DEP0056267DA - Zweitakt-Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung des Brennraumes für gleichstromgespülte Zweitakt-Dieselmotoren mit mehreren im Zylinderkopf hängenden Auslaßventilen.

Die bekannten Zweitakt-Dieselmotoren dieser Bauart, die vor allem für den Fahrzeugbetrieb verwendet werden, weisen infolge der Anordnung und Gestaltung des Brennraumes eine Reihe von Nachteilen auf.

Die eine bisher gebräuchliche Bauart sieht einen unterteilten Brennraum bei ebenem Kolbenboden vor. Nachteilig ist in diesem Fall die höhere Wärmebelastung der lebenswichtigen Motorteile wie Kolben und gesamter Zylinder. Weiterhin erhält der ohnehin schon komplizierte Zylinderkopf eine zusätzliche Durchbrechung in seinem dem Hubraum zugekehrten Boden. Dadurch wird einmal der für die Unterbringung der Auslaßventile vorhandene Platz eingeengt und weiterhin die Gefahr von Wärmerissen in diesem Teil des Zylinderkopfes erhöht.

Bei der anderen Bauart, die mit unmittelbarer Einspritzung arbeitet, ist der Brennraum in einer muldenförmigen Ausnehmung des Kolbenbodens untergebracht. Die Einspritzdüse ist dabei meistens senkrecht im Zylinderkopf zwischen den Auslaßventilen an-geordnet. Ungünstig ist bei dieser Ausführung die erhöhte Wärmebelastung des Kolbens, bei dem eine Kühlung des Kolbenbodens während der Spülperiode nur in geringem Maße möglich ist. Dadurch wird die ertragbare Höchstleistung des Motors herabgesetzt. Weiterhin wird bei diesem im Kolben angeordneten Brennräumen der Verbrennungsvorgang bei geringen Drehzahlen infolge zu geringer Verwirbelung der Ladeluft und damit unzureichender Gemischbildung verschlechtert. Das heisst, der an der Rauchgrenze mögliche mittlere Nutzdruck ist im Vergleich zu dem bei der Normaldrehzahl vorhandenen nicht genügend groß. Die Folge ist ein ungünstiger Verlauf des Drehmoments über der Drehzahl bei vollem Belastungsgrad. Infolge der Anordnung der Einspritzdüse im oberen Teil des Zylinderkopfes sind rein baulich dieselben Nachteile wie bei der ersten oben schon beschriebenen Bauart mit ihren ungünstigen Folgen vorhanden. Dazu ist die Einspritzdüse nur schwer zugänglich und verteuert außerdem den Zylinderkopfdeckel.

Erfindungsgemäß wird der Brennraum unter einem der Auslaßventile angeordnet, dessen Sitz in diesem Fall entsprechend der Höhe des Brennraumes nach oben verschoben ist. Dabei ist die Einspritzdüse im Zylinderkopf zweckmässig so angeordnet, dass ihre Längsachse genau oder annähernd in einer zur Zylinderachse senkrechten Ebene liegt.

Durch diese Bauart werden alle Nachteile der bisherigen Bauarten dieser Gattung von Zweitaktmotoren vermieden. Der Kolbenboden erhält eine glatte ebene Form geringstmöglicher Oberfläche und wird während der Hauptverbrennung nur mit einer Fläche von etwa der Größe des Brennraumquerschnittes der Flamme direkt ausgesetzt. Andererseits tritt bei der Kolbenabwärtsbewegung am veränderlichen Übergangsquerschnitt vom Brennraum zum Hubraum hin eine nennenswerte Drosselung und damit hohe Strömungsgeschwindigkeit zu keinem Zeitpunkt auf. Durch diese Brennraumanordnung und Gestaltung wird die Wärmeaufnahme der gasberührten Oberflächen während der Verbrennungszeit auf ein Geringstmaß herabgesetzt. Ferner wird der ebene Kolbenboden durch die am Hubende tangential einströmende Spülluft in einem überhaupt nur möglichen Maße gekühlt.

Die kreisende Bewegung der Ladeluft, die während der Spülperiode erzeugt wird und bei Verdichtungsende die Gemischbildung fördert, wird durch die Anordnung des Brennraumes unter dem einen hochgezogenen ausserhalb der Zylinderachse befindlichen Auslaßventil in keiner Weise behindert. Der im Vergleich zum Kolben kleine Brennraumdurchmesser bewirkt vielmehr eine wesentliche Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der verdichteten Ladeluft, so dass nur eine geringe tangentiale Anstellung der Spülluftschlitze erforderlich ist. Der rotierenden Luftbewegung überlagert sich gegen Ende des Verdichtungshubes eine zweite Luftströmung, die durch das Überschieben der Ladeluft vom Hubraum zum Brennraum hin verursacht wird. Durch diese aus beiden Luftbewegungen resultierende Wirbelung wird auch bei geringen Drehzahlen eine günstige Gemischbildung und Verbrennung sichergestellt und damit ein ausreichendes Drehmoment gewährleistet.

Durch Wahl eines kleineren Durchmessers für das über dem Brennraum befindliche Auslaßventil hat man völlige Freiheit in der Festlegung des Verhältnisses: Höhe/Durchmesser des Brennraumes, das für die Beherrschbarkeit des Verbrennungsvorganges von ausschlaggebender Bedeutung ist. Durch diese Maßnahme sind bei unmittelbarer Einspritzung günstige Brennraumformen selbst für ein Hub/Bohrungsverhältnis von eins möglich, das andererseits die Voraussetzung für große spezifische Auslaßventilquerschnitte ist.

Weiterhin steht erfindungsgemäß für die Unterbringung der Auslaßventile infolge des seitlich herausgerückten Brennraumes als Querschnittsfläche mehr als die dem gesamten Kolbendurchmesser entsprechende Fläche zur Verfügung, und zwar ohne schädliche Zerklüftung des Brennraumes sowie ohne Behinderung durch zusätzliche Einbauten. Hierdurch werden große Auslaßventilquerschnitte bei geringer Neigung zu Wärmerissen im Boden des Zylinderkopfes ermöglicht.

Der entsprechend der Erfindung seitliche Einbau der Einspritzdüse sichert eine gute Zugänglichkeit und Kühlung. Ausserdem treten in diesem Bereich des Zylinderkopfes weder gefährliche Guß- noch Wärmespannungen auf. Die Düsenmündung selbst wird während der Spülperiode und bei Ende des Verdichtungshubes von der Spül- bezw. Ladeluft mit hoher Geschwindigkeit bestrichen und damit gekühlt. Hierdurch wird das Hängenbleiben von Brennstofftropfen bei Ende der Einspritzung und die Neigung zum Verkoken der Düsenöffnung abgeschwächt. Auf diese Weise wird eine Behinderung des Einspritz- und Verbrennungsvorganges bei geringen Luftüberschußzahlen vermieden.

Infolge der einfachen Gestalt des Zylinderkopfes lässt sich die untere Begrenzung des Auslaßkanals als durchgehende horizontale Trennwand ausführen. Hierdurch erhält der Zylinderkopf an seinem Boden einen ausreichende Steifigkeit. Wird der Kühlwasserdurchtrittsquerschnitt in dieser Trennwand oberhalb der Einspritzdüse angeordnet, so ist eine gleichmässige Kühlung beider Auslaßventilsitze und des gesamten Bodens des Zylinderdeckels gewährleistet. Ausserdem strömt die gesamte Kühlwassermenge im oberen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes von der Einspritzdüsenseite zur Austrittsseite und kühlt dadurch die Schäfte beider Auslaßventile gut.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung im einzelnen dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform des Zylinders eines Zweitakt-Dieselmotors mit zwei Auslaßventilen gemäß der Erfindung im senkrechten Schnitt,

Fig.2 den dazugehörigen Horizontalschnitt des Zylinderkopfes in Höhe der Mitte des Brennraumes.

Der scheibenförmige Brennraum 10 ist nunmehr dem hochgezogenen Auslaßventil 11 angeordnet, wobei aus strömungstechnischen Gründen das Verhältnis Brennraumdurchmesser/Auslaßventildurchmesser gleich etwa Wurzel 2 eingehalten wird. Das in dem gezeigten Beispiel zweite Auslaßventil 11' liegt mit seinem Teller in üblicher Weise am Boden des Zylinderkopfes 12 auf. Der Kolbenboden 13 des Kolbens 14 ist völlig eben und dient nur mit dem Abschnitt 15 als Begrenzungsfläche des Brennraumes 10, der im übrigen über die vom Kolbendurchmesser bestimmte Fläche seitlich hinausragt.

Die Einspritzdüse 16 ist annähernd horizontal derart neben dem Brennraum 10 angeordnet, dass sie gut zugänglich ist, seitlich weit aus dem Zylinderkopf 12 herausragt und somit gut von der Aussenluft gekühlt wird. Gegen Verdichtungsende liegt die Düsenmündung 17 an einer Stelle höchster Geschwindigkeit der Ladeluft.

Die durchgehende horizontale Wand 18 in Höhe der Unterseite des Auslaßkanals 19 besitzt oberhalb der Einspritzdüse 16 den einzigen Durchflußquerschnitt 21, der den unteren Kühlwasserraum 20 verbindet. Das Kühlwasser verlässt den Zylinderkopf 12 durch die Austrittsöffnung 22 oberhalb des Auslaßkanals 19.

Die Erfindung gilt sinngemäß für gleichstromgespülte Zweitakt-Dieselmotoren mit mehr als zwei Auslaßventilen.

Claims (5)

1. Gleichstromgespülter Zweitakt-Dieselmotor mit mehreren im Zylinderkopf hängenden Auslaßventilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (10) seitlich unter einem (11) der Auslaßventile angeordnet ist, wobei dessen Ventilsitz entsprechend der Höhe des Brennraumes nach oben verschoben ist.

2. Gleichstromgespülter Zweitakt-Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dder Brennraum (10) mit einem Teil seiner Grundfläche über die vom Kolben (14) bestimmte Querschnittsfläche seitlich herausgerückt ist.

3. Gleichstromgespülter Zweitakt-Dieselmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das über dem Brennraum (10) angeordnete Auslaßventil (11) im Vergleich zu dem anderen Auslaßventil bezw. den anderen Auslaßventilen kleinere Abmessungen hat.

4. Gleichstromgespülter Zweitakt-Dieselmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (16) seitlich neben dem Brennraum (10) so angeordnet ist, dass ihre Längsachse genau oder annähernd in einer zur Zylinderachse senkrechten Ebene liegt.

5. Gleichstromgespülter Zweitakt-Dieselmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (12) zur Erhöhung der Steifigkeit seines unteren Teiles mit einer durchgehenden horizontalen Wand (18) versehen ist.