DE974359C

DE974359C - Dieselmotor mit einem im Kolben liegenden ringfoermigen Brennraum

Info

Publication number: DE974359C
Application number: DEM12523A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr-Ing Meurer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1952-01-11
Filing date: 1952-01-11
Publication date: 1960-12-01

Description

Dieselmotor mit einem im Kolben liegenden ringförmigen Brennraum Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor mit einem im Kolben liegenden ringförmigen Brennraum, der in der oberen Kolbentotpunktlage im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt, wobei eine oder mehrere Einspritzdüsen vorgesehen sind, die den Brennstoff im wesentlichen tangential zum Brennraum einspritzen. Der Querschnitt desselben weist dabei einen Durchmesser auf, der höchstens ein Fünftel des Kolbendurchmessers beträgt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen derartigen ringförmigen Brennraum so anzuordnen und auszubilden, daß nach demselben hin gegen Ende des Verdichtungshubes eine doppelseitige Quetschluftströmung entsteht, deren Stoßwirbeleffekt noch durch Mikroturbulenzwirbel verstärkt wird, die durch die besondere Anordnung und Ausbildung des Brennraumes zu voller Wirksamkeit gebracht werden.
Die Unterbringung des Brennraumes im Kolben ist ein vorteilhaftes Mittel, um Wärmeverluste zu vermeiden und einen guten Brennstoffverbrauch zu erzielen. Es sind Brennräume im Kolben bekannt, die die Form eines Rotationskörpers haben und als toroidförmige Brennräume angesprochen werden können. Derartige Brennraumformen entstehen dadurch, daß die Rotationskörperform des Brennraumes zentral eingeschnürt wird, so daß diese Brennräume sich einer Ringform nähern, die nahe der Zylindermitte gruppiert ist. Der Brennraum besitzt dabei einen zentralen Erhebungsteil, und dieser ist meist konisch mit spitzem Auslauf oder abgerundeter Kuppe ausgebildet; er erstreckt sich in der Regel nur über einen Teil der Brennraumhöhe, so daß die Ringform in der oberen Totpunktstellung des Kolbens offen bleibt und durch einen gemeinsamen Brennraumabschnitt unterhalb der Zylinderkopfwandung überbrückt wird. Diese Brennräume haben den Nachteil, daß die Düse mittig, und zwar über dem Erhebungsteil angeordnet ist, wodurch die Ringabmessungen von der Düsenlage abhängig sind. Eine mittig angeordnete Düse bringt auch Schwierigkeiten des Einbaues und der Unterbringung der Ventile mit sich. Insoweit derartige Brennräume im Zylinderkopf verwendet werden, spielt auch noch die Platzfrage für die Ventile hinsichtlich der Brennraumabmessung eine Rolle. Auch strömungstechnisch haben derartige Brennräume Mängel, denn der am Ende des Verdichtungshubes auftretende Quetscheffekt ist hier nur einseitig. Ist dabei, wie dies ebenfalls schon vorgeschlagen wurde, der Kolben an seiner Randpartie gewölbt, dann wird die Luft beim Verdichtungshub vorzugsweise nach dem unter der Wölbung befindlichen Brennraumvolumen hin verdrängt, und es bilden sich hierbei leicht Toträume, die von der Verbrennungsluft nur wenig oder gar nicht durchwirbelt werden. Die mittig angeordnete Einspritzdüse ist bei solcher Anordnung von diesen Toträumen besonders weit entfernt.
Es ist auch eine kombinierte Wirbelkammer-Vorkammer-Maschine bekanntgeworden, deren Wirbelkammer ringförmig ausgebildet und im Zylinderdeckel angeordnet ist. Bei dieser bekannten Maschine werden am äußeren Rand des Ringspaltes zwischen Wirbelkammer und Zylinder eine Quetschwirkung und ein Quetschwirbel erzielt. Der hierzu entgegengesetzte Wirbel,%?#ird hier aber nicht durch die Ouetschwirkung des Kolbens und die besondere AnorLung und Ausbildung des Brennraumes, sondern durch die aus den Drosselöffnungen der Vorkammer ausblasenden Strahlen erzeugt. Hierzu ist aber eine zusätzliche Einrichtung, nämlich die Vorkammer, erforderlich.
Schließlich hat man auch bereits ringförmige Brennräume im Kolben vorgeschlagen, die die Vorteile eines im Kolben liegenden rotationskörperförmigen Brennraumes und die Vorteile der Brennräume mit außermittiger Lage der Düse und flachem Kolben in sich vereinigen sollten. jedoch auch diese bekannten Brennräume zeigen noch den Nachteil einer ungenügenden Turbulenzbildung der beim Verdichtungshub in den Brennraum verdrängten Luft, indem den an der Brennraumöffnung herrschenden Strömungsbedingungen nicht genügend Rechnung getragen ist.
Derngegenüber,%,#ird zur Behebung der vorstehenden Mängel ein ringförmiger Brennraum im Kolben der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß folgende Merkmale aufweist: a) die Breite des den Brennraum mit dem Zylinder verbindenden Ringspaltes, dessen Kanten in an sich bekannter Weise abgerundet sind, ist um io bis 3o % kleiner als der Durchmesser des Brennraumquerschnittes; b) die äußere Brennraumwandung hat einen Ab- stand von der Mantelfläche des Kolbens, der etwa dem Durchmesser des Brennraumquerschnittes entspricht.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß eine den Brennraum leicht einschnürende und damit die Luft bei ihrem Eintritt beschleunigende Brennraumöffnung von solcher Öffnungsweite vorgesehen werden kann, daß dadurch die Lufteinströmung in den Brennraum nahezu verlustfrei erfolgt. Andererseits ergibt sich bei solcher Brennraumweite in Verbindung mit der erfindungsgemäßen räumlichen Anordnung des Brennraumes der weitere Vorteil, daß beim Verdichtungshub ein doppelseitiger Quetscheffekt, und zwar ohne eine zusätzliche Einrichtung, entsteht, bei dem der von außen kommenden Luftströmung ein von innen kommender Luftstrom entgegengerichtet ist; die beiden Luftströme werden dadurch gezwungen, die Brennraumkanten zu umstreichen und beziehen dadurch die vorerwähnte Sekundärwirbelströmung in die Gesamtturbulenz in wirksamer Weise mit ein. Das Aufeinanderstoßen der Luftströme hat weiterhin in günstiger Weise zur Folge, daß die Luft auf kürzestem Wege in die Gemischzone eingelenkt wird. Die Luftbewegung läßt sich auf diese Weise erheblich steigern, so daß eine hochgradige Gesamtturbulenz im Brennraum erzeugt wird. Durch geeignete Ausbildung der Übertrittskanten an der Brennraumöffnung kann der durch die Erfindung erreichte Turbulenzeffekt in an sich bekannter Weise noch unterstützt werden; die Kanten sind dabei zweckmäßigerweise leicht abgerundet, um eine zu hohe Wärmebelastung zu vermeiden.
Die Erfindung kann nach weiteren Merkmalen derselben auch in der Weise abgewandelt werden, daß Kolbenboden und Zylinderkopfboden gewölbt ausgebildet sind bzw. daß Kolbenwölbung und ringförmiger Brennraum die gleiche Symmetrieachse aufweisen.
Die Zeichnung stellt im Grundzuge drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dar.
In Fig. i ist der im Kolben liegende ringförmige Brennraum i im Längsschnitt und in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt. Bei dem in diesen beiden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Brennraum in einem Kolben 2 mit ebenem Boden ?,a.
Die Fig. 3 und 4 zeigen je ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung im Längsschnitt, bei dem der Kolbenboden 3 a des Kolbens 3 gewölbt ausgeführt ist.
Der ringförinige, im Querschnitt nahezu kreisförmige Brennraum i haCeinen Durchmesser D, der höchstens ein Fünftel des Kolbendurchmessers D, beträgt, die Breite B des den Brennraum i mit dem Zylinder verbindenden Ringspaltes ist dabei um io bis 30 0/, kleiner als der Durchmesser D des Brennraumquerschnittes, wobei die Übertrittskanten 6 an der Ringspaltöffnung zweckmäßigerweise leicht abgerundet sind. Die äußere Wandung des Brennraumes i weist einen Abstand a von der Mantelfläche des Kolbens ?, auf, der etwa dem Durchmesser D des Brennraumquerschnittes entspricht. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt durch Düsen, deren Bohrungen 4 auf dem äußeren Begrenzungskreis 5 des ringförmigen Brennraumes i liegen.
Die Anordnung der ringförmigen Brennräume nach Fig. 3 und 4 entspricht hinsichtlich der räumlichen Abmessungen der Brennraumanordnung nach Fig. i.
Durch die Anordnung gemäß der Erfindung entsteht ein sehr flacher Brennraum, der eine verhältnismäßig große Öffnung für den Eintritt der Luft aus dem Zylinder während des Verdichtungshubes aufweist. Der Vorteil dieses großen Querschnittes liegt in geringen Überschiebverlusten. An sich entsteht dadurch im allgemeinen eine zu geringe Turbulenz. Diese ist jedoch bei dem Gegenstand der Erfindung dadurch vermieden, daß durch die Lage des ringförmigen Brennraumes i zum Kolben die Luft von zwei Seiten in den Brennraum einströmt, d. h. - radial gesehen - sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen. Die geringe Tiefe des Brennraumes bietet weiterhin den Vorteil, daß die an der Brennraummündung entstehenden Wirbel den Brennraum in seiner ganzen axialen Erstreckung erfüllen, ohne abzuklingen. Bei einer größeren axialen Erstreckung des Brennraumes, beispielsweise bei einem einzigen kugelförmigen Brennraum, sind im allgemeinen die Eintrittswirbel wieder abgeklungen, bevor sie den Brennraumboden erreichen können.
Die Einspritzung des Kraftstoffes in einen solchen ringförmigen Brennraum erfolgt durch eine an seiner äußeren Begrenzung liegende Düse 4, die einen Strahl oder mehrere Strahlen tangential zu dem mittleren Durchmesser des Brennraumringes einspritzt. Schon mit einer Düse dieser Art kann man gute Ergebnisse erzielen, vor allem dann, wenn eine ringförmige Luftbewegung im Zylinder des Motors vorhanden ist, wie sie leicht durcÜ entsprechende Gestaltung der Einlaßschlitze bei Zweitaktmotoren oder durch abgeschirmte Ventile und andere Maßnahmen bei Viertaktmotoren erzielt werden kann. Mit zwei oder mit mehreren Düsen kann man selbstverständlich eine Verbesserung der Brennstoffaufbereitung erreichen.

Claims

PATEN TA NS PR Ü CH E: i. Dieselmotor mit einem im Kolben liegenden ringförmigen Brennraum, der in der oberen Kolbentotpunktlage im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt und dessen Querschnitt einen Durchmesser in der Größenordnung von höchstens ein Fünftel des Kolbendurchmessers aufweist, wobei eine oder mehrere Einspritzdüsen vorgesehen sind, die den Brennstoff im wesentlichen tangential zum Brennraum einspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) des den Brennraum (i) mit dem Zylinder verbindenden Ringspaltes, dessen Kanten in an sich bekannter Weise abgerundet sind, um io bis 30 0/', kleiner als der Durchmesser (D) des Brennraumquerschnittes ist und daß ferner die äußere Brennraumwandung einen Abstand von der Mantelfläche des Kolbens (2) aufweist, der etwa dem Durchmesser (D) des Brennraumquerschnittes entspricht. :z. Dieselmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden und der Zylinderkopfboden gewölbt ausgebildet sind. 3. Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenwölbung und ringförmi-er Brennraum die gleiche Symmetrieachse b aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 749 6o7, 721889, 699 425, 553 705, 500 123, 481 150, 455 626; österreichische Patentschriften Nr. 141 o61, 118 gi5, io8 oi8, io6 921, schweizerische Patentschriften Nr. 229 272, 175 433; französische Patentschrift Nr. 793 976; tschechoslowakische Patentschrift Nr. 81208.