DE69310846T2 - Wirbelkammer für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
• Bei sogenannten Wirbelkammer-Dieselmotoren ist es wichtig, daß die Temperatur in der Wirbelkammer nicht so hoch wird, daß der eingespritzte Brennstoff verdampft wird, sondern als Brennstoffilm an den Wänden der Wirbelkammer gehalten wird. Wenn der Brennstoff verdampft wird, bevor er durch die zusammengepreßte Luft gezündet wird, dann tritt eine ungesteuerte Verbrennung auf, die zu einem Klopfen und zu einer erheblichen Rauchentwicklung führt. Es ist aus diesem Grunde wichtig, die Wirbelkammer im Zylinderkopf so auszubilden, daß sie wirkungsvoll gekühlt wird. Die meisten bisher bekannten Wirbelkammer-Dieselmotoren haben Wirbelkammern, die im Zylinderkopf eingegossen sind. Bei einer solchen Konstruktion hat es sich erwiesen, daß es sehr schwierig ist, in allen Drehzahlbereichen die Verdampfung einer bestimmten Brennstoffmenge vor der Zündung zu vermeiden, was wiederum zu höheren Emissionen führt, als dies bei modernen Motoren erwünscht ist.
• Die US-A-1 798 260 offenbart einen Dieselmotor, der die Merkmale nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist. Die Wirbelkammern bei diesem Motor haben eine Außenwand, die einem Kühlmedium, beispielsweise Wasser, ausgesetzt sind und sie haben ferner eine Zwischenhülse, die einen sehr hohen Wärmeleitungskoeffizienten hat und schließlich eine innere Hülse, die aus einem wärmeresistenten Material hergestellt ist, das einen sehr geringen Wärmeleitungskoeffizienten aufweist. Dieser Anordnung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelkammer herzustellen, die einer größtmöglichen Hitze Widerstand leisten kann; Aufgabe dieser Anordnung ist es nicht, die Verdampfung von Brennstoff vor der Zündung zu verhindern.
• Die SE-C-62 991 und die CH-A-151 447 offenbaren Dieselmotoren, die Wirbelkammern aufweisen, die aus einer einzigen Hülse hergestellt sind oder aus zwei Hülsen, wobei in der äußeren Hülse Öffnungen eingeformt sind. In diesen beiden Fällen ist das Kühlwasser in nächster Nähe zur Wirbelkammer in direktem Kontakt mit der Wand. Aus diesem Grunde besteht das Risiko, daß das Kühlwasser bei hoher Motorenbelastung örtlich zu kochen beginnt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelkammer-Dieselmotor anzugeben, der eine Wirbelkammeranordnung hat, mit dessen Hilfe die Herstellung eines Zylinderkopfes mit geringen Kosten möglich ist, wobei gleichzeitig eine wirkungsvolle Kühlung so sichergestellt ist, daß ein Klopfen und hohe Emissionen vermieden werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dieselmotor gelöst, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
• Die Wirbelkammer selbst kann hierbei aus zwei einfachen, bearbeiteten Stahlhülsen bestehen, die dann, wenn sie montiert sind, die Wirbelkammer und einen Sitz für den Brennstoffinjektor abgrenzen. Durch Einpressen dieser Stahlhülsen in eine äußere Hülse müssen die inneren Hülsenteile keiner irgendwie gearteten Behandlung unterworfen werden, die eine örtliche Erhitzung oder einen Wechsel der Materialeigenschaften einschließen würde, beispielsweise einem Schweißvorgang. Eine äußere Hülse mit einem höheren Wärmeleitkoeffizienten als die Stahlhülsenteile, die in direkter Berührung mit dem Kühlwasser sind, stellt eine wirkungsvolle Ableitung der Wärme von der Wirbelkammer sicher, so daß die Verdampfung des Brennstoffes und ein örtlich zum Kochen gebrachtes Kühlwasser verhindert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine äußere Hülse aus Kupfer benutzt, die neben der Tatsache, daß sie einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, den Vorteil hat, relativ weich zu sein, so daß sie leicht eingepreßt und auf diese Weise im Zylinderkopf befestfigt werden kann.
• Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform genauer beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigt
• Fig. 1 einen Querschnitt durch den Teil eines Motorblocks mit einem entsprechenden Zylinderkopf, und
• Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung des eingekreisten Bereiches in Fig. 1.
• In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Motorblock eines Wirbelkammer-Dieselmotors, 2 ist ein Zylinder und 3 ist ein Kolben innerhalb des Zylinders 2. Mit Hilfe von Schrauben 5 ist am Motorblock 1 ein Zylinderkopf 4 befestigt. Die Bezugsziffern 6 und 7 bezeichnen Kühlwassermäntel jeweils im Motorblock 1 und im Zylinderkopf 4. Im oberen Wandabschnitt 8 des Zylinderkopfes ist eine durchgehende Bohrung 9 angeordnet, die sich in den Kühlwassermantel 7 hinein erstreckt. In einem unteren Wandabschnitt 10 des Zylinderkopfes ist eine durchgehende Bohrung 11 mit einem Durchmesser angeordnet, der kleiner ist als der der Bohrung 9 und die ihrerseits einen Teil 11a hat, der wiederum einen kleineren Durchmesser aufweist. Die Bohrungen 9 und 11 haben eine gemeinsame Symmetrieachse "a". Die Bohrung 11 öffnet sich oberhalb des oberen Endes des Kolbens 3 in die Brennkammer 12 hinein.
• In die Bohrungen 9 und 11 hinein wird eine Hülse 13 aus einem Metall mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten, vorzugsweise Kupfer, eingeführt. Die Hülse 13 hat einen unteren Abschnitt 13a, der einen geringeren Durchmesser aufweist. Die Stufe 13b, die am Übergang zum Abschnitt 13a ausgebildet ist, liegt in Berührung mit einem Stufenabsatz 11b der Bohrung 11. Der Endabschnitt 13c ist zur axialen Befestigung der Hülse 13 über einen Stufenabsatz 11c geschmiedet. Um eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen der Hülse 13 und dem umgebenden Material in Zylinderkopf 4 sicherzustellen, ist der Stufenabsatz 11b mit einer Rippe 11d ausgebildet, die in eine Nut 13d in der Hülse 13 hineinragt.
• Innerhalb der Hülse 13 sind über einen Preßsitz die jeweils aus Stahl bestehenden oberen und unteren Hülsenteile 14, 15 eingepreßt. Das obere Hülsenteil 14 bildet eine obere zylindrische Kammer 16 sowie eine untere halbkugelförmige Kammer 17, die miteinander über eine Öffnung 18 in Verbindung stehen. Das untere Hülsenteil 15 bildet eine zylindrische Kammer 19 und eine schüsselförmige Kammer 20 mit vier Bohrungen 21 (eine ist dargestellt), die sich in die Brennkammer 12 hinein öffnen. Die aufeinander zu weisenden Stirnflächen der Hülsenteile 14 und 15 liegen so miteinander in Berührung, daß die Kammern 17, 19 und 20 zusammen einen Hohlraum bilden, der eine Wirbelkammer darstellt.
• Das obere zylindrische Hülsenteil 14 beherbergt eine Brennstoffinjektor 22, der mit Hilfe eines Kragens 23 und eines Paares nicht dargestellter Schrauben im Zylinderkopf befestigt ist. Seine untere Stirnfläche wird dabei gegen einen Dichtungsring 24 aus Weicheisen angepreßt. Im Kühlwassermantel 7 liegt ein Rohr 25, das mit der nicht dargestellten Wasserpumpe des Motors verbunden ist. Das Rohr 25 hat Öffnungen 26, durch die Wasser mit einer geringeren Temperatur als das Kühlwasser im Wassermantel 7 direkt auf den unteren Teil der Kupferhülse 13 gesprüht wird. Dadurch, daß eine Wirbelkammer in der oben beschriebenen Weise ausgebildet wird, erhält man eine zuverlässige Konstruktion, insbesondere für kleine Dieselmotoren, beispielsweise für Sportboote, bei der die äußere Hülse 13 Überschußwärme so ableitet, daß eine gesteuerte Filmverbrennung mit geringen Emissionen entstehen kann. Die Bauteile 13, 14 und 15 sind einfache Hülsenelemente, die billig herzustellen und leicht zu montieren sind und die in den Zylinderkopf passen.
• Das Grundprinzip und der Verbrennungsvorgang eines Wirbelkammer-Dieselmotors ist grundsätzlich derselbe wie bei einem Vorkammer-Dieselmotor. Um wiederholte alternative Definitionen zu vermeiden, ist in den beigefügten Ansprüchen lediglich der Ausdruck "Wirbelkammer" verwendet worden. Dies bedeutet, daß sowohl eine Wirbelkammer als auch eine Vorkammer gemeint sind, da sie in dieser Beziehung als gleichwirkend angesehen werden.

Claims (6)

1. Dieselmotor mit einer Wirbelkammer, die im Zylinderkopf des Motors eingeformt ist und die mit der Brennkammer jedes Zylinders in Verbindung steht und mit einem Brennstoffinjektor, der den Brennstoff in jede Wirbelkammer einspritzt, wobei die jeweiligen Wirbelkammern (17, 19, 20) in einer separaten Hülsenanordnung (13, 14, 15) ausgebildet sind, die ihrerseits im Kühlwassermantel (7) des Zylinderkopfes (4) liegt und konzentrische Hülsenteile (13, 14 bzw. 15) aufweist, von denen das äußere Hülsenteil (13) aus einem Material hergestellt ist, das einen höheren Wärmeleitkoeffizienten hat als das Material des inneren Hülsenteiles (14, 15), dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenanordnung (13, 14, 15) so im Kühlwassermantel (7) montiert ist, daß das äußere Hülsenteil (13) mit dem Kühlwasser in direkter Berührung steht.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Hülsenteil (13) aus Kupfer besteht und das innere Hülsenteil (14, 15) aus Stahl.

3. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Hülsenteil aus zwei Stücken (14, 15) besteht, die in das äußere Hülsenteil (13) eingepreßt sind, wobei die beiden Hülsenstücke eine zylindrische Kammer (16) für einen Brennstoff-Injektor (22) bilden, sowie eine Wirbelkammer (17, 19, 20), die mit dieser Kammer in Verbindung steht.

4. Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (17, 19, 20) eine halbkugelförmige Wand (17) hat, die zur zylindrischen Kammer (16) weist und zu dieser Kammer hin eine Öffnung (18) hat.

5. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Hülsenteil (13) in eine Bohrung (9, 11) im Zylinderkopf eingepreßt ist und einen Endabschnitt (13c) aufweist, der über einen Stufenabsatz (11c) geschmiedet ist, der am oder nahe beim Ende der Bohrung sitzt und auf die entsprechende Brennkammer (12) zuweist.

6. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlwassermantel eine separate Kühlwasserleitung (25) eingelegt ist, die Öffnungen (26) aufweist, durch die das Kühlwasser von der Kühlwasserpumpe direkt auf den unteren Teil des äußeren Hülsenteils (13) gesprüht werden kann.