DE3016139A1

DE3016139A1 - Einsatz zum bilden einer vorkammer im zylinderkopf einer dieselmaschine

Info

Publication number: DE3016139A1
Application number: DE19803016139
Authority: DE
Inventors: Arthur Rune Frelund
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2455676A1; CA1147223A; IT1127409B; GB2048379B; AU536136B2; JPS55151119A; US4270499A; AU5780780A; BR8002651A; SE8003247L; GB2048379A; IT8048186A0

Description

Dieselmasehinen mit Vorkammern sind insbesondere für den Antrieb von Kraftfahrzeugen im laufe der Jah« re in steigendem Umfang zum Einsatz gekommen. Es ist dies dadurch bedingt, dass einmal die ^ebenszeit der Maschinen verlängert gefordert wird, und zum anderen die Preise der auf ölbasls hergestellten Kraftstoffe steigen» Diese umstände lassen einen weiteren Anstieg des Interesses an sol chen Maschinen erwarten.

Bekannt sind Dieselmaschinen mit Vorkammer beispielsweise durch die US«PSn 4 054 108, 4 122 804 und 4 122 805.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einsatz gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so weiter auszugestalten, dass eine verbesserte Verbrennung bei erhöhter ieistungsausbeute und besserer Abgaszu·* sammensetzung erreicht wird»

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungs— teil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen«

Die Erfindung ist besonders nützlich zur Verbesserung der eingangs erwähnten bekannten Bauarten, ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern auch bei anders aufgebauten Dieselmaschinen mir Vorkammer einsetzbar,,

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der E_rfindung dargestellt« In den Zeichnungen zeigen

0300*7/0702 ^.5.

Pig, 1 einen senkrechten ^eilschnitt durch

den Zylinderkopf und den Zylinderblock einer Dieselmaschine mit Vorkammer,

Pig, 2 einen Schnitt nach der linie 2-2 in Pig, 1 und

Pig, 3 eine perspektivische Darstellung dee Einsatzes zur Bildung der Vorkammer mit zum ^eil weggebrοchenen Teilen«

Eine Vierzylinder-Dieselmaschine 10 für den Antrieb eines Kraftfahzeugs besteht aus einem Zylinderblock 12 mit mehreren Zylindern 14, deren Achsen 15 zueinander ausgerichtet sind. Die Zylinder 14 sind am oberen Ende offen und münden in einer ebenen oberen Pläche 16 des ZylinderbloekSo Jeder Zylinder 14 enthält einen Hubkolben 18, der mit üblichen Kolbenringen .20 versehen ist und einen im wesentlichen ebenen Kolbenboden 22 aufweist, der in der oberen Totpunktlage des Kolbens etwa in der oberen Pläehe 16 dee Zylinderblocks liegt.

Auf den Zylinderblock 12 ist mindestens ein Zylinderkopf 24 aufgesetzt, der mit einer im wesentlichen ebenen unteren Pläehe 26 unter Zwischenlage einer Dichtung 28 gegen die obere Pläche 16 des Zylinderblocks 12 anliegt und die Zylinder 14 verechliesst, wobei Brennräume 30 begrenzt werden.

Jedem Zylinder sind einr,- Einlaßkanal 32 und

03Ö0A7/0702

ein Auslaßkanal 34 im Zylinderkopf 24 zugeordnet, die in den zugeordneten Brennraum 30 münden und durch ein Einlaßteil erventil 36 "bzw. ein Auslasstellerventil 38gesteuert werden, die Sitze im Bereieh des Brennraums haften«, .

Die Achsen 40 der Einlaßventile 36 und Auslaß« ventile 38 liegen in einer Ebene, die zur Ebene der Zylindejr-■achsen 15 geneigt ist. Durch die Neigung der Ventile sind im Zylinderkopf 24 keilförmige Aussparungen 42 und 43 gebildet., die durch Wandungsteile 44 in die untere Fläche 26 des Zylinderkopfs 24 übergehen« Entsprechende keilförmi· ge Aussparungen 46 und 48 sind in der Bodenflache 22 des Kolbens gebildet, um die Brennräume in der oberen lotpunktlage der K_olben in scheibenförmiger Gestalt zu bilden» Durch die überlappende Ausbildung wird eine erhöhte furbolenz der eintretenden Luft erzielt.

Jedem Zylinder ist eine Vorkammer 50 zugeordnet, die im Zylinderkopf 24 gebildet ist. Sie befindet sich oberhalb der einen Seite des zugeordneten Zylinders auf der den Einlaß—und Auslaßkanälem 32,34 abgewandten Seite, also auch auf der der Neigung der Einlaß-und Auslaßventile abgewandten Seite. Jede Vorkammer 50 wird durch eine Aiisnehmung 52 im Zylinderkopf U^ gebildet, die sich von der unteren Fläche 26 des Zylinderkopfs 24 nach oben erstreckt«, Die untere Begrenzung der Vorkammer 50 erfolgt durch einen Einsatz 54, der in die Ausnehmung 52 eingesetzt ist«,

030047/0702 -7-

BAD ORIGINAL

Der Einsatz 54 hat eine Bodenwand 56 mit einer oberen Fläche 58 und einer unteren Fläche 60 sowie einer lotreohten Randfläehe 62, die in eine entsprechende Aussparung der Ausnehmung 52 passt« Ein Teil der durchgehenden un< teren Fläche 60 überdeckt die obere Fläehe 16 des Zylinder-* bloeks gegen die Dichtung 28 anliegend, während das rest-» liehe Teil der ebenen Kolbemflache 22 gegenüberliegt»

Mit der Bodenwand 56 ist eine nach oben gerichtete zylindrische Seitenwand 63 verbunden, deren Aussenfläche ein geringes , in der Zeichnung nicht dargestelltes Spiel zur zylindrischen ^egenflache der Ausnehmung 52 hat, um eine Sperre gegen Wärmeableitung aus der Wand 63 zu bilden« Ein teilzylindrischer Ansatz 64 der Wand 63 passt in einen lotreehten S_ehlitz 65 des Zylinderkopfs, um den Ein« satz in diesem festzulegen,, Die Innenfläche der Seitenwand 63 1st gewölbt und geht glatt in die obere Fläche 58 der Bodenwand 56 über und begrenzt mit dieser ein unteres Kam™ merteil 66 der Vorkammer 50.. Der obere Rand 67 des Seitenwand 63 1st teilkuglig ausgebildet und geht in die gewäbte Innenwand des oberen ^'eils der Ausnehmung 52 über.

Die bisherige Ausbildung ist mit der Bauart nach den US-PSn 4 122 804 und 4 122 805 vergleichbar. Die diesen Bauarten gegenüber erzielte Verbesserung besteht in der Ausbildung der Verbindungen der Vorkammer mit dem Brennraum, sowie der Z^Ar©dnung einer Kraftstoffeinpritzdüse und einer Glühkerze.

030047/0702

Die Vorkammer 50 ist mit dem zugeordneten Brennraum 30 durch einen breiten, aber verhätnismässig niedrigen Kanal in der Bodenwand 56 des Einsatzes 54 verbunden» Dieser besteht aus einem im wesentlichen geraden Kanalteil 68_y das im wesentlichen ausgerichtet zu erhöhten Seiten des Brennraums ausgerichtet ist»

Das Kanalteil 68 erstreckt sich in Querrichtung durch die Bodenwand, wobei seine Achse im wesentlichen senk recht zur Ebene durch die Achsen 40 der Einlaß—und Auslaßventile verläuft, .also etwas geneigt von der unteren Fläche 60 zur oberen Fläche 58 der Bodeawand 56. Etwas oberhalb der Kante der unteren Fläche 60 hat das Kanalteil 68 eine untere Mündung 70} es erstreckt über die Mitte der Bodenwamd 56 bis zu einem Bogen 71» der scharf nach oben, abgebogen zu einer ersten öffnung 72 führt, die an der der Zylinderachse 15 am weitesten abgelegen*Seite der Vorkammer 50 mündet« Das Abbiegen aus dem Kanalteil 68 zur Vorkammer erfolgt in einem stumpfen Winkel und die öffnung. 72 ist durch einen Durchbrueh 74 in der oberen Fläche 58 der Bodenwand 56 gebildet. Lage und Winkel der ersten öffnung 72 sind so gewählt, dass eine Steuerung der Wirbelung der in die Vorkammer eintretimden Luft beim Verdichtu4gshub des Kolbens.

Neben dem Durchbrueh 74 bildet die obere Fläche 58, die sich in Richtung auf die Zylinderachse' 15 erstreckt mit der Wandung des Kanalteils 68 eine Wand 75,

030047/0702' -9-

die wählend des Betriebes an beiden Flächen durch die Brenngase erhitzt wird. In diesem Bereich erstreckt sich eine zweite öffnung 78 zwischen dem Kammerteil 66 der Vorkammer 50 und einem Teil 80 des Kanalteils 68, der zwischer der unteren Mündung 70 und dem Bogen 71 liegt. Diese Öffnung 78 ist in einem steileren Winkel zum Kanalteil 68 geneigt als die öffnung 72, so dass beim Eintritt Ton Frischluft in die Vorkammer dies im wesentlichen über die erste öffnung 72 erfolgt.

Im Ausführungsbeispiel ist die zweite öggnung 78 in einem spitzen Winkel zur Einströmrichtung geneigt, jedoch kann die Neigung auch ein rechter Winkel oder ein etwas stumpfer Winkel sein, so lange er kleiner als der Winkel im B₉gei 71 ist.

Zur Bilduug eines brennbaren Gemische aus luft und Kraftstoff in der Vorkammer 50 ist in den Zylinderkopf 24 eine Kraftstoffeinspritzdüse 82 eingesetzt, die von beliebiger. Bauart sein kann, jedoch vorteilhaft mit einem Tellerventil als Einspritzventil ausgerüstet ist, damit ein flacher kegelförmiger Kraftstoffschleier in die Torkammer eingespritzt wird. Die Achse 84 der Kraftstoffeinspritzdüse liegt koplanar zur Zylinderachse und erstreckt sieh in die Vorkammer bis nahe an die heisse Wand 75 nahe der zweiten Öffnung 78. Die Kraftstoffeinspritzung längs der Achse 84 in Verbindung mit der Verwirbelung der ein- ■ tretenden Luft, führt zu einem konzentriertem Q-emisch aus

030047/0702 ~¹⁰~

» 10

Kraftstoff und luft im Bereich der zweiten Öffnung 78, wo im allgemeinen die "Verbrennung einsetzt«

Um das Zünden bei Kaltstart und während des Warmlaufens der Maschine zu gewährleisten , ist eine Glühkerze 90 in jeder Yorkammer 50 vorgesehen, die in einer öffnung 92 parallel zur Zylinderachse 15 sitzt und in einer gemeinsamen Ebene mit der Kraftstoffeinspritzdüse 82_O Jede Glühkerze 90 hat ein verlängertes Heizelement 94» das bis in den Bereich der zweiten Öffnung 78 ragt, um dort das Zünden zu unterstützen.

Die Anordnung von Kraftstoffeinspritzdüse und Glühkerze in Verbindung mit der Gestaltung des Yerbindungs— kanals der-Vorkammer mit dem Brennraum bewirken, dass am Ende des Verdichtungshubs des K_olbena ein reiches Gemisch nahe der zweiten öffnung 78 in der Torkammer 50 bereit stehl um durch Selbstzündung oder Fremdzündung gezündet zu werden Die Verbrennung führt zu einer D_ruckerhöhunli, durch die zuerst gezündeten Brenngase durch die zweite Öffnung 78 in den Brennraum 30 gedrückt werden, worauf die restlichen Gase über beide Öffnungen 72 und 78 zum Brennraum abströ» men₉ v/o eine weitere Vermischung und Terbrennung erfolgte

Die Wirbelung der Luft in der Vorkammer am Ende des Verdichtungshubes wird vorwiegend durch den Neigungswinkel der WMJt ersten Öffnung 72 zum Kanalteil 68 bestimmi und weniger durch den in steileren Winkel herangeführten Luftstrom durch die zweite Öffnung 78* Die eintretende Luft

030047/0702

. BAD ORIGINAL

3016133

gelangt daher vorwiegend längs der aussen liegenden Wand unter Verwirbelung j._n den oberen ^eil der Vorkammer und strömt an der Kraftstoffeinstritzdüse 82 und der Glühkerze 90 vorbei nach unten gegen die heisse Wand 75 in den Bereich der zweiten öffnung 78, wo die Zündung im Bereich eines reichen G-emischs eingeleitet wird und der Abstrom der Brenngase über die zweite öffnung 78 eine verbesserte Verbrennung unter verbesserter Vermischung in dem Brennraum ergibt, so dass eine grössere Leistungsausbeute bei günstigerer Abgaszusammensetzung erzielt wird.

Wesentlich für die E_rfindung, dass der Verbindungskanal zwischen dem Brennraum und der Vorkammer durch einen Querkanal in der Bodenwand des Einsatzes bildet, der über zwei öffnungen mit verschiedenen Teilen der Vorkammer verbunden ist.

Wesentlich ist fernar dass die erste öffnung am von dem Brennraum emtlegenen Ende der Vorkammer in diese mündet und vorwiegend die Verwirbelung der zugeführten Luft steuert, -während die zweite öffnung die schnelle Ableitung der Brenngase aus dem Bereich reichsten Gemische in den Brennraum unterstützt, wodurch die weitere Gemischbildung in letzterem begünstigt wird. Dies führt zu einer höheren "^eistung und rauchschwachem Betrieb,

Wichtig ist auch, dass die beiden Öffnungen^vin unterschiedlichem Winkel geneigt in die Vorkammer münden, wodurch der wesentliche Anteil der eintretenden Luft durch

030Ö47/0702

-12-

die erste öffnung strömt.

Die Anordnung der Kraftstoffeinspritzeinrich«
tung unterstützt die Bildung eines reichen Gemische in dem Bereich, in dem die Zündung eingeleitet wird₉ die bei Kalt· start und Warmlaufen durch die Anordnung der Glühkerze gewährleistet ist.

Durch die Anordnung zweier öffnungen zwischen
Vorkammer und Kanalteil 68 ist jeder öffnung eine bevorzug· te Punktion bezüglich des Einströmens der Luft und des Ab— leitens der Brenngase zugeteilt, die zu der Verbesserung
der Arbe^-tsweiBe führt*

030047/0702

Claims

Dipi.-!rg. K. Walther

Boliv
10C0!

Εί;»J

119

24»April 1980 W-w«3424

General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V.St₀A₀

Einsatz zum Bilden einer Vorkammer Im Zylinderkopf einer

Dieselmaschine

Patentansprüche :

Einsatz zum Bilden einer Vorkammer im Zylinderkopf einer Dieselmaschine, der eine Bodenwand mit einer unteren Fläche und einer oberen, ein Teil der Vorkammer begrenzenden Fläche aufweist und in den Bodenwand einen dieses Kammerteil mit dem Brennraum des zugeordneten Zylinders verbindenden Kanal enthält, dadurch ge kennzeichnet , da_ss der Kanal aus einem Kanalteil (68) besteht, das sich von einer unteren Mündung (70) am Rand der Bodenwand (56) in Querrichtung zwischen der unteren Fläche (60) zur oberen Fläche (58) zu einer ersten Öffnung (72) zur Vorkammer (50) erstreckt, und dass zwischen der unteren Mündung (70) und der ersten Öffnung eine zweite Öffnung (78) das Kanalteil (68) mit dem unteren T ei'. (66) der Vorkammer verbindet.

2β Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalteil (68) über einen Bogen (71) in einem stumpfen Winkel zu der ersten Öffnung (72) ver-

030047/0702 -2-

·» 2

läuft und im wesentlichen tangential zur Wand (52) der Vorkammer (50) mündet, um die Turbulenz des eintretenden Luftstroma zu steuern,

3· Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Mündung (70) des Kanalteils (68) oberhalb der Kante der durchgehenden unteren Pläehe (60) der Bodenwand (56) angeordnet ist«

4* Einsatz nac$ einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz eine von der Bodenwand/56) nach oben gerichtete Wand (63) mit einer gewölbten Innenfläche hat, die glatt in die obere Fläche (58) der Bodenwand übergeht und mit dieser das napfartige untere Kammerteil (66) der Vorkammer (50) begrenzt, in das die zweite Öffnung (78) mit einem steileren Winkel mündet als die erste Öffnung (72) in die Vorkammer mündet·

5. Einsatz nach einem der vorhergehenden An«» sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Öff— nung (78) in einem spitzen Winkel zum Kanalteil (68) geneigt zum unteren Kammerteil (66) der Vorkammer erstreckt«,

6. Einsatz nach einem der vorhergenden Ansprüche für eine Dieselmaschine, bei der ein Zylinderkepf mit einer im wesentlichen ebenen Fläche Zylinder für Hubkolben verschliesst und mit letzteren Brennräume mit keilförmigen Aussparungen im Zylinderkopf begrenzt, in deren Bereich Einlaß« !tad Auslaßkanäle steuernde Einlaß«« bsw_o

030047/070

Auslaß-Iellerventile liegen, deren Achsen geneigt zur Ebene durch die Z_v inderachsen angeordnet sind, dadurch gekenn« zeichnet, dass die Vorkammer (50) im Zylinderkopf (24) seit· lieh der Einlaß- und Auslasskanäle (32,34) auf der der Neigung der Einlaß«und Auslaßventile (Achsen 40) abgewandten Seite gebildet ist, und die tiefen Stellen der keilförmigen Aussparungen C42_P43) im Zylinderkopf durch einen Kanal mit der Mündung tyo) des Kanalteils (68) sich nach aussen erstreckend verbunden sind«

7β Einsata nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich· net, dass eine in den Zylinderkopf (24) eingesetBte Kraft« Stoffeinspritzdüse (82) in die Vorkammer (.50) in Richtung auf die zweite öffnung (78) ihren Kraftstoffstrahl leitete

8. Einsatz nach Anspruch 7» dadurch gekenn« zeichnet, dass die Achsen der Vorkammer (50) und des diese mit dem Brennraum verbindenden Kanalteils (68) koplanar zur iiylinderachse (15) liegen, und dass die Achse einer in die Vorkammer (50) ragenden Glühkerze (00) und die Achse der Kraftstoffeinspritzdüse (82) ^planar mit den Achsen der Vorkammer und des Kanalteils angeordnet sind, und die Glühkerze mit ihrem Heizelement (94) im unteren Kammerteil (66) der Vorkammer liegt.

030047/0702