer-Dieselmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammer-Dieselmaschine, bei welcher der Brennstoff in die Vorkammer eingespritzt und der Vorkammerinhalt bei teilweiser Verbrennung des Brennstoffes durch die Druckerhöhung in .den Hauptbrennraum geblasen wird, wobei die im Zylinderraum verdichtete Luft am Ende :des Verdichtungshubes von den äußeren Zylin@derraumteilen im wesentlichen radial gegen die Vorkammermündung verdrängt und in eine Vertiefung im Kolbenboden abgelenkt wird, in welche auch der Vorkammerinhalt ausgeblasen wird.
Die Erfindung bezweckt vor allem eine möglichst gleichmäßige Mischung von Brennstoff und Luft und eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Vorkammerinhaltes auf die im Hauptbrennrau:m verdichtete Luft, so daß eine vollkommene und rasch sich vollziehende N"erbrennung und ein hoher Wirkungsgradl der Maschine erreicht wird. Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß die Kol.benvertiefung in an sich bekannter Weise ungedrosselt oder sich konisch gegen den Zylinderraum erweiternd mit diesem verbunden ist und, der die Vorkammer mit dem Hauptbrennraum verbindende Kanal im wesentlichen an derjenigen mittleren Stelle der Kolbenvertiefung, an welcher die radialen Strömungen der aus den äußeren Zylinderraumteilen durch den unvertieften Kolbenrand verdrängten Luft aufeinandertreffen, in Richtung des abgelenkten Luftstromes in die Kolbenvertiefung ausmündet.
Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen der Hauptteil der Ladeluft in eine vom Zylinderraum durch eineDrosselöffnung abgetrennte Wirbelkammer übergeschoben und das in der Vorkammer erzeugte Brennstoff-Gas-Gemisch derart in die Wirbelkammer eingeblasen wird, .daß der Vorkamrrierinhalt :dem in der Wirbelkammer erzeugten Luftwirbelentgegengerichtet ausgeblasen wird bzw. die in die Wirbelkammer eintretendie verdrängte Luft kreuzt. Infolge der Drosselwirkung zwischen Wirbelkammer und Zylinderraum entstehen jedoch Drosselverluste, welche den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzen.. Auch kann eine gleich gute Verteilung des Vorkammerinhaltes bei allen Drehzahlen infolge der sieh kreuzenden Bahnen von verdrängter Luft und Vorkammerinhalt nicht mit Sicherheit erreicht werden.
Es sind des weiteren Vorkammermaschinen bekannt, bei welchen die Vorkammer schräg und exzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist und durch einen mittleren Kanal in eine Kolbenvertiefung derart (ausmündet, daß ,der Vorkammerinhalt etwa tangential in die Kolbenvertiefung austritt. Doch findet auch in .diesem Fall eine nach allen Seiten gleichmäßige Verteilung des Vorkammerinhaltes durch die vom Kolbenrand verdrängte Luft innerhalb. der Kolbenvertiefung nicht statt.
Durch die Erfindung wird demgegenüber der Vorteil erzielt, daß der bereits teilweise brennende bzw. zur Verbrennung weitgehend aufbereitete Vorkammerstrahl unmittelbar an der Au.smündung des Verbindungskanals von .der verdrängten Luft erfaßt und infolge seiner gleichgerichteten Ausströmung gleichmäß ig allseitig über die Kolbenvertiefung verteilt wird. Verbrennung und Verbrauch werden dadurch begünstigt. Gleichzeitig wird infolge der Ausblasung in eine Kolbenvertiefung ein unmittelbares Auftreffendes heißen Vorkammerstrahles auf den Kolbenboden und ,damit eine besonders hohe örtliche thermische Beanspruchung des Kolbens vermieden. Die ungedlrosselte Verbindung der Kolbenvertiefung mit dem Zylinderraum begünstigt weiter in wirksamer Weise die Leistung der Maschine.
Die Vorkammer kann zentral oder seitlich zur Zylinderachse angeordnet sein. In letzterem Fall, also bei zur Zylinderachse versetzt Verbindungskanal zwischen Vorkammer und 11auptbrennraum-, wird erfindungsgemäß bei zur Zylinderachse versetzter Kolbenvertiefung auch die letztere zur Vorkammermündung versetzt angeordnet, derart, daß die unsymmetrischen Strömungen der verdrängten Luft vor oder ungefähr vor der Vorkammermündung gegeneinandertreffen und an dieser Stelle in die Kolbenvertiefung abgelenkt werden.
In der Zeichnung sind, in den A'lbb. i bis q. vier Ausführungsbeispiele für die Vorkammer-Dieselmaschine gemäß der Erfindung echem:atisch dargestellt.
Im Maschinenzylinder a z. B. einer Viertakt-Dieselmaschine gleitet der Kolben b, welcher im oberen Tatpunkt so nahe wie möglich an den z. B. wassergekühlten Zylinderkopf c mit den Ventilen d herantritt und dadurch (wie durch Pfeile angedeutet) die über den äußeren. Umfanigspartien des Kolbens befindliche Luft aus dem schmalen Spalt e radial nach innen zur Kolbenvertiefung f verdrängt. Letztere nimmt hierbei zweckmäßig Aden Hauptteil der Verbrennungsluft im oberen Kolbentotpunkt auf. Der Brennstoff wird durch eine Düse g in eine Vorkammer h eingespritzt, in welcher er teilweise verbrannt wird, so daß .der Vorkammerinhalt infolge der Druckerhöhung in der Vorkammer über den Verbin:dungs- oder Überströmkanal i in die Kolbenvertiefung f (in Richtung des mittleren Pfeiles) ausgeblasen wird. Vorkammer -und Kolbenvertiefung sind hierbei jeweils derart zueinander angeordnet, daß der Vorkammerinhalt in die sich treffenden Luftströme, und zwar in Richtung ihrer abgelenkten Strombahnen ausbläst und dadurch von der Luft auf die Kolbenvertiefung verteilt wird.
Einspritzdüse g und z. B. düsenförmiger Verbindungskanal i liegen ferner jeweils gleichachsig zueinander, so daß bei genügendem Einspritzdiruck derBrennstoff insbesondere bei niederenDrehzahlen und beim Anlassen durch :die Vorkammer hindurch bis in die Kolbenvertiefung und damit in die (insbesondere beim - Anlassen) heißesten Teile des Hauptbrennraumes gelangen und dort Initialzündung bewirken kann.
Zur Erzielung einer besonders scharfen, gegen die Vorkammermündun@g :gerichteten Luftströmung kann die Kolbenvertiefung f gegen den Umfangsteil des Kolbens scharf oder verhältnismäßig scharf abgesetzt sein.
In Abb. i ist die z.. B. kugelförmige Vorkammer la und dementsprechend auch die Kolbenvertiefung f zentrisch zur Achse des- Maschinenzylinders angeordnet. Die Vorkammer mündet durch einen z. B. düsenförmigen Verbindungs- oder Überströmkanal in den Hauprbrenriraum bzw. in die Kolbenvertiefung aus:.
In Abb. 2 ist die Vorkammer, z. B. seitlich neben den Ventilen im wassergekühlten Zylinderkopf, exzentrisch und schräg zur Zylinderachse angeordnet. Die Kolbenvertiefung f ist in diesem Fall ebenfalls zur Zylinderachse versetzt. Da hierdurch zur Achse der Kolbenvertiefung unsymmetrische Luftströmungen entstehen, mündet zweckmäßig die Vorkammer entsprechend den iaußerhalb der Mitte der Kolbenvertiefung zusammentreffenden Luftströme exzentrisch in die Kolbenvertiefung aus.
In Abb. 3 ist,die Kolbenvertiefung f entsprechend der Schräglage der Vorkammer lt ebenfalls schräg angeordnet, wobei die Achsen von Vorkammer und Kolbenvertiefung im wesentlichen zusammenfallen oder unter Berücksichtigung der unsymmetrischen Strömungsverhältnisise zueinander versetzt sein können. Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach Abb.,i und 2 besitzt die Vertiefung f ferner eine zum Durchmesser größere Tiefe"so,daß dem in die Vertiefung austretenden Vorkammerstrahl eine besonders freie Entfaltungsmöglichkeit gegeben ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Abb. q. erweitert sich die Kolbenvertiefung etwas konisch gegen den Zylinderraum. Die Vorkammer mündet entsprechend der zur Zylinderachse exzentrischen Anordnung wieder mit leichter Exzentrizität zur Achse der Kolbenvertiefung in diese aus.
Die Maschine kann als Zweitakt- oder Viertaktmaschine betrieben und für beliebige Zwecke, insbesondere auch als schnell laufende Fahrzeug- Dieselmaschine, verwendet werden. Die Vorkammer kann im Zylinderkopf eingegossen oder in diesen eingesetzt sein. Auch kann der Austrittskanal der Vorkammer durch ein besonderes Einsatzstück oder Futter gebildet werden.
Die Vorkammer kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein und durch eine oder mehrere Öffnungen mit dem Zylinderraum in Verbindung stehen bzw. in die Kolbenvertiefung ausmünden. Auch kann der Durchtrittsquersehnitt des Verbindungskanals in mehrere Durchtrittskanäle unterteilt sein, welche sich vor der Ausmündung in ,die Kolbenvertiefung wieder zu einer gemeinsamen Austrittsöffnung vereinigen können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorkammer-Dieselmaschine, bei welcher der Brennstoff in die Vorkammer eingespritzt und der Vorkammerinhalt bei teilweiser Verbrennung des Brennstoffes durch die Druckerhöhung in den Hauptbrennraum geblasen wird, wobei die im Zylinderraum verdichtete Luft am Ende des Verdichtungshubes von den äußeren Zylinderraumteilen im wesentlichen radial gegen die Vorkammermündung verdrängt und in eine Vertiefung im Kolbenboden abgelenkt wird, in welche auch der Vorkammerinhalt ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, (daß die Kolbenvertiefung in an sich bekannter Weise ungedros-selt oder sich konisch gegen den Zylinderraum erweiternd mit diesem verbunden ist und der die Vorkammer mit dem Hauptbrennraum verbindende Kanal im wesentlichen an derjenigen mittleren Stelle der Kolbenvertiefung, an welcher,die radialen Strömungen der aus den äußeren Zylinderrauimteilen durch den unvertieften Kolbenrand verdrängten Lüft aufeinandertreffen, in Richtung des abgelenkten Luftstromes in die Kolbenvertiefung ausmündet.
2. Vorkammer-Dieselmaschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, @d@aß bei zur Zylinderachse versetzter, gegebenenfalls schräg gerichteter Ausmündung der Vorkammer und bei zur Zylinderachse versetzter Kolbenvertiefung die letztere auch zur Vorkammermündung versetzt angeordnet ist, derart, d@aß die unsymmetrischen Strömungen der verdrängten Luft vor oder ungefähr vor der Vorkammermündung gegeneinandertreffen und an dieser Stelle in die Kolbenvertiefung abgelenkt -werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 743 702, 727 959, 586 231, 479 ISI, 715 75o. 699 425; französische Patentschrift Nr. 899 598; Dipl.-Ing. F. M ay r, Ortsfeste und Schiffsdieselmotoren, 1048, Abb. 230.