DE930248C

DE930248C - Selbstzuendende, luftverdichtende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE930248C
Application number: DEM17282A
Authority: DE
Inventors: Walter Steidler
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1953-02-08
Filing date: 1953-02-08
Publication date: 1955-07-14

Description

Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschinen, bei welchen am Ende des Verdichtungshubes praktisch die gesamte Verbrennungsluft von einem im Kolben vorgesehenen Raum aufgenommen wird.
Es ist bekannt, Brennräume im Kolben von Brennkraftmaschinen derart anzuordnen, daß in dem zentrisch zur Zylinderachse liegenden Brennraum ein schraubenförmiger Doppelwirbel entsteht, wobei die Verbrennungsluft außen absteigt und innen aufsteigt. Dieses Verfahren setzt voraus, daß die Achse der Einspritzdüse mit der Zylindermittelachse zusammenfällt. Für kleine schnell laufende Motoren verursacht diese Forderung ein erhebliches Hindernis für eine zweckmäßige Konstruktion des Zylinderkopfes, da sich bei dieser Düsenlage keine genügend großen Ventilquerschnitte unterbringen lassen. Man ist bei Schnellläufern gezwungen, um die Ventile unterzubringen, die Düse schräg mit etwas seitlich von der Zylindermitte liegender Öffnung anzuordnen, auch um die Zugänglichkeit der Düse ohne Abnehmen der Zylinderkopfhaube zu ermöglichen. Des weiteren ist eine Ausführung eines Brennraumes bekanntgeworden, welche auf der Oberseite des Arbeitskolbens eine Anzahl Mulden vorsieht, welche untereinander durch enge Kanäle verbunden sind. Die Mulden und die Kanäle sind nach oben offen. Diese Ausführung, die bisher nur in Verbindung mit mittiger oder zumindest senkrechter Düsenlage bekanntgeworden ist, besitzt den obenerwähnten Nachteil, wozu noch die nachteilige Erscheinung hinzu kommt, daß die gewünschte Luftbewegung zwischen den Mulden nur dann eintritt, wenn der Kolben sehr nahe am Totpunkt steht. Die entstehende Luftbewegung reicht bei schnell laufenden Motoren nicht aus, um Brennstoff und Luft innig genug miteinander .zu vermischen, da die Luft nur «nährend eines sehr kleinen Teiles des Kolbenhubes genügend von allen Seiten geführt ist, um den gewünschten Weg zu nehmen.
Ferner weist diese bekannte Bauart noch den Nachteil auf, daß einige Teilkammern durch Wände, welche vom Boden der Brennkammer bis zum oberen Kolbenrand durchgehen, von dem Teil abgetrennt sind, in welchen die Brennstoffeinspritzung erfolgt, so daß ein Teil der durch die besondere Gestaltung des Brennraumes absichtlich erzeugten Luftwirbel nur sehr unvollkommen zur Bildung des Brennstoff-Luft-Gemisches beiträgt.
Auch ist es bereits bekannt, im Kolben von Verbrennungskraftmaschinen kugelige oder walzenförmige Verbrennungsräume anzuordnen, die durch einen Umlenkwulst voneinander getrennt sind. In diesen Verbrennungsräumen bilden sich Wirbel, deren Drehachsen parallel sind und deren Strömungsrichtung beim Zusammentreffen in Brennraummitte nicht wesentlich voneinander abweicht. Diese Erscheinungen bringen es mit sich, daß ein Höchstmaß an Durchwirbelung von Brennstoff und Verbrennungsluft auch bei diesen bekannten Bauformen bisher noch nicht erreicht wurde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, zu einem solchen Höchstmaß auch bei schnell laufenden Maschinen zu gelangen und den Verbrennungsraum im Kolben so zu gestalten, daß als Voraussetzung hierzu mehrere Wirbel in der Brennraummitte zusammentreffen, wobei die Strömungsrichtungen der Teilstöße teilweise entgegengesetzt sind oder senkrecht zueinander verlaufen. Erfindungsgemäß wird dies durch einen aus mehreren Teilräumen bestehenden Kolbenbrennraum erzielt, der mit der Einspritzdüse eine gemeinsame Symmetrieebene besitzt und dessen besonderes Merkmal darin besteht, daß er aus einer schalenförmigen Mulde, welche einen in der gemeinsamen Symmetrieebene mit der Einspritzdüse sich erstreckenden Ablenkwulst sowie an der Kolbenstirnfläche eine elliptische überströmöffnung aufweist, deren große Achse mit der genannten Symmetrieebene zusammenfällt, und aus zwei weiteren Räumen zusammengesetzt ist, die -in Form von Rotationskörpern, vorzugsweise Ellipsoiden mit beiderseits der Symmetrieebene parallel zu letzterer liegenden Achsen - Raumfortsätze an der schalenförmigen Mulde bilden.
Mit einem Kolbenbrennraum von solcher zusammengesetzter Formgebung wird eine äußerst intensive Durchwirbelung von Brennstoff und Verbrennungsluft erreicht, nachdem der Brennstoffstrahl aus der Einspritzdüse auf die Stelle des Zusammentreffens der verschiedenen Luftwirbel in der Brennraummitte gerichtet werden kann. Auch wird eine sichere Führung der Verbrennungsluft im Brennraum weitgehend unabhängig von der Kolbenstellung erreicht. Dabei ist es möglich, eine für die Gestaltung des Zylinderkopfes günstige Schräglage der Einspritzdüse zu wählen sowie alle drosselnden überströmöffnungen zu vermeiden, welche insbesondere bei schnell laufenden Maschinen die Wirbelarbeit und damit den Brennstoffverbrauch erhöhen sowie eine unerwünschte Erwärmung des Kolbens begünstigen. Die zentrische Lage des Verbrennungsraumes, welche durch seine symmetrische Formgestaltung ermöglicht ist, verhindert eine einseitige, zu Deformationen Anlaß gebende Erwärmung des Kolbens, und schließlich erlaubt die erzielte intensive Luftwirbelung die vorteilhafte Verwendung von normalen Einlochzapfendüsen und-mäßigen Einspritzdrücken.
In der Zeichnung ist ein Brennkraftmaschinenkolben mit erfindungsgemäß gestaltetem Brennraum in verschiedenen Schnitten sowie in der Draufsicht schematisch dargestellt.
Der im Kolben i vorgesehene Brennraum besteht zunächst aus einer schalenförmigen Mulde 3, welche, in gemeinsamer Symmetrieebene mit der Einspritzdüse 5 sich erstreckend, einen Ablenkwulst 7 von Sichelform besitzt. Die Mulde 3 endet an der Stirnseite des Kolbens i in einer elliptischen Überströmöffnung g, deren große Achse mit der genannten Symmetrieebene zusammenfällt. An die beiden Längswände der Mulde 3 schließen sich in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise Räume ii und 13 an, welche die Form von Rotationskörpern, vorzugsweise Ellipsoiden mit parallel zur gemeinsamen Symmetrieebene liegenden Achsen, besitzen.
Beim Verdichtungshub des Kolbens wird ein Teil der Verbrennungsluft in der schalenförmigen Mulde 3 gemäß den in Fig. 2 eingezeichneten Pfeilen 15 und 17 abgelenkt. Ein anderer Teil wird mittels des Wulstes 7 in Richtung der aus Fig. i ersichtlichen Pfeile i9 und 2i in die Taschen ii und 13 abgelenkt, und alle diese verschiedenen Teilströme 15 bis 21 treffen sich bei 23 ungefähr in der Brennraummitte, auf welche Stelle auch der Einspritzstrahl 25 der Düse 5 gerichtet ist.
Die Folge dieser beschriebenen Strömungs- und Spritzvorgänge ist eine bisher nicht erreichte Intensität der Durchwirbelung der Verbrennungsluft und des Brennstoffes und damit ein verbesserter Verbrennungsvorgang.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer schräg im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse, welche gegen Ende des Verdichtungshubes flüssigen Kraftstoff in einen aus mehreren Teilräumen bestehenden Kolbenbrennraum einspritzt, der am Ende des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt und mit der Einspritzdüse eine gemeinsame Symmetrieebene besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kolbenbrennraum aus einer schalenförmigen Mulde (3), welche einen in der gemeinsamen Symmetrieebene mit der Einspritzdüse sich erstreckenden Ablenkwulst (7) sowie an der Kolbenstirnfläche eine elliptische Überströmöffnung (9) aufweist, deren große Achse mit der genannten Symmetrieebene zusammenfällt, und aus zwei weiteren Räumen zusammengesetzt ist, die - in Form von Rotationskörpern, vorzugsweise Ellipsoiden mit beiderseits der Symmetrieebene parallel zu letzterer liegenden Achsen - Taschen (11, 13) an der schalenförmigen Mulde (3) bilden. z. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkwulst (7) sichelförmig gestaltet ist. 3. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ouerschnitt der elliptischen überströmöffnung (9) gleich oder kleiner als der größte Brennraumquerschnitt ist. q.. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Taschen (11, 13) an der schalenförmigenMulde (3) so angeordnet sind, daß ihre gemeinsame äußere Begrenzungslinie in der Draufsicht auf den Kolben (Fig. 3) annähernd eine Kreislinie bildet. 5. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der rotationskörperförmig gestaltetenTaschen (11, 13) einen gegenseitigen Abstand aufweisen, der etwa gleich der Länge der kleinen Achse der elliptischen Überströmöffnung (9) ist. 6. Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Einspritzdüse (5) gegenüber dem Kolbenbrennraum, daß im oberen Kolbentotpunkt die Spritzrichtung der Düse etwa auf die Mitte (23) des Brennraumes zielt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 631 134., 696o77.