DE943438C

DE943438C - Mit Luftverdichtung und Selbstzuendung arbeitende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE943438C
Application number: DED2258D
Authority: DE
Inventors: Otto Schilling
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1944-02-15
Filing date: 1944-02-15
Publication date: 1956-05-17

Description

Mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Brennkraftmaschine Bei den meisten mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen mit Einspritzen des flüssigen Kraftstoffes in eine vom Zylinderraum abgesetzte Brennkammer erfolgt die Brennstoffaufbereitung in der Brennkammer durch eine scharfe Luftbewegung, die durch eine oder mehrere, mehr oder weniger enge überströmbohrungen zwischen Brennkammer und Hubraum erzeugt wird. Eine Sonderbauart der oben charakterisierten Brennkraftmaschinen bilden die Wirbelkammermaschinen, bei denen die Luftbewegung in Gestalt eines gesteuerten Luftwirbels auftritt, der im Vergleich zu anderen Brennkammerformen eine etwas größere überströmöffnung gestattet, wobei sich kleinere innere Drosselwiderstände ergeben.
Bei den üblichen Ausführungsformen - solcher Wirbelkammermaschinen ist die Wirbelkammer durch einen verhältnismäßig langen überströmkanal von überall zylindrischem Querschnitt mit dem Hubraum verbunden. Der Kolbenboden ist vollständig eben ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Drosselwiderstände im Überströmkanal, die von großem Einfluß auf den Brennstoffverbrauch sind, noch weiter zu verkleinern und die in die Wirbelkammer einströmende Luft schon frühzeitig möglichst verlustlos zu einer rotierenden Wirbelbewegung zu zwingen.
Die Erfindung bezieht sich im einzelnen auf eine mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Brennkraftmaschine mit einer seitlich im Zylinderkopf angeordneten, im wesentlichen kugelförmigen Brennkammer, die durch einen tangential in sie einmündenden Kanal mit dem Hubraum in Verbindung steht und am Ende des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt, in die gegen Ende des Verdichtungshubes durch eine der Mündung des Überströmkanals gegenüberliegende Einspritzdüse flüssiger Kraftstoff teils durch den Überströmkanal hindurch in Richtung, auf -den Kolbenboden zu und teils auf die der Zylinderachse zu gelegene Seite der Brennkamrner gespritzt wird. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Überströmkanal zu der dicht über dem= Hubraum angeordneten Wirbelkammer auf seiner von der Zylinderachse abgelegenen Seite durch eine tangential in die Kammeroberfläche einmündende Ausfräsung begrenzt wird, welche bei innerer Totpunktstellung des Kolbens durch eine Flanke eines Verdrängeransatzes am Kolben abgedeckt ist, dessen andere, tangential zur Kammeroberfläche verlaufende Flanke mit sanfter Krümmung in die Kolbenoberfläche übergeht, und zwar derart, daß gleichfalls bei innerer Totpunktstellung des Kolbens zwischen dem Verdrängeransatz und der Begrenzungsfläche des Überströmkanals ein an die Oberfläche der Wirbelkammer tangierender Überströmspalt verbleibt.
Im Gegensatz zu den obenerwähnten üblichen Ausführungsformen sitzt bei der Erfindung die Brennkammer dicht über dem Hubraum, also ohne Zwischenschaltung eines längeren Überströmkanals. Dies hat im wesentlichen drei Vorteile: Die Drosselwiderstände werden kleiner, die heiße Verdichtungsluft wird bei. ihrem Eintritt in die Wirbelkammer nicht über eine längere Strecke an der kühlenden Wand des überströmkanals entlanggeführt, und die Luft erfährt nicht eine zweifache Richtungsänderung wie bei den üblichen Ausführungsformen (einmal am Kolben und ein zweites Mal in der Wirbelkammer).
Die (bei den bekannten Maschinen nicht vorhandene) tangential in die Kammeroberfläche einmündende Ausfräsung des Überströmkanals faßt die vom Hubraum herkommende Verdichtungsluft zu einem scharfen Strahl in Wirbelrichtung zusammen, sie sorgt also dafür, daß die in die Kammer einströmende Luft schon frühzeitig zu einer rotierenden Wirbelbewegung gezwungen wird. Der Überströmkanal kann daher zur Erzielung kleiner Drosselverluste verhältnismäßig weit gehalten werden.
Die durch die Ausfräsung unterstützte Wirbelbewegung wird durch die Verengung des Überströmquerschnitts durch den Verdrängerarisatz am Kolben noch verstärkt, so daß auch aus diesem Grunde der Überströmkanal ohne Schaden für die Ausbildung eines ausgeprägten Wirbels weit gehalten werden kann.
Derartige Ansätze an sich sind bekannt. So weist eine bekannte Brennkraftmaschine einen zentral in den Überströmkanal einer birnenförmigen Brennkammer eindringenden Kolbenansatz auf, der die Aufgabe hat, die gesamte Luft in der Brennkammer zu konzentrieren, so daß sich im inneren Kolbentotpunkt keine Luft in dem-Überströmkanal mehr befindet. Im Gegensatz zu der Erfindung tritt hier keine Wirbelbewegung auf, so daß auch die erfindungsgemäßen Verbesserungen an Wirbelkammermaschinen nicht verzeichnet werden können.
Bei einer anderen Bauart am Kolbenansatz befindet sich der Hauptteil des Verbrennungsraumes seitlich vom Zylinder. Der Kolben deckt mit seinem seitlich angebrachten Ansatz den völlig offenen und der durchströmenden Luft keinerlei Wirbelbewegung erteilenden Übergang vom Hubraum zum seitlichen Verbrennungsraum ab. Der Ansatz bildet im inneren Totpunkt des Kolbens einen Spalt mit dem Zylinderkopf. Die durch diesen Spalt hinausgedrückte, noch über dem Kolben befindliche Restluft erteilt der Luft im seitlichen Verbrennungsraum im letzten Augenblick eine Wirbelbe`vegung. Auch hier handelt es sich um keine Wirbelkammer im üblichen .Sinne, denn die Luft erhält erst am Ende des Kolbenhubes eine rotierende Bewegung. Sie wird also keineswegs frühzeitig zu einer solchen Wirbelbewegung gezwungen wie bei der Erfindung, wo außer der prinzipiellen Anordnung eines tangential in die Wirbelkammer 'einmündenden Überströmkanals auch noch durch die Ausfräsung eine zusätzliche Führung vorgesehen ist.
Zusätzlich könnte man bei der Erfindung noch eine stromlinienförmige Anpassung des Überströmquers-chnitts an die in%besondere -gekrümmte schaufelartige Oberfläche der Verdrängernase vornehmen, doch ist eine solche nicht unbedingt notwendig, da die Beschleunigung der Luft dann, wenn sich der Arbeitskolben seiner oberen Totlage nähert, in dem Raum zwischen Kolben und' Zylinderkopf so groß ist, daß sich diese nicht von der Leitfläche Ales Verdrängers löst. - `' In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt Abb. z einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt des Zylinders einer mit einer Wirbelkammer versehenen Dieselmaschine, Abb. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf, nach der Linie II-II von Abb. r.
Wie die Abbildungen zeigen, ist in dem z. B. wassergekühlten Zylinderkopf r, seitlich über dem Hauptbrennraum 2, eine kugelige Wirbelkammer 3 angeordnet, in welche eine Einspritzdüse q, gegen Ende der oberen Totlage des Arbeitskolbens 5 einen Strahl flüssigen Brennstoffes von oben her so gegen die Überströmöffnung 6, nahe am Zentrum der Wirbelkammer vorbei in die letztere einspritzt, daß ein Teil des Brennstoffes unmittelbar in den Hauptbrennraum 2 eingespritzt wird, während der andere Brennstoffanteil auf den die Überströmöffnung 6 begrenzenden Wandabschnitt der Wirbelkammer auftrifft, und zwar auf der dem größeren Zylinderraumabschnitt zugekehrten Seite. Die Überströmöffnung 6 mündet tangential in die Wirbelkammer ein und hat an sich einen derart großen Querschnitt, daß wesentliche Drosselverluste nicht entstehen.
Gemäß der Erfindung weist nun der Arbeitskolben 5 unterhalb der Überströmöffnung 6 eine kleine Verdrängernase 7 auf, die bei oberer Totlage des Arbeitskolbens 5 den Querschnitt der Überströmöffnung 6 nahe der zunächstliegenden Zylinderwand des Hauptbrennraumes 2 einseitig ausfüllt und eine vorzugsweise leicht gekrümmte, schaufelartige Oberfläche aufweist, die einen sanften Übergang von der im übrigen flachen Kolbenbodenfläche nach der Wand der Kugelkammer bildet. Zusätzlich ist in der letzteren, etwa dort, wo bei oberer Kolbentotlage die Spitze der Nase 7 zu liegen kommt, eine Rinne 8 vorgesehen, die bereits eine Wirbelbewegung der in die Brennkammer 3 einströmenden Luft einleitet, bevor der Arbeitskolben 5 seine obere Totlage erreicht hat.
Die Wirkungsweise der oben geschilderten Anordnung ergibt sich aus den Abbildungen und obigen Angaben ohne weiteres, und ist an sich nicht neu. Die besondere Wirkung des Erfindungsgegenstandes liegt darin, daß trotz des Vorliegens der verhältnismäßig großen Überströmöffnung 6 mit ihren geringen Drosselverlusten, gegen Ende des Verdichtungshubes oder während der Brennstoffeinspritzung ein äußerst scharfer Luftwirbel vorhanden ist, der den eingespritzten Brennstoff erfaßt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Brennkraftmaschine mit einer seitlieh im Zylinderkopf angeordneten, im wesentlichen kugelförmigen Brennkammer, die durch einen tangential in sie einmündenden Kanal mit dem Hubraum in Verbindung steht und am Ende des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt, in die gegen Ende des Verdichtungshubes durch eine der Mündung des Überströmkanals gegenüberliegende Einspritzdüse flüssiger Kraftstoff teils durch den Überströmkanal hindurch in Richtung auf den Kolbenboden zu und teils auf die der Zylinderachse zu gelegene Seite der Brennkammer gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal zu der dicht über dem Hubraum angeordneten Wirbelkammer auf seiner von der Zylinderachse abgelegenen Seite durch eine tangential in die Kammeroberfläche einmündende Ausfräsung begrenzt wird, welche bei innerer Totpunktstellung des Kolbens durch eine Flanke eines Verdrängeransatzes am Kolben abgedeckt ist, dessen andere, tangential zur Kammeroberfläche verlaufende Flanke mit sanfter Krümmung in die Kolbenoberfläche übergeht, und zwar derart, daß gleichfalls bei innerer Totpunktstellung des Kolbens zwischen dem Verdrängeransatz und der Begrenzungsfläche des Überströmkanals ein an die Oberfläche der Wirbelkammer tangierender überströmspalt verbleibt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 704 342; österreichische Patentschrift Nr. 158 355; französische Patentschriften Nr. 789 241, 805 390 britische Patentschriften Nr. 421 165, 440 124, 4479o8.