<Desc/Clms Page number 1>
Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bei welcher der flüssige Kraftstoff gegen Ende des Verdichtungshubes in den Zylinder eingespritzt und unmittelbar auf eine Brennraumwand filmartig aufgetragen wird, deren Temperatur so hoch ist, dass sie den aufgespritzten Kraftstoff während der Berührungszeit nicht über die thermische Zerfallstemperatur ansteigen lässt, jedoch den Kraftstoff noch bis angenähert auf seine Siedetemperatur vorwärmt, wobei die Aufbringung des Kraftstoffes auf die Brennraumwand in der Weise reflexionsfrei erfolgt, dass eine möglichst grosse Fläche der Brennraumwand mit Kraftstoff benetzt wird,
der Kraftstoff an der Wand haften bleibt und die Verbrenr nungsluft an den Auftreffstellen des Kraftstoffes auf die Brennraumwand mit hoher Geschwindigkeit vor- übergeführt wird, indem der Hauptteil des eingespritzten Kraftstoffes, jedoch nicht mehr als 98%, in filmartiger Verteilung auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während gleichzeitig der restliche Teil
EMI1.1
Kraftstoffezündende Kraftstoffe (Benzine) bei etwa 1 : 20 liegt, nach Patent Nr. 214710.
Bei den Massnahmen des Stammpatentes wird davon ausgegangen, dass der auf die Wand gespritzte Kraftstoffanteil sich gleichmässig und mit im wesentlichen gleichbleibender Schichtstärke über die Brennraumwand verteilt. Dies trifft, wie die Erfahrung gezeigt hat, auch in weitgehendem Mass zu, jedoch ist noch eine gewisselnstabilität derkraftstoffverteilung an der Wand dadurch gegeben, dass auch die bei der Kolbenbewegung auftretenden Beschleunigungs- und Trägheitskräfte auf den an der Wand vorgelagerten Kraftstoff bzw. Kraftstoffilm einwirken.
So wird beispielsweise, wenn der Kolben vom oberen Totpunkt aus nach abwärts geht, der an der Brennraumwand vorgelagerte Kraftstoff, del1 Trägheitsgesetz folgend, dazu neigen, an der Brennraumwand gegen die Brennraumöffnung hin zu fliessen oder gegebenenfalls diese sogar zu verlassen. Dieser Vorgang beeinflusst vor allem bei längerem Zündverzug die Kraftstoffverteilung auf der Wand ungünstig besonders auch in den Fällen, in denen die Kraftstoffeinspritzung teilweise oder ganz im Gaswechseltotpunkt erfolgt. Wird aber der Kraftstoff unter Umständen noch vor dem Erreichen der oberen Totpunktlage des Kolbens eingespritzt, dann bewirken die Beschleunigungskräfte ein schnelles Abgleiten des Kraftstoffes zum Brennraumboden hin, der sich dort ansammelt. Es wird dadurch eine gleichmässige Kraftstoffauftragung verhindert.
Diesem Nachteil wird gemäss der vorliegenden Zusatzerfindung dadurch abgeholfen, dass in die Brennraumwand im Bereich der Benetzung derselben mit Kraftstoff an sich bekannte Rillen von solcher Form und Tiefe eingeschnitten sind, dass sie nur die Oberflächenrauhigkeit der Brennraumwand vergrössern und durch Fangwirkung eine Veränderung der Verteilung des Kraftstoffes auf der Brennraumwand infolge der bei der Kolbenbewegung auftretenden Beschleunigungskräfte verhindern.
Die in die Brennraumwand eingeschnittenen Rillen sind nach weiteren Merkmalen der Erfindung zentrisch zur Zylinder- bzw. Brennraumachse angeordnet und entweder in sich geschlossen oder schraubengängig geführt.
Je nach der beabsichtigten Fangwirkung kann die Ausbildung der Rillen verschieden sein. Soll z. B.
<Desc/Clms Page number 2>
eine Fangwirkung erzielt werden, die vorwiegend bei der Kolbenauswärtsbewegung, d. h. bei nach der Brennraumöffnung hin gerichteten Trägheitskräften wirksam wird, werden erfindungsgemäss Rillen vorgesehen, die muldenförmig (z. B. im Querschnitt halbrund oder offen-oval) ausgebildet und so angeordnet sind, dass eine Rille mit einem Teil ihrer Wandung, der beispielsweise die tiefste Stelle im Rillenboden sein kann, von der Brennraumöffnungsebene einen geringeren Abstand (Ü) hat als die dieser Ebene näherliegende zugehörige Rillenaustrittskante zum Brennraum (Abstand d,).
Derartige Rillen werden erfindunggemäss vorzugsweise in einem Wandungsbereich nahe der Brennraumöffnung vorgesehen.
EMI2.1
ferntere zugehörige Rillenaustrittskante (Abstand d). Derartige Rillen werden nach einem weiteren Merk- mal der Erfindung vorzugsweise in einem Wandungsbereich nahe dem Boden des Brepnraumes vorgesehen.
Die Rillen können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch sägezahnförmig ausgebildet sein. Ihre Anordnung ist dann vorzugsweise so vorgesehen, dass jeweils die der Brennraumöffnungsebene näher liegende Rillenflanke zur Brennraumöffnungsebene parallel liegt oder mit dieser einen flachen Win- kel einschliesst, unter dem diese Rillenflanke nach der Brennraumöffnung hin ansteigt.
Es ist auch möglich, in verschiedenen Zonen oder Höhen der Brennraumwand Rillen verschiedener
Ausbildung und Fangwirkung anzuordnen, wie dies dem jeweiligen Zweck entspricht. Weiterhin können die erfindungsgemässen Brennraumwandrillen in Verbindung mit Brennräumen beliebiger Rotationskörper- form (Kugel-, Ellipsoid-, Toroidform usw. ) vorgesehen sein.
Brennräume mit rillenartigen Abstufungen oder Vertiefungen an der Brennraumwand sind bei Brenn- kraftmaschinen mit Zerstäubungseinspritzung des Kraftstoffes an sich bekannt. Bei einer bekannten Ma- schine dieser Art haben diese Rillen den Zweck, Sekundärluftwirbel zu erzeugen, die den Kraftstoff von der Wandberührung abhalten sollen. Bei einer andern bekannten Brennraumanordnung ist die Brennraum- wand gewellt bzw. mit rippenartigen Erhöhungen ausgebildet, zwischen denen wellenartige Vertiefungen liegen. Diese bekannte Brennraumanordnung ist gleichfalls nur in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine zur Anwendung gebracht, bei welcher der Kraftstoff zerstäubt und luftverteilt in den Brennraum eingespritzt wird.
Die wellenartige Ausbildung der Brennraumwand soll hier einerseits die wirksame Heiz- fläche für die Verdampfung des Kraftstoffes vergrössern und anderseits ein Abgleiten des Kraftstoffes gegen die Zylinderwand hin verhindern. Ausserdem soll dabei der Kraftstoff durch Reflexion zu einer feineren
Zerstäubung gebracht werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Hiebei zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch einen Brennkraftmaschinenkolben mit darin angeordnetem Brennraum und an der Wand eingeschnittenen Rillen gemäss der Erfindung, welch letztere nicht massstabgerecht, sondern in übertriebener Grösse dargestellt sind, Fig. la einen Schnitt entsprechend Fig. l, jedoch mit Darstellung der Rillen in angenähert natürlicher Grösse sowie unter Aufzeigung der Kraftstoffeinspritzung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Kolben ähnlich dem in Fig. l, jedoch mit anders ausgebildeten Wandungsrillen.
Im Kolben 1, der im übrigen nur durch die Zylinderwandung 2 und die Zylinderkopfbegrenzungsflä- che 3 angedeuteten Brennkraftmaschine ist der rotationskörperförmige Brennraum 4 angeordnet, der über eine Öffnung 5 mit dem Zylinderraum 6 in Verbindung steht.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig. l ist die Brennraumwand 7 im Bereich 8 der Kraftoffbenet- zung an der Wand (s. Fig. la) mit Rillen 9 versehen, die zentrisch zur Zylinder- und Brennraumachse 10 angeordnet sind. Die Rillen 9 können entweder in sich geschlossen oder schraubenförmig verlaufend an der Brennraumwand 7 eingeschnitten sein. Die Rillen 9 sind im Beispiel von Fig. l muldenförmig ausgebil- det und weisen im Querschnitt eine bogenförmige oder gewölbte Umrissform auf, die beispielsweise halbkreisförmig oder offen-oval sein kann. Es können jedoch auch andere gewölbte Querschnittsformen vorgesehen sein.
Die Rillen 9 sind im Beispiel von Fig. 1 so angeordnet, dass sie in Richtung der bei der Kolbenauswärtsbewegung gegen die Brennraumöffnung hin auftretenden Massenträgheitskräfte als Fangrillen für den auf der Brennraumwand 7 in dünner'Schicht vorgelagerten Kraftstoff wirksam sind. Um die Formgebung der Rillen 9 deutlicher aufzuzeigen, sind diese in Fig. l übertrieben gross dargestellt. In Wirklichkeit besitzen die Rillen 9 nur eine ganz geringe Einschnittiefe, so dass sie an der Brennraumwand praktisch nur eine Art grösserer Oberflächenrauhigkeit bilden, wie dies in Fig. la durch den gezackten Wandungsabschnitt 8 veranschaulicht ist. Selbstverständlich wird die Rillentiefe jeweils nur so gross gewählt, dass In jedem Fall die Ausbreitung eines zusammenhängenden Filmes gewährleistet ist.
In Fig. la ist auch die
<Desc/Clms Page number 3>
Einspritzdüse 11 mit angedeutet, aus welcher der Kraftstoff in bekannter Weise beispielsweise durch zwei tangential auf die Brennraumwand 7 gerichtete Strahlen 12, 13 von jeweils kurzer freier Strahlweglänge reflexionsfrei auf die Brennraumwand aufgebracht wird, so dass er sich dort über eine grosse zusammenhängende Fläche 14, dieselbe dabei in dünner Schicht benetzen, ausbreitet.
Die Funktion der Rillen 9 alsFangrillen bei derKolbenauswärtsbewegung wird konstruktiv dadurch erreicht, dass jeweils ihr tiefster Rillenpunkt 9a (Boden der Rille) einen Abstand d von der Kolbenboden- oderBrennraumöffnungsebene la aufweist, der kleiner ist als der Abstand d1 der Austrittskante 9b der Rillen 9 zum Brennraum 4. Die Austrittskante 9b ist dabei diejenige Kante der Rillen 9, welche der Brennraumöffnungsebene la näher liegt als die Austrittskante 9c, welche davon weiter entfernt ist. Die jeweils durch die Rillenöffnung gehenden Mittenachsen 15 des Rillenquerschnittes sind dabei derart unter einem Winkel Cl : zur Brennraum-bzw. Zylinderachse 10 geneigt, dass sie in Richtung von dem Rillenboden zur Rillenöfinung gesehen gegen den Kolbenboden hin abfallen.
Die Rillen 9 verhindern somit, dass bei der Auswärtsbewegung des Kolbens, . z. B. im Expansionshub, an der Wand haftender Kraftstoff von einem unteren Brennraumwandabschnitt gegen die Brennraumöffnung hin verschoben bzw. verdrängt wird. Es ergibt sich hiedurch eine stets gleichbleibende Schichtstärke des Kraftstoffes an der Wand.
In Fig. 2 sind weitere Rillenformen gemäss der Erfindung in vergrösserter Darstellung gezeigt, die in verschiedenen Wandungsabschnitten (A, B, C) untergebracht sind. Die Rillen 16 im unteren Wandungsabschnitt A entsprechen dabei im wesentlichen den Rillen 9 von Fig. l, nur dass ihre Fangwirkung von derjenigen der Rillen 9 teilweise verschieden ist. Dies wird durch unterschiedlichen Abstand ihres Tiefstpunktes und der zugehörigen Rillenaustrittskante von der Brennraumöffnung erreicht. Dabei nehmen die durch die Rillenöffnung gehenden Mittenachsen jeweils eine unterschiedliche Richtung bzw. Winkelstellung y, 6 zur Zylinder- und Brennraumachse 10 ein.
So hat beispielsweise bei der obersten, d. h. der Brennraumöffnung zunächst liegenden Rille der Rillen 16 der Tiefstpunkt derselben einen Abstand dz von der Brennraumöffnungsebene la, der kleiner ist als der Abstand d3 der zugehörigen Rillenaustrittskante 16b, welche wiederum der Brennraumöffnungsebene näher liegt als die Rillenaustrittskante 16c. Die Rillenmittenachse 18 verläuft dadurch im Brennraum 4 nach abwärts geneigt gegen den Kolbenboden hin. Die Fangwirkung dieser Rille kommt daher genau in gleicher Weise wie diejenige der Rillen 9 bei der Kolbenauswärtsbewegung zur Geltung.
Umgekehrt weist bei der untersten, d. h. dem Kolbenboden zunächst liegenden Rille 16 im Wan-
EMI3.1
cher grösser ist als der Abstand d der zugehörigen unteren Rillenaustrittskante 16d. Diese liegt dabei weiter von der Brennraumöffnungsebene entfernt als die Rillenkante 16e. Die Rillenmittenachse 18 verläuft somit im Brennraum nach aufwärts geneigt gegen die Brennraumöffnung hin. Die Fangwirkung dieser Rille 16 kommt auf diese Weise bei der Kolbeneinwärtsbewegung zur Geltung, wenn der Kraftstoff bereits vor Erreichen der oberen Totpunktlage des Kolbens eingespritzt wird.
In diesem Falle könnte, wie bereits erwähnt, durch die dabei auftretenden, entgegen der Bewegungsrichtung des Kolbens wirkenden Beschleunigungskräfte, ein unerwünschtes Abgleiten des Kraftstoffes zum Brennraumboden hin eintreten, so dass sich dann beim nachfolgenden Abwärtsgang und gegebenenfalls noch anhaltender Kraftstoffeinspritzung keine zusammenhängende Filmschicht bilden kann. Die dazwischen liegenden Rillen 16 können hinsichtlich ihrer Fangwirkung der einen oder andern der vorgenannten Anordnungsart mehr oder weniger angepasst sein, was durch entsprechende Wahl der Lage des Rillentiefstpunktes zur Rillenaustrittskante bzw. der Achsrich : ung der Rillen erreicht wird.
Es ergibt sich auf diese Weise die Möglichkeit, in bestimmten Wandungsabschnitten, wo dies erwünscht ist, eine Fangwirkung und damit Verhinderung unerwünschter Kraftstoffverteilung an der Brennraumwand in beiden Richtungen der Kolbenbewegung zu erzielen.
In den Wandungsabschnitten B und C von Fig. 2 sind Rillen 19 gezeigt, welche die Form von Sägezähnen oder Sägeblattform aufweisen, die durch gerade, sich unter einem Winkel schneidende Rillenflanken 20, 21 gebildet wird. Hiebei verläuft die Rillenflanke entweder, wie auf der linken Seite von
EMI3.2
rechten Seite von Fig. 2 dargestellt, gegenüber der Brennraumöffnungsebene unter einem Winkel B geneigt sein, Rillenflanke 20a, so dass die Rillenflanke leicht gegen die Brennraumöffnung hin ansteigt.
Die in Fig. l und 2 dargestelltenRillenformen können in Anpassung an den jeweils gewünschten Fang- oder Rauhigkeitseffekt in verschiedenen Zonen oder Höhenlagen der Brennraumwand entweder einzeln oder auch in Kombination angeordnet sein. Die in Fig. 2 gezeigte Rillenaufteilung in den Brennraumzonen (A-C) ist dabei nur beispielhaft zu verstehen. Die Verteilung der Rillen kann bei kombinierter Anordnung derselben dem jeweiligen Zweck beliebig angepasst sein.