DE749607C

DE749607C - Schnellaufender Fahrzeugdieselmotor mit im Kolben liegenden Verbrennungsraum

Info

Publication number: DE749607C
Application number: DEM139735D
Authority: DE
Priority date: 1937-11-09
Filing date: 1937-11-09
Publication date: 1944-11-27

Description

Schnellaufender Fahrzeugdieselmotor mit im Kolben liegenden Verbrennungsraum Bei den vorzugsweise für Fahrzeugzwecke verwendeten schnellaufenden Dieselmotoren mit geringem Zylinderdurchmesser ist es aus baulichen Gründen erwünscht, die Brennstoffeinspritzdüse im Deckel außerhalb der Zylinderachse anzuordnen und schräg einzusetzen, einmal um genügend Platz für je ein möglichst großes Ein- und Auslaßventil zu erhalten und andererseits um die Düse außerhalb der Ventilhaube zugänglich zu machen. Obwohl sich dabei gewisse Erschwerungen für die Ausgestaltung und Wirkung des Brennraumes ergeben, wenn dieser, wie meist üblich, im Zylinderdeckel in Form einer Höhlung o. dgl. untergebracht ist, ist diese Bauart doch sehr praktisch und deshalb auch bei der Erfindung vorausgesetzt.
Man fand nun weiterhin die bekannte Lösung, hierbei den Brennraum im Kolben anzuordnen. Bei den gewählten Brennraumformen ergab sich aber wegen der Schräglage der Düse entweder eine ungleichmäßige Verteilung des Brennstoffes über den Brennrauin oder es waren verwickelte Düsenbauarten nötig, wollte man nicht auf die schräge außermittige Lage der Düse und die. damit verbundenen Vorteile verzichten.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dieselmotor der obenerwähnten vorteilhaften Bauart. Sie schafft eine Maschine, die einen bisher nicht erreichten niedrigen Brennstoffverbrauch besitzt, verbunden mit einer überraschenden Anlaßfreudigkeit auch bei bislang nicht ohne weiteres startfähigen tiefen Temperaturen. Erreicht wird dieses durch die Vereinigung folgender Merkmale: Der Verbrennungsraum ist kugelförmig und nimmt, abgesehen von einem unvermeidlichen, beiderseits eben begrenzten Kolbenspaltraum von praktisch erreichbar geringster Größe bei Totpunktlage des Kolbens; die ganze Verbrennungsluft auf; der Querschnitt der kreisförmigen und gleichmittig auf einer parallel zur Zylinderachse verlaufenden Mittellinie der Kugel angeordneten Üffnung zwischen dem Verbrennungsraum und dem Zylinderinnern ist etwa halb so groß wie der größte Querschnitt der Kugel; die Düse liegt nahe der über die Öffnung fortgesetzt gedachten Kugelschale, und die Achse des Brennstoffstrahlkegels geht ini Kolbentotpunkt etwa durch die Kugelmitte. wobei der Strahlkegel selbst den Öffnung:-; rand nicht trifft und durchweg gleichmäßig ig mit fein zerstäubten Brennstoffteilchen angefüllt ist.
Die Kugelform des Brennraumes besitzt den bekannten Vorteil des günstigsten Verhältnisses zwischen Inhalt und Oberfläche. was für die geringste Abkühlung der heißen Gase wichtig ist. An sich hat man schon einen Kugelbrennraum auch im Kolben vorgesehen, aber nicht in Verbindung mit den übrigen Merkmalen der Erfindung. Vor allen Dingen hat man nicht erkannt, daß der Brennstoffkegel bzw. seine gedachte Verlängerung trotz der schiefen Lage seiner Achse die Kugelwände in einer symmetrischen Kreislinie und überall unter gleichem Winkel trifft. Eine Kugel ist der einzige Körper, der sich in bezug auf eine beliebige Achse stets als gleichgeformter Rotationskörper darstellt und bei dem jeder beliebige Schnitt eine Kreisgestalt aufweist, an den sieh die Kugelschale mit überall gleichen Winkeln anschließt. Es ergeben sich dabei infolgedessen rundum die gleichen Strömungsverhältnisse beim Übertritt des Zylinderinhaltes in den Brennraum.
Eine ältere amerikanische Anordnung zeigt einen kugelförmigen Brennraum im Kolben bei einer Düsenlage in der Zylindermittelachse. Sie ist aber nicht für schnellaufende Fahrzeugmotoren mit verhältnismäßig geringen Zylinderdurchmessern brauchbar, da die Kugel baulich aus dein Kolben durch besondere schalenartige Wände herausgehoben ist und sich genügend große Ventile (nur ein Einlaß- und ein Auslaßventil) nicht anbringen lassen. Außerdem ist der Kolbenspaltrauin stark zerklüftet. also nicht eben wie bei der Erfindung und nimmt deshalb einen verhältnismäßig großen Anteil der Verbrennungsluft auf und verursacht andere Störungen. Es fehlt hierbei auch die Möglichkeit. die Düse schräg zu legen: die oben angedeuteten Vorteile dieser Anordnung in Verbindung mit den Eigentümlichkeiten der Kugel sind also nicht erreichbar, abgesehen davon, daß sie auch nicht erkannt und offenbart wurden.
Wesentlich bei der Erfindung ist in Verbindung mit den übrigen Merkmalen die Lage, Gestalt und Größe der Öffi:ung des Brennraumes nach dem Zylinderinnern zu. Es hat sich gezeigt, daß die angegebenen Verhältnisse für die guten Eigenschaften der Maschine von erheblicher Bedeutung sind. Brennräume im Kolben, beispielsweise mit außermittiger Öffnung, ergeben ungünstigere T uff- bzw. Gasströmungs- und Verbrennungseigenschaften. Bei zu geringer öffnungsgröße treten Wirkungen auf, die denen der Speicher- oder V orkammermotoren ähn-,licli sind, zu große Öffnungen verringern die gute Mischungsmöglichkeit von Brennstoff und Luft und verlangen hierfür besondere Maßnahmen.
Ähnlich wichtig für die gute Wirkung sind die beschriebene Lage der Düse und die Angaben über den Brennstoffstrahlkegel, wie Vergleiche mit älteren Maschinen auf dem Versuchsstand gezeigt haben. 1--s ist dabei zu erwähnen, daß hier ebenso wie bei den übrigen Merkmalen der Erfindung einzelne Kennzeichen schon früher vorgeschlagen worden sind, was z. B. für die Einspritzung eines der Kammerform angepaßten Strahles gilt und auch für eine Kreisform der Verbrennungsraumöffnung. Sie finden sieh aber stets mit anderen bei der Erfindung nicht brauchbaren Einzelheiten vereinigt, und ihre Wirkung ist deshalb anders oder weniger vollkommen. Die Erfindung wird erblickt in der vorgeschriebenen Vereinigung der Merkmale, durch die die angegebenen neuen, ganz überraschend vorteilhaften Wirkungen erreicht werden. .
An Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der neuen Brennraunianordnung darstellt, soll diese näher erläutert werden. In dem Kolben a ist der kugelförmige Brennraum b vorgesehen, der von der Düse c aus mit Brennstoff versorgt wird. Die Düsenachse ä steht schräg zur Achse des Zylinders, und die Düse selbst liegt ebenso wie der Brennraum außerhalb der Zylinderachse. Die vollständige Kugelschale durchdringt den oberen Kolbenboden in einem Kreisschnitt, und es entsteht hier, unter Berücksichtigung der Abrundungen bei d, und e, eine kreisförmige Öffnung mit der Achse f, deren Fläche etwa der Hälfte des größten Kugelquerschnittes entspricht. Die Düse c liegt an der gedachten oberen Kugelschale. Aus der Eigenart der Kugel ergibt sich, daß trotz der senkrechten Lage der Hauptachse j und der schräg liegenden Düsenachse ä bei dein gewählten Strahlwinkel zwischen Brennraumwand und Strahlkegel rundum ein überall praktisch gleichbleibender Luftraum li übrigbleibt.

Claims

PATRNTANSPRUCII: Schnellaufender Fahrzeugdieselmotor mit im Kolben liegenden Verbrennungsrauin und schräg außerhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale Der Verbrennungsraum ist kugelförmig und nimmt, abgesehen von einem unvermeidlichen, beiderseits eben begrenzten Kolbenspaltraum von praktisch erreichbar geringster Größe bei Totpunktlage des Kolbens, die ganzeVerbrennungsluft auf; der Querschnitt der kreisförmigen und gleichmittig auf einer parallel zur Zylinderachse verlaufenden Mittellinie derKugel angeordneten Öffnung zwischen dem Verbrennungsraum und dem Zylinderinnern ist etwa halb so groß wie- der größte Querschnitt der Kugel; die Düse liegt nahe der über die Öffnung fortgesetzt gedachten Kugelschale, und die Achse des Brennstoffstrahlkegels geht im Kolbentotpunkt etwa durch die Kugelmitte, wobei der Strahlkegel selbst den Öffnungsrand nicht trifft und durch-%veg gleichmäßig mit fein zerstäubten Brennstoffteilchen angefüllt ist. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand, der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... Nr. 476 846, 473 826; . österreichische Patentschrift - 148 912; britische Patentschriften . . . - 448 o61, 2974''11915 USA.-Patentschriften ..... - 1943 495, 1 653 825, 1 524 894-