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Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine mit
Einspritzung des Kraftstoffes in einen im Kolben angeordneten Brennraum
Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine mit Ein- spritzung des flüssigen Kraftstoffes in einen im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum, dessen Wand durch den Hauptteil des eingespritzten Kraftstoffes auf einer möglichst grossen Fläche in filmartiger Verteilung mit Kraftstoff benetzt wird, während gleichzeitig der restliche Teil des Kraftstof- fes unmittelbar in die Verbrennungsluft gelangt, wobei die Verbrennungsluft an den Auftreffstellen des
Kraftstoffes an der Brennraumwand vorübergeführt wird und im Bereich der Benetzung der Brennraumwand mit Kraftstoff Rillen in solcher Formgebung und Tiefe eingeschnitten sind,
dass sie die Oberflächenrauhig- keit der Brennraumwand vergrössern und durch Fangwirkung eine Veränderung der Verteilung des Kraft- stoffes auf der Brennraumwand infolge der bei der Kolbenbewegung auftretenden Beschleunigungskräfte verhindern.
Es ist eine Brennkraftmaschine mit luftloser Einspritzung und einem im Kolben liegenden zusätzli- chen Verbrennungsraum bekannt, bei der die Einspritzung des Kraftstoffes während des letzten Teiles und am Ende des Verdichtungshubes, u. zw. sowohl in den Hauptbrennraum als auch in den im Kolben befindlichen zusätzlichen Brennraum mittels einer seitlich am Zylinder angeordneten Einspritzdüse erfolgt. Dadurch entsteht erst eine Teilverbrennung im Hauptverbrennungsraum und dann anschliessend im Kolben- brennraum eine weitere Verbrennung eines Gemisches aus verbranntem Gas, Luft und unverbranntem
Brennstoff nach inniger Durchwirbelung bei der Zuführung des Restbrennstoffes durch einen in diesen zusätzlichen Brennraum führenden Drosselquerschnitt.
Durch diese beiden Brennräume soll im Zusammenhang mit dem sich nach oben bewegenden Kolben lediglich eine nahezu vollkommene Vermischung von komprimierter Luft und Brennstoff und damit eine ausgiebige Verbrennung erreicht werden.
Bei einer andern mit Direkteinspritzung in den Arbeitszylinder arbeitenden Kraftmaschine wird der Kraftstoff zwar lange vor Beendigung des Kolbenhubes eingespritzt, jedoch zu dem Zweck und aus der Notwendigkeit heraus, dass schwerflüchtige Schweröle verarbeitet werden müssen und sich der zerstäubte Kraftstoff während des weiteren Kolbenhubes innig mit der komprimierten Luft vermischen soll.
Schliesslich geht ein älterer Vorschlag bereits darauf hinaus, zur Vergrösserung der Oberflächenrauhigkeit der Wand des Kolbenbrennraumes an dieser zentrisch zui Zylinder- bzw. Brennraumachse verlaufenden Fangrillen vorzusehen, welche durch Fangwirkung eine Veränderung der Verteilung des Kraftstoffes auf der Wand durch die bei der Kolbenbewegung auf ihn wirkenden Beschleunigungskräfte verhindern.
Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass die Einspritzung des Kraftstoffes in an sich bekannter Weise in den Brennraum über eine im Zylinder angeordnete Einspritzvorrichtung durch einen Kraftstofführungskanal des Kolbens hindurch am Ende des Ansaughubes bzw. zu Beginn des Verdichtungshubes erfolgt und dass ferner der die Brennraumwand tangierende Kraftstofführungskanal im Bereich der Fangrillen der Brennraumwand in den Brennraum mündet.
Die Einspritzung des Kraftstoffes innerhalb eines solchen Hubbereiches hat den wesentlichen Vorteil, dass ein genügend grosser Zeitraum, nämlich praktisch der gesamte Verdichtungshub zur Ausbildung eines Kraftstoffilms wünschenswerter Grossflächigkeit und zur anschliessenden Ablösung des Kraftstoffilms mit
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einwandfreier Kraftstoffdampf-Luftgemischbildung zur Verfügung steht. Auch ist es vorteilhaft, dass der
Kraftstoff nunmehr mit wesentlich geringerem Druck in den Brennraum eingespritzt zu werden braucht, als wenn die Kraftstoffeinspritzung erst gegen Ende des Verdichtungshubes erfolgen würde.
Ferner schlägt die Erfindung vor, dass zur Verhinderung einer Stockung des Kraftstoffes im Kraftstoff- zuführungskanal dieser vom Bereich der Kolbenkrone aus nach unten geneigt angeordnet ist. In weiterer
Ausbildung der Erfindung wird das Durchfliessen des Kraftstoffes durch den Kraftstoffkanal durch eine zur
Kolbenlängsachse etwa parallele Bohrung im Kolben zur Verbindung des Kraftstoffzuführungskanals mit dem Verdichtungsraum des Zylinders gefördert. In dieser letztgenannten Bohrung bildet sich nämlich in vorteilhafter Weise während des Verdichtungshubes eine Luftströmung aus, die sich vom Verdichtungsraum des Zylinders durch den Kraftstofführungskanal in den Brennraum fortpflanzt und den Kraftstoff aus dem Kraftstofführungskanal in den Brennraum mit fortreisst.
Durch den Vorschlag, den Kraftstofführungs- kanal des Kolbens die Brennraumwand im Bereich der Fangrillen tangieren zulassen, wird eine reflexions- freie Auftragung des Kraftstoffes bewirkt und dessen filmartige Ausbreitung begünstigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 Kolben und
Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäss der Erfindung als Längsschnitt, wobei die Fangrillen gegenüber den andern Teilen wesentlich vergrössert dargestellt sind, Fig. 2 einen Schnitt wie in Fig. 1, wobei jedoch die Fangrillen etwa in natürlicher Grösse dargestellt sind, und Fig. 3 Kolben und Zylinder nach Fig. 1 in Aufsicht und teilweisem Schnitt.
Im Kolben 1 der im übrigen nur durch die Zylinderwandung 2 und die Zylinderkopfbegrenzungsflä- che 3 angedeuteten lotrecht stehenden Brennkraftmaschine ist der rotationskörperförmige Brennraum 4 angeordnet, der über eine Öffnung 5 mit dem Zylinderraum 6 in Verbindung steht.
Die Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum 4 erfolgt über eine Einspritzvorrichtung in Form eines Nadelventils 7 und über einen Kraftstofführungskanal 8. Das Nadelventil 7 ist schräg in der Zylinderwand 2 angeordnet. Der Kraftstofführungskanal befindet sich im Kolben und ist von der Kolbenkrone oberhalb des obersten Kolbenringes 9 aus nach dem inneren Totpunkt des Kolbens zu geneigt. Das Nadel- ventil und der Kraftstofführungskanal sind so angeordnet und einander zugeordnet, dass die dem Brennraum abgewandte Mündung des Kraftstofführungskanals und die Ventilmündung einander überschneiden, wenn der Kolben sich zwischen Ansaug- und Verdichtungshub im inneren Totpunkt befindet. Der Kraftstofführungskanal mündet tangential in den Brennraum (Fig. 3).
Die Wand 10 des Brennraums 4 ist im Bereich 11 der Mündung des Kraftstofführungskanals in den Brennraum mit Fangrillen 12 versehen. Die Rillen 12 können entweder in sich. geschlossen oder schraubenförmig verlaufend in die Brennraumwand 10 eingeschnitten sein. Sie sind muldenförmig ausgebildet und weisen im Querschnitt eine bogenförmige Umrissform auf, die beispielsweise halbkreisförmig oder offen oval sein kann. Es können jedoch auch andere gewölbte Querschnittsformen vorgesehen sein. Die Fangrillen ergeben eine Oberflächenrauhigkeit der Zylinderwand im Bereich der Einbringung des Kraftstoffes in den Zylinderraum. Die Verbrennungsluft kreist gemäss dem Pfeil 14 im Brennraum 4 und wird an der Mündung des Kraftstofführungskanals in den Brennraum vorbeigeführt.
Decken sich zwischen Ansaughub und Verdichtungshub im inneren Totpunkt des Kolbens die Austrittsöffnung des Nadelventils 7 und die dem Nadelventil zugekehrte Mündung des Kraftstofführungskanals 8, so gelangt Kraftstoff über das Ventil 7 in den Kanal 8. Er gelangt durch den Kraftstofführungskanal 8 hindurch in den Brennraum 4, füllt dort die Rillen 12 und bildet auf diese Weise einen grossflächigen, reflexionsfrei aufgebrachten Film 30 auf der Brennraumwand 10. Das Durchfliessen des Kraftstoffes durch den Kraftstofführungskanal 8 wird während des Verdichtungshubes durch die Neigung des Kanals 8 begünstigt, in dem der Kraftstoff der Schwerkraft bzw. der Trägheitskraft folgend gleichsam wie in einer schrägen Rinne in den Brennraum läuft.
Das Hindurchfliessen des Kraftstoffes durch den Kraftstofführungskanal 8 wird weiters durch eine Luftströmung begünstigt, die vom Zylinderraum 6 ausgehend, durch eine Bohrung 13 und den Kraftstofführungskanal 8 hindurch in den Brennraum 4 gerichtet ist und dabei den in dem Kraftstofführungskanal 8 befindlichen Kraftstoff mitnimmt. Diese Luftströmung wird hervorgerufen durch einen geringen Unterdruck, der sich infolge der Öffnung 5 im Brennraum gegenüber dem Zylinderraum 6 ausbildet. Der Druckunterschied zwischen Brennraum 4 und Verdichtungsraum 6 ist umso grösser, je enger der Querschnitt der Öffnung 5 ist und kann durch Bemessung dieser Öffnung bestimmt werden.
Der Querschnitt der Öffnung 5 beeinflusst ausserdem in bekannter Weise das Mass der Drehung der Verbrennungsluft im Brennraum 4, insbesondere, wenn bereits beim Ansaughub der einströmenden Luft eine Drallbewegung erteilt wird.
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