DE952220C

DE952220C - Vorkammerdieselmaschine

Info

Publication number: DE952220C
Application number: DED15297A
Authority: DE
Inventors: Otto Hartmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1953-06-19
Filing date: 1953-06-19
Publication date: 1956-11-15

Description

Vorkammerdieselmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammerdieselmaschine mit einer den Hauptbrennraum bildenden Kolbenvertiefung und einem in die Kolbenvertiefung einmündenden Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum und bezweckt vor allem eine Beseitigung des sogenannten »Nagelns«, d. h. schneller klopfender Geräusche, zu welchen Vorkammerdieselmaschinen vor allem bei Anlaßdrehzahlen oder im niederen Betriebsdrehzahlbereich neigen.
Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß der Hauptbrennraum unter Bildung einer oder mehrerer ringsum oder teilweise ringsum laufender scharfer Wirbel- oder Drosselkanten in mehrere durch Drosselquerschnitte verbundene oder unter Zwischenschaltung der vorspringenden Wirbelkanten stufenförmig gegeneinander abgesetzte oder einander umschließende zueinander konzentrisch oder exzentrisch ringförmig angeordnete Räume unterteilt ist.
Die das Nageln vermindernde Wirkung solcher Anordnungen beruht offenbar darauf, daß die scharfen Kanten durch Wirbelbildung oder Drosselwirkung eine zu schnelle und plötzliche Ausbreitung der Flammenfront aus dem mittleren Teilraum in die äußeren, z. B. ringförmigen Räume verhindern, indem sie der von der Mitte des Hauptbrennraunis ausgehenden Druckwelle einen bremsenden Widerstand entgegensetzen.
Es sind vor allem Dieselmaschinen bekannt, bei denen der Hauptbrennraum ganz oder teilweise durch eine Vertiefung im Kolbenboden gebildet wird. Hierbei geht jedoch in der Regel die Vertiefung im Kolbenboden ohne scharfe Kanten in den unvertieften Teil des Kolbenrandes über, indem sich die Wandungen der Vertiefung und des nichtvertieften Kolbenteiles unter einem stumpfen Winkel treffen und außerdem in der Regel abgerundet sind.
Es sind auch schon Vorkammerdieselmaschinen mit einem durch eine Vertiefung im Kolbenboden gebildeten Hauptbrennraum bekannt, bei welchen die Vertiefung durch eine scharf ausgeprägte Kante gegen den übrigen Kolbenboden begrenzt ist. Doch tritt in diesem Fall im oberen Kolbentotpunkt der unvertiefte Kolbenrand dicht an den Zylinderkopf heran, so daß praktisch die gesamte im Zylinderraum verdichtete Verbrennungsluft am Ende des Kolbenhubes in die Kolbenvertiefung verdrängt ist und ein ringförmiger Teilraum des Hauptbrennraumes praktisch nicht besteht. Infolgedessen treten auch nicht die erfindungsgemäß durch die scharfen Wirbel- oder Drosselkanten angestrebten Vorteile auf.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist der äußere Ringraum durch einen gegen den Zylinderkopf vorspringenden, ringförmigen Vorsprung des Kolbenbodens mit einer oder -vorzugsweise - zwei scharfen Kanten von dem inneren Teilraum abgetrennt, wobei zweckmäßig der die Ringräume trennende ringförmige Vorsprung im oberen Kolbentotpunkt so nahe wie möglich an den Zylinderkopf herantritt.
Statt dessen oder zusätzlich hierzu kann des weiteren der die Ringräume trennende ringförmige Vorsprung des Kolbenbodens gegenüber dem äußeren dicht an den Zylinderkopf herantretenden Kolbenrand zurückgesetzt sein. Durch Anordnung mehrerer Ringräume bzw. Wirbel- oder Drosselkanten kann die angestrebte Wirkung noch weiter verbessert werden. Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Hierbei zeigt Fig. i einen senkrechten Achsschnitt durch einen die Brennräume enthaltenden Teil der 'Maschine, Fig. 2 eine Draufsicht auf den' Kolben nach Fig. i, Fig. 3 bis 6 einen senkrechten Schnitt durch vier weitere Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung des Hauptbrennraumes.
In Fig. i ist io der Zylinder, in welchem der Kolben i i gleitet, der in seiner obersten Totpunktstellung dargestellt ist. Der Zylinder wird durch den vorzugsweise wassergekühlten Zylinderkopf 12 abgedeckt, in welchen ein- die Vorkammmer 13 mit dem Verbindungskanal 14 enthaltender und die Einspritzdüse 15 aufnehmender Einsatz 16 in schräger Lage und exzentrisch zur Zylinderachse eingesetzt ist. Die Einspritzdüse ist axial zum Verbindungskanal 1.4 zwischen Vorkammer und Haupt -brennraum angeordnet, so daß Brennstoff unmittelbar durch die Vorkammer und den Verbindungsbanal hindurch bis in den Hauptbrennraum eingespritzt werden kann.
Auf der der Vorkammer gegenüberliegenden Seite einer durch die Zylinderachse gelegten Ebene sind die Ein- und Auslaßventile 17 bzw. 18 untergebracht. Der Hauptbrennraum wird in der Hauptsache durch eine Kolbenvertiefung ig gebildet, in welche die Vorkammer derart einmündet, daß der Vorkammerinhalt in einen mittleren Teil der Kolbenvertiefung mit steiler Neigung gegen den Muldenboden ausgeblasen wird, so daß er sich innerhalb der Mulde möglichst gleichmäßig verteilen kann. Die Mulde ig wird durch einen ringförmigen Rand 2o umschlossen, welcher im Ausführungsbeispiel nach Fig. i und 2 ringsum gleiche Breite besitzt und im oberen Kolbentotpunkt so nahe an den Zylinderkopf herantritt, daß zwischen der Ringfläche und dem Zylinderkopf ein ringförmiger Drosselspalt 2i entsteht. Der Ringansatz 2o ist hierbei zweckmäßig durch eine scharfe Kante 22 nach innen und eine scharfe Kante 23 nach außen begrenzt. Außerhalb der Ringfläche und anschließend an diese wird durch eine zweite ringförmige Vertiefung ein weiterer ringförmiger Teilbrennraum 2.4 gebildet, welcher nach außen durch die Zylinderwand des Maschinenzylinders io begrenzt ist.
Die Wirkungsweise der Maschine nach Fig. i und 2 ist folgende: ImVerdrängungshub wirdLuft aus dem äußeren Ringraum in den mittleren Teilraum des Hauptbrennraumes und von dort teilweise in die Vorkammer übergeschoben. Der in die Vorkammer eingespritzte Brennstoff verbrennt in dieser teilweise unter Drucksteigerung, wodurch der übrige Brennstoff zur weiteren Verbrennung über den Verbindungskanal 14 in die nur einen Teil, wenn auch zweckmäßig den Hauptteil des Hauptbrennraumes aufnehmende Kolbenmulde ig geblasen wird. Um vollständig.zu verbrennen, muß jedoch ein restlicher Teil des Brennstoffes über den ringförmigen Drosselspalt 21 auf den äußeren ringförmigen Brennraum 24. verteilt werden. Infolge der scharfen Kanten 22 und z3 entstehen jedoch Wirbel, welche einen schnellen Druckausgleich zwischen den Räumen 1g und 24 verhindern. Plötzliche Zünd- und Verbrennungsvorgänge, welche das Nageln hervorrufen, werden dadurch unterbunden oder mindestens gemildert.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Hauptbrennraum 30 im wesentlichen -durch zwei Teilräume 31 und 32 gebildet, welche in ringförmigen Stufen gegeneinander abgesetzt sind, wobei die Stufen durch eine scharfe Kante 33 getrennt sind. Die äußere ringförmige Stufe 32 wird ferner durch eine ebenfalls scharfe Kante 34 gegen den unvertieften Kolbenrand 35 begrenzt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. q. ist der innere Hauptteilraum q.o des Hauptbrennraumes in mehrere Stufen 41, 42 und 43 ringförmig zueinander abgesetzt, wobei zwischen jeder Stufe scharfe Wirbelkanten 44 und 45 vorgesehen sind. Ferner ist auch in diesem Fall ein äußerer Ringraum 4.6 vorhanden, der jedoch im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. i und a exzentrisch zum inneren Hauptbrennraum q.o angeordnet ist. Eine Ringfläche 47 von verschiedener Breite drosselt wieder den inneren Raumteil des Hauptbrennraumes gegen den äußeren Ringraum unter Anordnung scharfer Wirbelkanten 48 und 49 ab.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird der Hauptbrennraum 5o durch eine Kolbenmulde gebildet, in deren Boden eine weitere Mulde 51 durch einen ringförmigen, zweckmäßig beiderseitig scharfkantigen Vorsprung 52 vorgesehen ist, der die Mulde 51 gegen eine äußere ringförmige Mulde 53 begrenzt. Die innere Mulde 51 ist hierbei exzentrisch im Brennraum 5o entsprechend der exzentrischen Anordnung des Überströmkanals 14 angeordnet, so daß der Vorkammerinhalt zunächst von der inneren Mulde 5 i aufgenommen wird. Der ringförmige Vorsprung 52 übt hierbei wieder, insbesondere in Verbindung mit seinen scharfen ringförmigen Kanten, eine bremsende Wirkung auf die Ausbreitung der Flammenfront vom mittleren Teil des Hauptbrennraumes auf den äußeren Ringteil aus.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 stellt eine Vereinigung der in den übrigen Ausführungsbeispielen dargestellten und beschriebenen Maßnahmen dar, indem der innere Hauptteil 6o des Hauptbrennraumes aus mehreren konzentrisch oder exzentrisch zueinander angeordneten, stufenförmig gegeneinander abgesetzten Teilräumen 61, 62, 63 besteht, die durch scharfe Kanten gegeneinander abgegrenzt sind und von denen der innerste und unterste Teilraum 61 durch einen Ringvorsprung 64 nochmals in einen mittleren Teilraum und einen äußeren Ringteilraum unterteilt ist.
Gegebenenfalls kann auch, vom Teilraum 6o des Hauptbrennraumes durch eine drosselnde Ringfläche 65 abgeteilt, ein weiterer äußerer Ringteilraum 66 vorgesehen sein. Durch diese vielfache Unterteilung des Hauptbrennraumes kann eine Steigerung der angestrebten Wirkung erzielt werden.
Die Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren von Bedeutung, kann aber natürlich auch bei Motoren für andere Zwecke Verwendung finden. Statt exzentrisch bzw. schräg kann die Vorkammer auch z. B. zentrisch und senkrecht zum Kolbenboden in den Hauptbrennraum einmünden. Die Teilräume sind in diesem Fall vorzugsweise konzentrisch zueinander und konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorkammerdieselmaschine mit einer den Hauptbrennraum bildenden Kolbenvertiefung und einem in die Kolbenvertiefung einmündenden Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbrennraum unter Bildung einer oder mehrerer ringsum oder teilweise ringsum laufender scharfer Wirbel- oder Drosselkanten in mehrere durch Drosselquerschnitte (21) verbundene oder unter Zwischenschaltung der vorspringenden Wirbelkanten (33; 44, 45; 52; 64) stufenförmig gegeneinander abgesetzte oder einander umschließende, zueinander konzentrisch oder exzentrisch ringförmig angeordnete Räume (i9, 24) unterteilt ist.
2. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum (24; 46,66) durch einen gegen den Zylinderkopf vorspringenden, ringförmigen Vorsprung (20, 47, 65) mit einer oder (vorzugsweise) zwei scharfen Kanten (22,23; 48, 49) von dem inneren Teilraum (19, 41, 61) abgetrennt ist (Fig. 1, 4, 6).
3. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ringräume trennende ringförmige Vorsprung (2o) im oberen Kolbentotpunkt so nahe wie möglich an den Zylinderkopf herantritt (Fig. 1, 4 6).
4. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ringräume trennende ringförmige Vorsprung (33; 44, 45; 52; 64) gegenüber dem äußeren, dicht an den Zylinderkopf herantretenden Kolbenrand (35, 47, 65) zurückgesetzt ist (Fig. 3 bis 6).
5. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Kolbentotpunkt der innere Teilraum (19, 31, 41, 61) einen größeren Rauminhalt hat als der von ihm durch einen ringförmigen Vorsprung (20, 33, 471- 65) getrennte äußere Ringraum (24, 32, 46,-66).
6. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig zueinander angeordneten Teilräume des Hauptbrennraumes teilweise stufenförmig (44 42, 43; 61, 62, 63) zueinander abgesetzt und teilweise durch ringförmige Vorsprünge (47; 64, 65) voneinander getrennt sind.
7. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei exzentrisch zur Zylinderachse in den Hauptbrennraum einmündender Vorkammer (13, 14) auch die Teilräume des Hauptbrennraumes entsprechend exzentrisch zueinander angeordnet sind. B. Vorkammerdieselmaschine nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Verbindungskanal (14) zur Einspritzdüse (15) gleichachsig angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 872 686, 767 570, 691 752, 479 151, 802 773, 767 670, 855 924; schweizerische Patentschriften Nr. 184 957, 183 522, 283 185, 282 831; britische Patentschrift Nr. 174 718.