Vorverbrennungskammer eines Dieselmotors Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorver- brennungskammer eines Dieselmotors, welche sich durch eine neuartige, die Charakteristik des Motors verbessernde Formgebung auszeichnet.
Es ist bekannt, dass die Charakteristiken eines Die selmotors stark beeinflusst werden durch die Beziehung zwischen der Formgebung, den Dimensionen, dem Volumenverhältnis, dem Brennstoffdurchtritt und der Sprühdistanz der Verbrennungskammer, und dass es möglich ist, selbst durch geringfügige Änderungen der Form der Verbrennungskammer erhebliche Verbesse rungen zu erzielen. Die günstigste Form der Verbren nungskammer kann jedoch kaum anders als durch Versuche ermittelt werden, was verschiedene Schwie rigkeiten mit sich bringt.
Eine bekannte Verbrennungskraftmaschine mit Vorverbrennungskammer wies verschiedene Nachteile gegenüber Maschinen mit direkter Einspritzung auf. Die Konstruktion war umständlich, wies geringen ther mischen Wirkungsgrad auf, war schwierig zu starten und ausserdem ist die Verbrennung langsam. Diese Nachteile erschweren erheblich die Ausführung schnell laufender Dieselmotoren.
Es ist somit das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorverbrennungskammer zu schaffen, welche in der Lage ist, die oben erwähnten Nachteile zu vermei den, indem die günstigen Eigenschaften sowohl einer Wirbelkammer als auch einer Vorverbrennungskammer miteinander kombiniert werden.
Diese Kombination erfolgt gemäss einer von den Erfindern aufgestellten Theorie, die bestätigt worden ist und welche eine dra stische Senkung des Brennstoffverbrauchs, eine Ver minderung des Rauchgehalts der Auspuffgase und eine überraschende Verbesserung der Starteigenschaften verglichen mit herkömmlichen Motoren mit Vorver- brennungskammern und damit die Herstellung schnell laufender Dieselmotoren ermöglicht.
Die Vorverbrennungskammer gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein hinterer Kammerabschnitt mit einem zylindrischen Teil und mit einem mindestens annähernd halbkugeligen Oberteil, und ein vorderer, mit dem hinteren verbundener Kam- me-ra#bschnitt vorhanden sind, wobei die Achse des hinteren Kammerabschnitts um einen geeigneten Win kel bezüglich der Achse des Motorzylinders geneigt ist und im wesentlichen mit der Achse der Einspritzdüse zusammenfällt,
und wobei die Achse des vorderen Kammerabschnitts gegenüber derjenigen des hinteren Kammerabschnitts versetzt ist und parallel dazu ver läuft, dass der vordere Kammerabschnitt in der Nähe der Verlängerung der Achse der Einspritzdüse mit einem Hauptkanal in Verbindung steht, dass an der Grenze zwischen dem hinteren und vorderen Kammer abschnitt eine flache Ringschulter gebildet ist und dass in dem den vorderen Kammerabschnitt begrenzenden Teil ein Verbindungskanal vorgesehen ist,
welcher einerseits an der erwähnten Schulter im hinteren Kam merabschnitt und anderseits in den vorderen Kammer abschnitt oder die Hauptverbrennungskammer des Motorzylinders mündet.
Vorzugsweise kann die Vor verbrennungskammer so ausgebildet werden, dass ihre ganze Länge den doppelten Durchmesser des hinteren Kammerabschnitts nicht übersteigt und dass der Durchmesser des hinteren Kammerabschnitts das 1,4 bis 2;,üfache des Durchmessers .des vorderen Kamin:er- abschnitts an seinem offenen Ende beträgt.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeich nung näher erläutert, in welcher Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Ausführungsform darstellt.
Fig.2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung und im Querschnitt einen wesentlichen Teil der Vor verbrennungskammer gemäss Fig. 1, Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das den vorderen Abschnitt der Vorverbrennungskammer umschlies sende Element, Fig.4 ist ein Vertikalschnitt durch eine andere Ausführung des in Fig. 3 dargestellten Teils, Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt durch eine bekannte Vorverbrennungskammer und Fig. 6 ist ein Diagramm,
welches die Charakteristi ken eines mit einer Vorverbrennungskammer gemäss der Erfindung ausgerüsteten Dieselmotors im Vergleich mit den Charakteristiken desselben Motors mit her- kömmlicher Vorverbrennungskammer darstellt.
In den Fig. 1 bis 3, welche ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorverbren-. nungskammer zeigen, ist mit 1 ein Zylinderdeckel mit einer Keilnut la, mit 2 die Zylinderwand, mit 3 die Einspritzdüse und mit 4 der Kolben bezeichnet. Die Vorverbrennungskammer besteht aus einem oberen Kammerteil 5, einem unteren Kammerteil 6 und einem Zwischenteil 7.
Der obere Teil 5 besteht aus einem rotationssymmetrischen Körper mit halbkugeliger Aus- nehmung 5a, welche den hinteren Abschnitt der Ver brennungskammer bildet. Dieser Teil ist ferner mit einer Ringnut 5b an der mit der Einspritzdüse 3 in Berührung stehenden Stirnfläche versehen, welche Ringnut konzentrisch zur Öffnung der Einspritzdüse liegt.
Der untere Teil 6 ist mit einer Ausnehmung 6a versehen, die rotationssymmetrische Form aufweist und den vorderen Abschnitt der Vorverbrennungskam- mer bildet. Der vordere Kammerteil ist mit einem Hauptkanal 6b, einem Verbindungskanal 6c und einem Hilfskanal 6d versehen. Dieser untere Kammerteil 6 ist im Deckel 1 mittels eines in die Keilnut la eingetriebe nen Keils 14 gesichert.
Der mittlere Kammerteil weist ebenfalls rotationssymmetrische Form mit einer zylin drischen Bohrung 7a auf, welche den unteren Teil des hinteren Kammerabschnitts bildet. Die dünnwandige Stelle 8 an der Stirnseite des oberen Teils 5 ist biegsam und wirkt als Blattfeder. Die Brennstoffeinspritzdüse 3 ist in einem Düsenhalter 9 angeordnet.
Da die mit dem oberen Kammerteil 5 in Berührung stehende Fläche der Einspritzdüse 3 aus der Berührungsfläche des Düsenhalters 9 etwas vorsteht, wie Fig.2 darstellt, wenn der Düsenhalter 9 auf den oberen Kammernteil 5 aufgesetzt ist,
wird der dünnwandige Teil 8 des Ober teils 5 unter dem Druck der auf ihn aufliegenden Ein- spritzdüse nach innen verformt wobei die Federkraft der derart verformten Stelle 8 einen Anpressdruck zwi- schen ihr und der Einspritzdüse erzeugt, was einen luftdichten Abschluss zwischen den sich berührenden Flächen der Einspritzdüse 3 und des oberen Kammer teils 5 ergibt. Zwischen dem Düsenhalter 9 und der Einspritzdüse 3 ist eine Ringnut 9a gebildet.
Zwischen dem vorderen Kammerabschnitt 6a und dem hinteren Kammerabschnitt 7a ist eine flache Ringschulter 10 gebildet. Mit 11 ist der Hauptkörper der Einspritzdüse 3, mit 12 eine Halteplatte für die Brennstoffdüse und mit 13 Schrauben zum Festziehen der Platte 12 be zeichnet. Die Achse X des hinteren Kammerabschnitts fällt praktisch zusammen mit der Achse der Einspritz düse 3. Die Achse Y des vorderen Kammerabschnitts steht parallel zur Achse X des hinteren Kammerab schnitts und ist gegenüber derselben seitlich versetzt.
Die hinteren und vorderen Kammerabschnitte 5a und 7a bzw. 6a sind somit exzentrisch angeordnet. Mit Z ist die Achse des Motorzylinders bezeichnet. Die totale Länge L der Vorverbrennungskammer wird vorzugs weise nicht grösser gewählt als der doppelte Durchmes ser D des hinteren Kammerabschnitts 5a, 7a. Die Mündung des Hauptkanals 6b in den vorderen Kam merabschnitt liegt in der Verlängerung der Achse der Einspritzdüse 3.
Der Durchmesser des hinteren Kam merabschnitts 5a, 7a beträgt vorzugsweise ungefähr das 1,4-2,0-fache des Durchmessers r des vorderen Kammerabschnitts, am offenen Ende desselben.
Infolge der oben beschriebenen Ausbildung der Vorverbrenn#mgskammer wird die während der Kom pression durch den Hauptkanal 6b in die Vorverbren- nungskammer eingepresste Luft beim Auftreffen auf die Wandung des oberen Kammerteils im hinteren Kammerabschnitt 5a zu einem Wirbel umgelenkt,
wel cher dann auf die Schulter 10 an der Übergangsstelle vom hinteren zum vorderen Kammerabschnitt auftrifft und damit eine turbulente Strömung bildet. Dadurch wird die Luft intensiv mit dem durch die Einspritzdüse 3 in den hinteren Kammerabschnitt bis in die Nähe der Schulter eingespritzten Brennstoff vermischt, und es bildet sich ein hervorragendes brennbares Gemisch, welches schnell verbrannt werden kann.
Eine bekannte Vorverbrennungskammer weist den Nachteil auf, dass sie zu Ansammlungen von Brenn- stoffpartikeln an der Umfangskante des hinteren Kam merabschnitts 7a beim Starten des Motors neigt, wodurch die Form dieses Kammerabschnitts im wesentlichen in kugelige Form verändert wird und folglich -eine - übermässige Wirbelströmung in diesem Kammerabschnitt auftritt.
Solche intensive Wirbelströ mungen bewirken eine sehr schlechte Anlaufcharakteri- stik des Motors. Bei der dargestellten Vorverbren- nungskammer gemäss der Erfindung behält der hintere Kammerabschnitt stets seine ursprüngliche Form bei, so dass keine mangelhafte Anlaufcharakteristik des Motors entsteht,
weil sich am Umfang des hinteren Kammerabschnitts 7a ansammelnder Brennstoff durch den Verbindungskanal 6c in den vorderen Kammerab schnitt 6a und von dort in die Hauptverbrennungskam- mer des Motorzylinders abgeleitet wird.
Der Zwischenteil 7 und der Oberteil 5, welche den hinteren Kammerabschnitt der Vorverbrennungskam- mer bilden, :die Einspritzdüse 3 und der Düsenhalter 9 sind als rotationssymmetrische Drehteile ausgebildet, so dass nur der untere Teil 6 mittels eines Keils im Deckel 1 gesichert werden muss. Dadurch wird die Konstruktion der Vorverbrennungskammer erheblich vereinfacht.
Obwohl gemäss Zeichnung die Vorver- brennungskammer aus drei Teilen aufgebaut ist, kann sie gegebenenfalls auch aus nur zwei Teilen bestehen.
In Fig. 4 ist eine. Ausführungsvariante dargestellt, in welcher gleiche Hinweisziffern entsprechende Teile bezeichnen. Diese Ausführung entspricht in Aufbau und Funktion der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebe nen Ausführungsform mit der Ausnahme, dass der Verbindungskanal 6c einseitig an der Schulter 10 in den hinteren Kammerabschnitt mündet, wie gemäss Fig. 1 bis 3, auf der andern Seite jedoch direkt in die Hauptverbrennungskammer des Motorzylinders mün det,
anstatt in den äusseren Abschnitt der Vorverbren- nungskammer.
Fig. 5 zeigt eine Vorverbrennungskammer bekann ter Bauart, in welcher mit 21 der Deckel, mit 22 die Zylinderwand, mit 23 die Einspritzdüse und mit 24 eine Vorverbrennungskammer - mit einem vorderen Kammerabschnitt 24a und einem hinteren Kammerab schnitt 24b, sowie einem Hauptkanal 24e, 25 den Kol ben und 26 den Düsenhalter bezeichnen.
Die Achsen der Vorverbrennungskammern und des Motorzylinders sind mit x bzw. y bezeichnet.
Fig. 6 zeigt die Charakteristiken eines Motors mit Vorverbrennungskammer gemäss Fig. 1 bis 3 im Ver gleich mit den Charakteristiken desselben Motors mit einer herkömmlichen Vorverbrennungskammer gemäss Fig. 5.
Der Zylinder weist 75 mm Durchmesser bei einem Hub von. 85 mm auf und die Drehzahl beträgt 2000 Umdrehungen/min. In diesem Diagramm zeigt Kurve X1 den spezifischen Brennstoffverbrauch (g/P'Sh)
des Motors mit Vorverbrennungskammer gemäss der Erfindung und die Kurve X2 zeigt den spezifischen Brennstoffverbrauch desselben Motors mit der her- kömmlichen Vorverbrennnungskammer. Die Kurven Y1 und Y2 geben die Auspufftemperatur ( C) des Motors mit erfindungsgemässer Vorverbrennungskam- mer bzw. herkömmlicher Vorverbrennungskammer an.
Die Kurven Z1 und Z2 geben den Auspuff-Rauchin- dex des Motors mit erfindungsgemässer Vorverbren- nungskammer bzw. herkömmlicher Vorverbrennungs- kammer an.
Auf der Ordinatenachse des Diagramms sind spezifischer Brennstoffverbrauch, Auspufftempe ratur und Auspuff-Rauchindex aufgetragen, während auf der Abzissenachse die Wellenleistung (PS) oder der mittlere wirksame Bremsdruck (kg/cm2) aufgetragen ist.
Aus dem Diagramm geht hervor, dass der spezifi sche Brennstoffverbrauch des Motors mit erfindungsge- mässer Vorverbrennungskammer ungefähr 10 % nied riger ist als derjenige des Motors mit herkömmlicher Vorverbrennungskammer, und dass auch die Auspuff- temperatur und der Auspuff-Rauchindex mit der erfin- dungsgemässen Vorverbrennungskammer ebenfalls niedriger sind.
Da sich bei der erfindungsgemässen Vorverbren- nungskammer kein Brennstoff auf der Schulter ansam meln kann, wird während des Anlaufs des Motors im hinteren Kammerabschnitt eine geeignete Wirbelströ mung aufrechterhalten. Es ist daher möglich, besonders günstige Anlaufcharakteristiken des Motors zu erzielen. Da ausserdem die Turbulenz an der Schulter der Vor verbrennungskammer durch den beim Anlauf des Motors durch den Verbindungskanal in den hinteren Kammerabschnitt einströmenden Luftstrahl begünstigt wird, kann eine wirksamere Verbrennung des Brenn stoffes erzielt werden.
Da ferner die Berührungsfläche zwischen dem oberen Teil der Vorverbrennungskam- mer und der Einspritzdüse oder dem Düsenhalter in folge der dazwischen gebildeten ringförmigen Vertie fung herabgesetzt ist, kann eine Überhitzung der Ein spritzdüse verhindert werden und zugleich wird in ein facher Weise ein luftdichter Abschluss zwischen dem oberen Teil der Vorverbrennungskammer und der Brennstoffdüse erreicht.
Schliesslich gestattet die folge richtige Gestaltung der Vorverbrennungskammer ge- mäss der Erfindung, die Charakteristiken des Motors ganz allgemein wesentlich zu verbessern.