DE977154C

DE977154C - Schnellaufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskoerperfoermigem Verbrennungsraum

Info

Publication number: DE977154C
Application number: DEK16079A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr-Ing Meurer; Hermann Dipl-Ing Seegelken
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1952-11-08
Filing date: 1952-11-08
Publication date: 1965-04-15

Description

Schnellaufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum Durch das Hauptpatent 865 683 wird ein Einspritzverfahren für einen schnellaufenden Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Brennraum und mit schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse vorgeschlagen, bei dem der Kraftstoff als dünner Film auf die Wandung des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wandung allmählich abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird. Dabei wird vorzugsweise eine fächerartige Einspritzung der Brennstoffstrahlen innerhalb einer außermittig vom Brennraummittelpunkt nahe an der Brennraumwandung schräg oder nahezu schräg in der Richtung des Drehsinnes der Luft gestellten planen oder gewölbten Fläche vorgeschlagen und ferner die Erteilung einer um die Zylinderachse herum gleichsinnig mit der Strömungsrichtung der Brennstoffstrahlen verlaufenden Bewegung der Verbrennungsluft.
Das Hauptpatent bezieht sich ferner auf bestimmte Ausgestaltungen von Dieselmotoren mit im Kolben angeordnetem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und mit schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, welche sich für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens als besonders zweckmäßig erwiesen haben. Diese besonderen Ausgestaltungen nach dem Hauptpatent sind insbesondere auf die Erzeugung der Drehbewegung der Luftladung im Zylinder abgestellt, ferner auf eine besondere Anordnung und Ausgestaltung der Einlaßventile und des Brennraumes selbst.
In weiterer Ausgestaltung der Vorschläge nach dem Hauptpatent werden gemäß vorliegender Zusatzerfindung weitere Anordnungen und Ausgestaltungen vorgeschlagen, die sich für die Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent als besonders förderlich erwiesen haben. Bezüglich der Lage des Brennraumes relativ zum Zylinder wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Längsachse des Brennraumes mit der Zylinderachse einen Winkel einschließt oder gegenüber der Zylinderachse eine parallele Verschiebung aufweist. Die Größe des Winkels oder der parallelen Verschiebung gegenüber der Zylinderachse ist zwecl:näßigerweise so zu wählen, daß der oder die Brennstoffstrahlen an dem Öffnungsrand des Brennraumes auch dann ungehemmt auf die Brennraumwandung gelangen, wenn kein Einschnitt oder Kanal im Öffnungsrand vorhanden ist. Die durch die geschilderte Maßnahme mögliche Erhaltung eines von Einschnitten nicht unterbrochenen Brennraumrandes verbessert die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen, möglichst verlustarmen Strömungsvorgänge am Brennraumrand und an der Düse. Weiterhin ist man nicht gezwungen, die Düsenmündung der Zylinderachse zu weit zu nähern, was immer konstruktive Schwierigkeiten bereitet.
Außerdem wird für einen Dieselmotor mit rotationskörperförmigem Brennraum im Kolben nach dem Hauptpatent erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nahe der Einspritzdüse ein Kanal tangential im Drehsinn der Luft in den Brennraum mündet, der einen Teil der beim Verdichtungshub des Kolbens in den Brennraum einströmenden Luft zu einen geschlossenen Strom zusammenfaßt, welcher auf die mit Kraftstoff benetzte(n) Stelle(n) der Brennraumwand gerichtet ist bzw. über diese Stelle(n) hinwegströmt. An Stelle nur eines Kanals können auch mehrere solche in den Brennraum einmündenden Kanäle vorgesehen sein. Schließlich kann auch die Brennraumwand in Nähe der Brennraumöffnung einen nach dem Brennraum hin offenen Kanaleinschnitt oder mehrere solche Kanaleinschnitte aufweisen, deren Richtung mit der Ausströmrichtung des teilverbrannten Brennstoffluftgemisches aus dem Brennraum übereinstimmt, wobei die Kanaleinschnitte gegenüber der Auftreffsteile oder den Auftreffstellen des Brennstoffes auf der Brennraumwand in Strömungsrichtung versetzt sind.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die für die Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent erforderlichen Erzeugung eines möglichst ausgedehnten Kraftstoffilms auf der Brennraumwand bei Dieselmotoren mit den Maßnahmen nach dem Haupt- und Zusatzpatent sehr gut gelingt, wenn die fächerartige Einspritzung des Kraftstoffes durch einen sogenannten Hohlkegelstrahl durchgeführt wird. Die Eigenart dieser meist von Zapfendüsen erzeugten Strahlen liegt darin, daß der Kernstrahlanteil gering ist und der Brennstoff zum großen Teil in einem Kegelmantel konzentriert ist. Bei der Einspritzung nach dem Hauptpatent in Richtung der Luftbewegung und nahezu tangential zur Brennraumwandung wird der Hohlkegel durch die Luftbewegung eingedrückt und ergibt einen kontinuierlichen gewölbten Brennstoff-Fächer, dessen Niederschlag auf der Brennraumwand einen ausgedehnten Film entstehen läßt.
Es sind zwar bereits Einspritz-Brennkraftmaschinen mit baulichen Maßnahmen bekannt, die denjenigen gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung ähnlich sind. Diese Brennkraftmaschinen haben aber ein völlig anders geartetes Einspritz- und Gemischbildungsverfahren zur Grundlage; bei ihnen wird der Kraftstoff nicht filmartig über eine große Ausbreitungsfläche auf die Brennraumwand aufgebracht und von einer mit hoher kinetischer Energie rotierenden Luftbewegung erst in dampfförmigem Zustand von der Brennraumwand abgelöst, sondern der flüssige Kraftstoff wird jeweils unmittelbar in die. Verbrennungsluft eingespritzt. Es wird dabei angestrebt, den eingespritzten flüssigen Kraftstoff so schnell und vollständig als möglich mit der Verbrennungsluft zu vermischen, was ein intensives Zerstäuben des Kraftstoffes durch die Einspritzdüse im gesamten Brennraum voraussetzt.
Diese reine Luftverteilung des Kraftstoffes hat aber erhebliche Nachteile, welche sich insbesondere im Hinblick auf die Geräuschbildung des Motors ungünstig auswirken, wie dies im Hauptpatent dargelegt ist. Die Gründe für die ungünstigeAuswirkung derluftverteiltenEinspritzung des Kraftstoffes liegen im wesentlichen in einem vorzeitigen chemischen Zerfall des Kraftstoffmoleküls durch thermische Aufspaltung in der heißen Luft, was zu sehr hohen Anfangs-Reaktionsgeschwindigkeiten im Ablauf der Verbrennung und den dadurch bedingten Klopfgeräuschen (Dieselklopfen) führt.
Demgemäß dienen auch die baulichen Maßnahmen bei den bekannten Einspritz-Brennkraftmaschinen, insoweit sie den hierin vorgeschlagenen baulichen Maßnahmen ähnlich sind, jeweils nur dem bei diesen Maschinen im Hinblick auf die Gemischbildung verfolgten Zweck. So ist beispielsweise die Luftbewegung immer so eingerichtet, daß sie den eingespritzten flüssigen Kraftstoff möglichst vollkommen zerstäubt und durchsetzt. Auch die exzentrische Anordnung des Brennraumes dient bei diesen Maschinen in erster Linie dem gleichen Zweck. Es ist auch eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Brennraumachse lediglich aus dem Grunde gegenüber der Zylinderachse seitlich verschoben ist, um den durch die Ventiltaschen bedingten schädlichen Raum zu vermeiden. Bei Wirbelkammermaschinen wird häufig der Kraftstoff schon in den halsartigen Übertrittskanal zwischen dem Hubraum und Wirbelkammerbrennraum eingespritzt, was eine besonders lebhafte Luftverwirbelung des flüssigen Kraftstoffes zur Folge hat. Schließlich ist auch eine Brennkraftmaschine mit im Kolben angeordnetem rotationskörperförmigem Brennraum bekannt, bei der der Kraftstoff in eine Tasche der Brennraumöffnung eingespritzt wird; auch hier steht ausschließlich die Luftverteilung des Kraftstoffes im Vordergrund, wobei auf eine Luftdrehung überhaupt verzichtet ist, vielmehr die Durchwirbelung des Kraftstoffes mit der Luft in der Weise herbeigeführt wird, daß beim Verdichtungshub die Luft allseitig in den Brennraum eindringt.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. i den Längsschnitt eines Bremikraftmaschinenkolbens in der durch die Symmetrieachse des Brennraumes und die Achse der Einspritzdüse bestimmten Ebene, Fig. 2 und 3 Drauf sichten auf einen Kolben, ähnlich demjenigen nach Fig. i, mit besonderen zusätzlichen -Merkmalen.
In den Figuren tragen solche Teile, die mit gleichen oder ähnlichen Teilen nach dem Hauptpatent übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen wie dort.
Der in Fig. i dargestellte Kolben i weist einen kugelähnlichen Brennraum 2 auf, der oben nach dem Kolbenboden zu einen zylindrischen Hals 3 besitzt. Der Kolbenboden ist hier eben ausgeführt. Die Achse 24 des rotationskörperförmigen Brennraumes könnte an sich mit der Zylinderachse zusammenfallen; sie schließt aber mit der Zylinderachse 26, die mit der Kolbenachse zusammenfällt, einen Winkel ß ein. Die Einspritzdüse q. ist schräg angeordnet und mit einer Ausspritzöffnung oder deren mehreren versehen, durch die der Brennstoffstrahl 8 in Richtung auf die Brennraumwand hin austritt. Ein Einschnitt in den Brennraumrand, der den oder die Brennstoffstrahlen ungehemmt auf die Brennraumwandung gelangen läßt, ist hier nicht notwendig. Die Idee der Erfindung bleibt erhalten, wenn die Düsenachse bzw. die Achse des Düsenhalters bei unveränderter Strahllage im Brennraum parallel zur Zylinderachse liegt.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 ist die Brennraumachse 2.4 gegenüber der mit der Zylinderachse 26 zusammenfallenden Kolbenachse um einen Betrag a verschoben.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in der Brennraummündung 3 ein Kanal 27 vorgesehen, welcher dem Kraftstoffstrahl 8 oder den Kraftstoffstrahlen bzw. der Auftreffstelle 13 bevorzugt Luft in Richtung der Luftdrehung 17 zuführt. Der Kanal 27 geht vom Kolbenboden aus und mündet tangential in den Brennraum 2 ein. Außerdem ist ein weiterer Kanal 28 vorgesehen, welcher von der Brennraumausmündung 3 ausgehend das teilverbrannte Brenngasluftgemisch von der Auftreffstelle 13 des Kraftstoffes bevorzugt abströmen läßt. Dieser Kanal 28 ist gegenüber der Kraftstoffauftreffstelle 13 in der Drehrichtung 17 der den Brennraum erfüllenden Ladung versetzt.
Gemäß Fig. 3 ist ein ringförmig um die Brennraummündung 3 herumgeführter Kanal 27 vorgesehen, der durch eine Ausbuchtung 29 der Brennraummündung 3 hindurch einen Teil der Luft in den Brennraum einführt, derart, daß dieser den Kraftstoffstrahl 8 erfaßt, und bevorzugt nach der Auftreffstelle 13 des Kraftstoffes hin gerichtet ist.
Mit diesen Ausgestaltungen des Brennraumes bzw. des Kolbens wird eine besonders gute Ablösung des Kraftstoffes an den Auftreffstellen der Kraftstoffstrahl 8 erfaßt, und bevorzugt nach der vorteilhafte Wirkung für die Gemischbildung erzielt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schnellaufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und außerhalb der -`Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, bei welchem der Kraftstoff als dünner Film auf die Wandung des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wandung allmählich abgelöst, vermischt und verbrannt wird, nach Patent 865683, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2q.) des Brennraumes (2) mit der Zylinderachse (26) in an sich bekannter Weise einen Winkel (/3) einschließt oder gegenüber der Zylinderachse (26) eine an sich bekannte parallele Verschiebung (a) aufweist.
2. Dieselmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Einspritzdüse (q.) ein Kanal oder mehrere Kanäle (27) tangential im Drehsinn der Luft in den Brennraum (2) münden, von denen jeder einen Teil der beim Verdichtungshub in den Brennraum (2) einströmenden Luft zu einen geschlossenen Strom zusammenfaßt, welcher jeweils auf die mit Kraftstoff benetzte(n) Stelle(n) (13) der Brennraumwand gerichtet ist bzw. über diese Stelle(n) hinwegströmt.
3. Dieselmotor nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand in Nähe der Brennraumöffnung einen nach dem Brennraum hin offenen Kanaleinschnitt (28) oder mehrere solche Kanaleinschnitte aufweist, deren Richtung mit der Ausströmrichtung des teilverbrannten Brennstoffluftgemisches aus dem Brennraum (2) übereinstimmt, und daß die Kanaleinschnitte (28) gegenüber der Auftreffstelle (13) oder den Auftreffstellen des Brennstoffes auf der Brennraumwand in Strömungsrichtung versetzt sind. ,.. Dieselmotor nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (q.) bei unveränderter Strahllage im Brennraum. (2) parallel zur Zylinderachse (26) angeordnet ist.