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Verfahren zum Betriebe einer schnellaufenden Brennkraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe einer schnellaufenden Brennkraft- maschine mit Brennstoffeinspritzdüse und im Kolben vorgesehenen, zur Düsenachse symmetrischen, abgerundeten Brennraum, der mit dem Zylinder durch eine diesem gegenüber verengte Öffnung in
Verbindung steht.
Bei den bekannten Maschinen dieser Art wird beim Verdichtungshub die Luft in den Brennraum hineingedrückt, wobei in dem Raum eine bestimmte Wirbelung erzeugt wird. Die Düse taucht während des Einspritzvorganges in den Raum ein. Dabei liegen die Brennstoffstrahlen im Gleichstrom mit der eintretenden Luft oder quer zu den Luftwirbeln. Es wurde auch schon vorgeschlagen, zur Verbesserung der Durchmischung von Brennstoff und Luft eine zusätzliche Luftdrehung um die Zylinderachse zu erzeugen.
Auch ohne Drehung lässt sich bei solchen Maschinen eine vollständige Durchmischung erreichen, wenn der Brennstoff, statt in einzelnen Strahlen, am ganzen Umfang aus der Düse austritt. Verwendet man nun in bekannter Weise bei der genannten Masehinengattung eine Filmdüse, die den Brennstoff in einem feinen ununterbrochenen Schleier ausspritzt, so wird dadurch noch die Möglichkeit gegeben, Strahleinspritzmaschinen von kleinen Abmessungen zu bauen. Die Einspritzung einer solchen Düse mit ihrer naturgemäss kleinen Eindringtiefe vermeidet auch bei der kurzen, freien Spritzlänge solcher Maschinen ein Auftreffen des Brennstoffs auf die Wandung und verhindert somit schlechte Gemischbildung und Verbrennung.
Es hat sich aber gezeigt, dass eine solche Maschine sehr hart läuft, so dass sie trotz aller Vorzüge für Personenfahrzeuge kaum verwendbar ist. Allgemein ist bekannt, dass der während des Zündverzuges eingespritzte Brennstoff im Moment der Zündung rasch verbrennt, was sich in mehr oder weniger rauhem Gang äussert. Bei einer Filmdüse bleibt der Zündverzug ungefähr gleich, die Brennstoffverteilung und Zündaufbereitung sind aber ausserordentlich gleichmässig und gut. Die Verbrennung des schon eingespritzten Brennstoffes erfolgt daher im Augenblick der Zündung so schlagartig, dass trotz der sonst vollständigen rauchfreien Verbrennung die Verwendung einer solchen Düse überhaupt in Frage gestellt wird.
Weil sich die Filmdüse aber für kleine Strahleinspritzmaschinen fast nicht umgehen lässt, muss ein Weg gefunden werden, den Zündverzug erheblich zu verkleinern, ohne die sonstigen Vorteile der Düse zu beeinträchtigen. Es hat sich gezeigt, dass für den ruhigen Gang des Motors der Zündverzug auch im oberen Drehzahlbereich sich höchstens bis zur Mitte der Einspritzung erstrecken darf. Der kürzeste Zündverzug, d. h. die raseheste Aufheizung des Brennstoffes, wird erreicht, indem man den Brennstoffstrahl einem kräftigen Gegenstrom heisser Luft aussetzt. Da der Brennstoff aber auf diese Weise zusammengeballt wird. ergibt eine solche Einspritzung eine schlechte Verteilung des Brennstoffs in der Luft und mangelhafte Verbrennung. Für gleichmässige Gemischbildung eignet sich die Einspritzung quer zur Luftströmung am besten.
Nach der Erfindung wird nun die Einspritzzeit so bemessen, dass der von der Düse erzeugte flache Brennstoffschleier im ersten Teil des Einspritzvorganges bei noch ausserhalb des Brennraumes befindlicher Düsenmündung die Verbrennungsluft oberhalb des Kolbenbodens im Gegenstrom und im zweiten Teil des Einspritzvorganges bei in den Brennraum eingetauchter Düsenmündung innerhalb des Brennraumes in an sich bekannter Weise quer auf die Verbrennungsluftwirbel trifft, so dass der kürzeste Zündverzug bei vollständiger Verbrennurg eintritt.
Die hohe Lage der Düsenmündung und der bei Schnelläufern bedingte frühe Spritzbeginn haben zur Folge, dass die Düse am Anfang der Einspritzung noch nicht in dem Kolbenraum eintaucht, sondern den Brennstoff der über den Kolbenboden
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inneren Totlage nähert, taucht die Düse in den Kolbenraum ein und spritzt den Brennstoff quer zur Strömung der eintretenden Luft und zu dem im Raum gebildeten Wirbel. Die Zündung setzt dabei
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Die Verbrennung verläuft vor der inneren Totlage im Kolbenraum, wobei die zur Zeit des Zündbeginns noch über dem Kolben befindliche Frischluft quer zum Brennstoffsehleier an der Düse vorbei in diesen Raum hineingepresst wird.
Nach der inneren Totlage und beendeter Einspritzung expandiert dann das verbrannte und unverbrannte Gemisch in den Hubraum hinaus, wobei sieh die Verbrennung rasch vollständig vollzieht. Durch diese Kombination beider Einspritzarten wird es überhaupt möglich, kleine Strahleinspritzmasehinen mit ruhigem Gang und vollständiger, rauchfreier Verbrennung zu bauen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand einer hiezu geeigneten Maschine erläutert :
Hiebei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den mit der Einspritzdüse versehenen Teil des Zylinders mit noch ausserhalb des Kolbenbrennraumes befindlicher Düse. Fig. 2 zeigt die gleiche Darstellung mit in den Kolbenbrennraum eingetaurhter Düse. Fig. 3 ist die Draufsicht auf den mit dem Kolben versehenen Zylinder.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 1, der in dem Zylinder : 2 spielt, in der Mitte seines Bodens mit einem abgerundeten Brennraum. 3 versehen, der im Grundriss kreisfönnig ist und im axialen Längsschnitt etwa halbkreisförmig gekrämmte Seitenwandungen 4 hat. Dieser Brenn- raum : steht mit dem Innern des Zylinders : 2 durch eine Öffnung 5 hindurch in Verbindung, die wesent- lich kleiner als der Zylinderdurchmesser und auch kleiner als der Durchmesser des Brennraumes : ; selbst ist.
In dem Zylinderkopf 6 ist in der Achse des Kolbens 1 der Düsenkörper 7 angeordnet, der oben durch den Düsendeckel 8 abgedeckt ist. Durch eine mittlere Längsbohrung 9 des Düsenkörpers 7 ist der Schaft 10 eines Tellerventils hindurchgeführt. Der Teller 11 dieses Ventils schliesst den Kana ! N an der Mündung des Düsenkörpers 7 ab, der über den Zylinderkopf 6 etwas in den Arbeitsraum des Zylinders 2 hineinragt. Der Ventilteller 11 wird durch eine Feder 12 auf seinen Sitz gedrückt. Die
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und durch in dem Schaft 10 des Tellerventils vorgesehene Längsnuten 14 hindurch.
Beim Verdichtungshub des Kolbens 1 wird die über dem Kolben befindliche Luft. wenn sich der Kolben dem Zylinderkopf 6 nähert, in einem konzentrischen Strahl durch die verergte Öffnung J in den Brennraum 3 hineingedrückt, wobei sich infolge der Drosselung ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Dabei bilden sieh in dem Brennraum. 3 Wirbel, die im Sinne der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile auf die Seitenwacdungen hin gerichtet sind.
Diese Luftstrahlen werden dabei an der Mündung der Düse vorbeigeführt. Öffnet sich nun die Filmdiise, wobei sich der Teller 11 von dem Düsenkörper 7
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daher die Luftwirbel in dem Brennraum 3, die einen Ring bilden, dessen Ebene senkrecht zur Kolbenachse liegt, an allen Stellen des Ringes von den Brennstoffstrahlen gleichmässig bestriehen. Es können sich daher selbst in der sehr kurzen Zeit des Verbrennungsvorgarges Luft und Brennstoff so innig mischen, dass eine restlose Verbrennung des Brennstoffes gesichert ist.
An Stelle des Brennstoffventils, das in irgendeiner bekannte Weise gesteuert wird. kann auch an der Mündung des Düsenkörpers ein Ringschlitz vorgesehen sein, dem der Brennstoff zugeführt wird, während die Steuerung der Brennstoffzufuhr auf andere Weise erfolgt.