DEK0013306MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 22. Februar 1952 Bekanntgemacht am 29. September 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft einen schnellaufenden

Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und stellt eine gegenständliche Weiterbildung zur Durchführung des Verfahrens nach Patent 865 683 dar.

Das Hauptpatent betrifft ein Einspritzverfahren für einen schnellaufenden Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, 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, vermischt und verbrannt wird. Unter anderem ist als eines der Merkmale des Dieselmotors mit rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse in der Beschreibung des Gegenstandes des Hauptpatents angeführt, daß der Brennraum kugelig oder leicht flachgedrückt ausgeführt und die Austrittsöffnung der Kugel nach dem Zylinderraum hin durch einen Zylinder (Übertrittskanal) gebildet ist, dessen Querschnitt etwa 65¹Vo des größten Brennraum-Querschnitts beträgt und dessen Höhe mit 15 bis 30% des Brennraumradius in der Kolbenachsrichtung bemessen ist.

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In der Beschreibung des I lauptpatents ist weiterhin ausgeführt worden, daß der Luftbewegung gemäß der lirlinduiig eine doppelle Bedeutung zukomme; sie null.! eine genügende schnelle und wirksame Ablösung des Kraftstotfes und außerdem eine nachfolgende Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft ergeben. Ks können nun zwei Arten der Luftbewegung unterscliieden werden: i. flit" sogenannte Ouftscitstri'iiiiiiiifi, die durch die Verdrängung der

ίο Lufl aus dem I laupthrennraum — oder Zylinderrauni - in den Kolbenraum entsteht und deren Geschwindigkeit von der Kolhengeschwindigkeit best iminl ist und 2. eine während des Saughubes erzeugte kreisförmige Luftbewegung um die Zylinderachse, die als sogenannte initiale Luftdrehung bezeichnet sei. Heide Arten Λνν 1 .uftbewegung kommen beim Gegenstand des 1 lauptpatents zugleich vor.

I^1-Ur die Gemischbildung beim Aufspritzen hat sich die Otietschströniung allein als ungenügend erwiesen, was verständlich ist, weil die Luftgesehwindigkeit im Bereich des oberen Totpunktes, also dem für die Gemischbildung wichtigsten Kurbelwinkelabschnitt gleich XuIl wird. ImUnterscliied dazu erreicht die achsensymmetrische Drehbewegung bei einem mittig liegenden Brennraum gerade im oberen Totpunkt ihre höchste Geschwindigkeit; sie ist also für die Ablösung des aufgespritzten Kraftstoffes besonders geeignet. Da aber die Luftbewegung genügend heftig sein muß, um den Kraftstoff schnell wieder ablösen zu können, wird man bemüht sein müssen, zu der Drehbewegung noch d ie Quetsch strömung heranzuziehen, die mit einfachsten Mitteln hervorgerufen werden kann. Vor allem entstehen durch die OuetschstTi'imung an den Kinströmkanten, wie sie bei einem abgeteilten Kolbenraum vorhanden sind, turbulente Ablösinigsersclieimmgen, die örtlich eine Verstärkung (\vf. M iseheflcktcs ergeben. Bei der üblichen Brennraumanordnung mit einer scharfen Kante am Kintritt gelingt es wohl, beim Einströmen der Luft die an der Kante entstandeneu Wirbel auf die im oberen Teil des Brenuraumes liegende Auftreffstelle des Kraftstoffes und die von dieser ausgehenden Kraftstolldänipfe zu konzentrieren, aber beim Ausströmen der Luft bzw. Gase aus dem Brennraum liegen die an der Kaute entstehenden Wirbel im I lauptbreimraum und können deshalb nur auf schon abgelöste Kraftstofi teile einwirken, nicht

5« mehr aber zur Ablösung selbst beitragen.

Diesem dem Gegenstand des I lauptpatents noch anhaftender Mangel soll durch die Zusatzerfindung abgeholfen werden. Gegenstand derselben ist sonach ein schneilaufender Dieselmotor mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, bei dem der Kraftstoff in einem Strahl oder in mehreren fächerartig verteilten Strahlen ausschließlich als dünner

G<> I^1-Um auf die Wandung des Brennraumes reflektionsfrei 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 865 683.

Ein solcher Dieselmotor ist nach den Merkmalen der vorliegenden Zusatzerfindung gekennzeichnet durch die Verwendung eines an sich bekannten, unterteilten Brennraumes, dessen einer tiefer liegender und etwa 65% der gesamten axialen Brennraumhöhe einnehmender Teil als Hauptbrcnnraiim rotationskörperförmig ausgebildet und an seiner Öffnungsseite bis auf etwa 80% der maximalen 1 lauptbrennraum-Weite eingeschnürt ist und dessen anderer, die restliche axiale Brennraumhöhe einnehmender Teil als Ubertrittskanal für die Verbrennungsluft mit trichterförmiger, konkav gewölbter Wandung ausgebildet ist, wobei die Übergangsstelle vom tiefer liegenden l-lauptbrcnnraum zum Übertrittskanal durch eine keilförmig nach einwärts vorspringende Rundlaufkante gebildet wird, deren Keilspitzwinkel kleiner als 90⁰ ist, während die trichterförmige, konkav gewölbte Übertrittskanal-Wandung die Kolbenbodenflächc unter einem Tangenten-Winkel von nahezu 90⁰ oder kleiner als 90⁰ anschneidet, und der Brennstoff ausschließlich auf die Wandung des Übertrittskanals aufgespritzt wird.

Es entsteht auf diese Weise am Übergang vom 1 lauptbrennraum zum Ubertrittskanal eine zweite Wirbelkante, an der sich beim Ausströmen des Gemisches oder der Gase aus dem Hauptkolben-Brennraum Ablöscwirbel bilden, die zu einer Reinigung der Auftreffstellen des Kraftstoffes in dem halsartigen Ubertrittskanal wesentlich beitragen. Im Gegensatz, zur Brennraumanordnung nach dem Ilauptpatent sind also nunmehr in beiden Strömungsrichtungen (Einström- und Ausströmrichtung) Ablösewirbel an den Kraftstoff-Auftreffstellen im Übertrittskanal des unterteilten Brennraumes wirksam, was sowohl die Gemischbildung als auch ständige Reinigung der Übcrtrittskanalwanduug vorteilhaft beeinflußt.

Es ist zwar bereits eine Einspritzbrennkraftmaschine mit unterteiltem rotationskörperförmigem Brennraum bekannt, bei der der Brennstoff auf einen Übertrittskanal aufgespritzt wird, dessen Wandung konkav ausgebildet ist und etwa 25% der gesamten Brennraumhöhe einnimmt. Die Wandaufspritzung des Kraftstoffes erfolgt dort no jedoch nicht reflektionsfrei in fdmartiger Verteilung des Kraftstoffes auf der Brennraumwand, sondern vielmehr unter lebhaftestem Rückwurf der Brennstoffstrahlen von der Brennraumwand mit dem Ziel einer möglichst intensiven Vermischung hochzerstäubten flüssigen Kraftstoffes mit der Luft. Außerdem ist in Verbindung mit der bekannten Brennraumanordnung keine ablösende Drehbewegung der Euft vorgesehen, die gleichsinnig zur Kraftstoffauftragung erfolgt. Die bckannte Maschine ist an konstruktive und fuiiktionellc Voraussetzungen gebunden, welche eine Gemischbildung im Sinn des Patents 865 6S3, das der Zusatzerfindung zugrunde liegt, nicht zulassen.

Bei anderen bekannten Brcnnraumanordnungcn wird wohl eine Luftdrehung um die Zylinder- und

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Brennraumachse herbeigeführt, aber die Kraftstoffverteilung erfolgt auch hier nicht in Form einer filmartigen Wandauf tragung des Kraftstoffes, sondern durch luftverteiltes Einspritzen desselben; außerdem ist bei diesen bekannten Anordnungen der Brennraum nicht im Sinn der Erfindung unterteilt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Brennraumanordnung liegt in der vorerwähnten doppelten Ausbildung von Ablösewirbeln sowohl beim Einströmen der Verbrennungsluft als auch beim Ausströmen der verbrannten Gase, was sich bei der Einspritz- und Gemischbildung nach dem Verfahren des Hauptpatents in besonders günstiger Weise auswirkt. Es wird dadurch mit Sicherheit verhindert, daß es durch etwaige Rückstände bzw. Ablagerungen an der Brennraumwandung einerseits zu Änderungen des Temperaturfeldes der Wandung sowie andererseits zu einer unvollkommenen Ablösung des filmartig aufgetragenen Kraftstoffes kommt, wodurch also alle jene Vorreaktionen ausgeschlossen werden, welche nach der Lehre des Hauptpatents einen vorzeitigen chemischen Zerfall des Kraftstoffes herbeiführen können und unter allen Umständen vermieden werden müssen. Durch die Maßnahmen gemäß der Zusatzerfindung wird mit großer Sicherheit ein geräuscharmer Gang der Maschine bei kleinstmöglichem Kraftstoffverbrauch unter Ausschaltung jeder Art von Dieselklopf en gewährleistet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind im Übertrittskanal des im Kolben angeordneten Brennraumes schräg radial verlaufende Nuten vorgesehen, deren Kanten senkrecht zur resultierenden Lufteinströmung stehen. Hierdurch kann die Ablösung des filmartig aufgetragenen Kraftstoffes von der Brennraumwand durch zusätzliche Ablösewirbel weiter verbessert werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen dargestellt. Hierbei zeigt

Fig. ι einen Schnitt durch den Zylinder und den Kolben eines Dieselmotors mit einem Kolbenbrennraum gemäß der Erfindung, dessen Wandungsfläche zur Brennraummitte konkav verläuft,

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, nur mit dem

4-5 Unterschied, daß die konkave Übertrittskanalwandung flacher verläuft; außerdem ist hierin eine trichterförmige Übertrittskanalwandung angedeutet, Fig. 3 einen Aufblick auf einen Kolben mit Kolbenbrennraum gemäß Fig. 2, jedoch mit einer weiteren konstruktiven Ausbildung des trichterförmigen Übertrittskanals.

Gleichbleibende Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern benannt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der im Kolben 1 angeordnete Brennraum in einen rotationskörperförmigen Hauptbreniiraum 4 und einen sich daran anschließenden Übertrittskanal 9 unterteilt, wobei die Höhe h des Übertrittskanals 9 in Richtung der Kolbenachse bis zu 30% der gesamten Brennraumachsenhöhe H beträgt. Die Luft strömt beim Aufwärtshub des Kolbens in Richtung des Pfeiles 2 aus dem nur angedeuteten Zylinderraum 3 in den Übertrittskanal 9 und Hauptbrennraum 4 ein. Die Wandung 7 des Übertrittskanals 9 ist gegenüber der Brennraummitte konkav nach auswärts gewölbt. In Fig. 2 ist die Wandung 12 des Übertrittskanals 9 schwächer gekrümmt und flacher nach auswärts gewölbt, was unter Umständen insofern vorteilhaft sein kann, als hierdurch die benetzte Übertrittskanalwandung dem Kraftstoff besser als Leitfläche dient. Die Übertrittskanalwandung kann auch trichterförmig ausgebildet sein, wie dies in Fig. 2 unter i2_a, angedeutet ist. Der Hauptbrennraum ist an seiner Öffnungsstelle zum Übertrittskanal 9 bis auf etwa 80% der maximalen Brennraumweite eingeschnürt. An der Übergangsstelle bildet die Wandung des Hauptbrennraumes 4 zusammen mit der konkav ausgebildeten Wandung des Übertrittskanals 9 eine nach einwärts vorspringende Rundlaufkante 10; der Keilspitzwinkel dieser Rundlaufkante ist dabei kleiner als 90⁰. Außerdem schneidet die trichterförmige bzw. konkav gewölbte Übertrittskanalwandung I2₍₍ bzw. 7, 12 jeweils die Kolbenbodenfläche bei der Kante 5 unter einem Tangenten-Winkel von nahezu 90⁰ oder kleiner als 90⁰ an.

Wie in Fig. 2 angedeutet, wird aus der Einspritzdüse 14 der Kraftstoff nahezu ausschließlich in Form eines dünnen an der Wand haftenbleibenden Films auf die Übertrittskanalwandung 12, i2_Bbzw. 7 aufgetragen, wobei der Hauptteil des Kraftstoffes zwischen den Kanten 5 und 10 vorgelagert wird. Dieser Wandauftragung des Kraftstoffes ist nach der Lehre des Hauptpatents eine Luftdrehung zugeordnet, welche eine solche Drehenergie besitzen muß, daß die Ablösung des Kraftstoffes von der Brennraumwand in Dampfform gewährleistet ist. Die Beschickung der Übertrittskanal-Wandungsfläche mit Kraftstoff geschieht entweder durch nur einen Brennstoffstrahl 13, der gemäß der Lehre des Hauptpatents im spitzen Winkel auf die Wand gespritzt wird, oder es erfolgt gegebenenfalls eine fächerartige Einspritzung, wobei beispielsweise mehrere im spitzen Winkel zueinander gerichtete Brennstoff strahlen 13 an aufeinanderfolgenden Stellen der zwischen den Kanten 5 und 10 liegenden Wandungsfläche des Übertrittskanals 9 auftreffen. Die Ebene des Fächers kann dabei, falls eine Staffelung der Brennstoffstrahlen angewendet wird, so gelagert sein, daß sie nahezu senkrecht zur Zylinderachse verläuft. Obgleich der Übertrittskanal 9, auf dessen Wandung im wesentlichen der gesamte Brennstoff aufgespritzt wird, eine geringere Höhe als etwa die virtuelle Höhe der nach dem Hauptpatent bespritzten Brennraum-Wandungsfläche aufweist, läßt sich dennoch, da die Kolbenbewegung während des Einspritzvorganges selbst nicht beispielsweise 30% der Brennraumhöhe ausmacht, die Strahllage leicht so ermitteln, daß trotz der Kolbenbewegung der wesentlichste Teil des Kraftstoffes zwischen den Kanten 5 und 10 auf der Wandung des Übertrittskanals 9 vorgelagert wird. Da bekanntermaßen eine scharfe Kante die Wirbelbildung begünstigt, sind die Kanten 10 und 5 unter den vorgenannten spitzen Winkeln bzw. Tangenten-Winkeln ausgebildet.

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Dadurch, daß der zylindrische TIaIs- oder Übertrittskanal eine größere axiale Länge als im Hauptpaleiil aufweist, wird in Verbindung mit der filmartigen Kraftstofiauftragung auf die Innenwandung eines solchen Übcrtrittskanais der Vorteil erreicht, daß an der Auftreffstelle des Kraftstoffes die achseiisvmmetn'sehe 1 >rehbe\vcgung entsprechend der stärksten Hinschnürung ihre höchste Geschwindigkeit hat und Ablösewirbel wie folgt erzeugt ίο werden:

Heim Hinströmen eier Luft ergibt sich durch die Übertragung der radialen Luftströmung nach dem Brennraum mit der kreisenden Bewegung der Verbrennungsluft eine änderst lebhafte spiralförmige Luftbewegung im Brennraum, wobei an der Kante 5 die Ablösewirbel 6 entstehen. Auch noch, wenn eingespritzt wird, geht die Luftbewegting über die Auftreffstelle des Kraftstoffes schräg zur Kolbenachse hinweg, wobei die Ablösewirbel 6 auf die zwischen den Kanten 5 und 10 liegende Auftreffstelle des Kraftstoffes einwirken und für eine möglichst vollkommene Ablösung aller auftreffenden Breiinstoll 'teilchen oder der davon ausgehenden Dämpfe sorgen. Umgekehrt bilden sich beim Alisas strömen des (iemisches aus dem Kolbeiibrennraum 4 an der Kante 10 die Ablösewirbel S aus, die zu einer Reinigung der Kraftstoff-Auftreffstellen im 'Übertrittskanal nach stattgefundener Zündung und Verbrennung wesentlich beitragen. ICs sind also im (!egensatz zum I lauptpatent nunmehr in beiden Slrömungsrichtungen Ablösewirbel vorhanden, die bei der Anordnung des Zusatzpatents in der zwischen den Kanten 5 und 10 liegenden Auftreffstelle des Kraftstoffes wirksam werden. Wäre die Kante jo nicht vorhanden, sondern handelte es sich wie im I lauptpatent lediglich um einen Kolbeiibrennraum mit nur einer Wirbelkante 5 an der BrennraumöHnung zum Zylinderraum hin, dann fiele die Hinwirkung eines Wirbels auf die Brennstolt-Auftreffstellen beim Ausströmen fort, da ein solcher Wirbel dann nur in Atisströmrichtung hinter der Kante 5 entsteht, wo keine Brennstoffverlagerung mehr vorhanden ist.

Fig. 3 zeigt bei grundsätzlich gleicher Brcnnraumiinlerteilung wie vor in Draufsicht nochmals die Ausbildung des Übertrittskanals 9 mit trichterförmiger Wandung wie unter 1 2_U in Fig. 2, jedoch mit zusätzlichen Nuten 15 und entsprechenden Nutkaiiten 16, die senkrecht zu der resultierenden Luft-So bewegung 17 liegen. Die Nutkanten 16 sind infolge ihrer senkrechten Lage zur Strömung im Sinne einer Begünstigung der beschriebenen Abiösungsvorgänge zusätzlich wirksam.

Die Erfindung ist nicht auf die hierin gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So könnte beispielsweise die Wandung des Übertrittskanals 9 anstatt konkav auch konvex ausgebildet sein.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schneilaufender Dieselmotor mit im KoI-ben liegendem, rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, bei dem der Kraftstoff in einem Strahl oder in mehreren fächerartig verteilten Strahlen ausschließlich als dünner Film auf die Wandung des Brennraumes reflektionsfrei 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 865 683, gekennzeichnet durch die Verwendung eines an sich bekannten, unterteilten Brennraumes, dessen einer tiefer liegender und etwa 65% der gesamten axialen Brennraumhöhe einnehmender Teil (4) als I lauptbrcnnraum rotationskörperförmig ausgebildet und an seiner öffnungsseitc bis auf etwa 80% der maximalen Hauptbrenn raum-Weite eingeschnürt ist und dessen anderer, die. restliche axiale Brennraumhöhe einnehmender Teil (9) alsÜbcrtrittskanal für die Verbrennungsluft mit trichterförmiger, konkav gewölbter Wandung (7 bzw. 12) ausgebildet ist, wobei die Übergangsstelle vom tiefer liegenden LTauptbrcnnraum (4) zum Übertrittskanal (9) durch eine keilförmig nach einwärts vorspringende Rundlaufkante (10) gebildet wird, deren Keilspitzwinkel kleiner als 90⁰ ist, während die trichterförmige, konkav gewölbte Übertrittskanal-Wandung (7 bzw. 12) die Kolbenbodenfläche unter einem Tangenten-Winkel von nahezu 90⁰ oder kleiner als 90 ° anschneidet und der Brennstoff ausschließlich auf die Wandung (7 bzw. 12, 12,,) des Übertrittskanals (9) aufgespritzt wird.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übertrittskanal (9) des im Kolben angeordneten Brennraumes schräg radial verlaufende Nuten vorgesehen sind, deren Kanten (15) senkrecht zur resultierenden Lufteinströmung (16) stehen.

Angezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 168792;
britische Patentschrift Nr. 513906;
französische Patentschrift Nr. 783 669.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen