CH505281A - Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung - Google Patents

Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung

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CH505281A
CH505281A CH1746968A CH1746968A CH505281A CH 505281 A CH505281 A CH 505281A CH 1746968 A CH1746968 A CH 1746968A CH 1746968 A CH1746968 A CH 1746968A CH 505281 A CH505281 A CH 505281A
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CH1746968A
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Kamo Roy
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Cummins Engine Co Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines
    • F02N19/06Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines by heating of combustion-air by flame generating means, e.g. flame glow-plugs
    • F02N19/08Arrangement thereof

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Description


  Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung  in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung    Die     Erfindung    betrifft eine Vorrichtung zur Verbesse  rung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftma  schinen mit Kompressionszündung, welche zu den Zylin  dern führende Ansaugöffnungen aufweist und einen  Brenner für Brennstoff enthält.  



  Die Hersteller von Brennkraftmaschinen bemühen  sich laufend, mehr Leistung aus einem Motor mit  Gewicht und Kosten bestimmter Grösse zu erhalten; der  Anteil der Leistung pro Kubikmeter, pro Kilogramm  oder pro Franken eines Motors sind nämlich wichtige  Faktoren. Hierzu haben die Hersteller von Motoren mit  Selbstzündung Motoren mit variablem Verdichtungsver  hältnis entwickelt.     Ein    Motor, der bei niedrigem Verdich  tungsverhältnis betrieben wird, ist in der Lage, mehr  Leistung zu erzeugen als ein üblicher Motor mit hohem  Verdichtungsverhältnis, ohne dass unzulässig hohe Spit  zentemperaturen und -drücke auftreten, wie dies bei der  letztgenannten Motorart der Fall sein würde.  



  Eine Brennkraftmaschine mit festem niedrigen  Druckverhältnis wird als einem Motor mit variablem  Druckverhältnis überlegen angesehen, da diese schwieri  ger aufgebaut sind. Wird die Änderung im Verdichtungs  verhältnis erreicht, indem die Kolben verschoben werden,  so wird der Motor teurer, schwer und ist übermässigem  Verschleiss ausgesetzt. Es ist jedoch schwierig oder  unmöglich, einen Motor mit festem niedrigen Verdich  tungsverhältnis anlaufen zu lassen, und er wird selbst bei  relativ hohen Umgebungstemperaturen weissen Rauch  im Leerlauf oder bei Betrieb mit Teillast abgeben, es sei  denn, eine Verbrennungshilfe ist vorgesehen.  



  Weisser Rauch ist das Ergebnis einer unvollständigen  Verbrennung in den Zylindern und tritt auf, wenn die  Verdichtungstemperatur in den Zylindern des Motors  nicht ausreicht, um den gesamten eingespritzten Brenn  stoff zu verbrennen.  



  Ein Hauptproblem, welches die Entwicklung eines  Motors mit niedrigem Verdichtungsverhältnis behindert  hat, war die übermässige Erzeugung von weissem Rauch,  besonders beim Anlassen, im Leerlauf und bei Teillastbe  trieb.    Weisser Rauch enthält unverbrannte Brennstofftröpf  chen, welche mit den Auspuffgasen aus den Zylindern  austreten. Er tritt auf, wenn die Temperatur in einigen  Teilen des Zylinders nicht ausreicht, um den Brennstoff  hierin zu verbrennen, wie es z.B. der Fall ist, wenn der  Motor angelassen und die Temperaturverteilung der den  Zylindern zugeführten Ansaugluft ungleichmässig ist.

    Weisser Rauch unterscheidet sich somit von seiner  Substanz her vom schwarzen Rauch, der Kohlenstoffteil  chen enthält und dann auftritt, wenn die Verdichtungs  temperatur zwar ausreichend ist, um die Verbrennung zu  gewährleisten, die örtliche Sauerstoffversorgung jedoch  nicht ausreicht, um den gesamten Kohlenstoff im Brenn  stoff zu oxydieren.  



  Es sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei wel  chen, wie etwa nach dem brit. Patent Nr. 932 025,  Brennstoff entzündet und in der Ansaugleitung verbrannt  wird. Solche Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil,  dass die Verbrennungswärme des Brennstoffs nicht gut  auf alle Zylinder verteilt wird. Weiter geht ein sehr  grosser Anteil der Verbrennungswärme durch die Wan  dungen der Ansaugleitung verloren.  



  Entsprechend ist es das Ziel der Erfindung, eine  Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehr  zylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung vorzu  sehen, die einen wirksamen Gebrauch von der Wärme  machen, die durch Verbrennung von in die Ansauglei  tung eingespritztem Brennstoff entsteht.  



  Diese Aufgabe wird     erfindungsgemäss    dadurch gelöst,  dass eine Wärmeverteilvorrichtung in der Luftansauglei  tung zur Verteilung der heissen Gase vom Brenner zu  den Ansaugöffnungen vorgesehen ist, der Brenner für  Brennstoff so befestigt ist, dass seine Flamme auf die       Wärmeverteilvorrichtung    gerichtet ist, die     Wärmeverteil-          vorrichtung    sich in die Luftansaugleitung mindestens an  einer der Ansaugöffnungen vorbei erstreckt und eine  Einlassvorrichtung zur Aufnahme heisser Gase von dem  Brenner sowie Austrittsvorrichtungen benachbart zu  mehr als einer der Ansaugöffnungen aufweist, welche die  heissen Gase von dem Brenner zu den Ansaugöffnungen  verteilen.

        Die     erfindungsgemässe    Vorrichtung hilft in     verlässli-          cher    Weise den Motor bei niedrigen Umgebungstempera  turen schnell zu starten. Die Verbrennungshilfe kann  auch bei Leerlauf und niedrigen Lasten benutzt werden  und, falls erforderlich, um weissen Rauch zu entfernen,  um gleichförmig vom gezündeten Brennstoff die Wärme  auf die Luftansaugöffnungen zu verteilen, wenn der  Brenner den Öffnungen eng benachbart ist. Die     Wärme-          verteilvorrichtung    besteht vorzugsweise aus einem Rohr,  dessen eines Ende in der Nähe der Düse angeordnet ist,  derart. dass der zerstäubte Brennstoff in das Innere des  Rohres gesprüht und hierin gezündet wird.

   Eine Öffnung  kann in der Wand des Rohres in der Nähe jeder  Einlassöffnung ausgebildet werden und die heissen Gase  des gezündeten Brennstoffs strömen dann aus den Öff  nungen und direkt in die Lufteinlassöffnungen. Nach  einer bevorzugten Ausführungsform der     Erfindung    sind  die Öffnungen so bemessen und bezüglich der     Einlassöff-          nungen    angeordnet, dass die Wärme im wesentlichen  gleichmässig auf die jeweiligen Zylinder verteilt wird.  



  Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Aus  führungsbeispiel des Erfindungsgegenstands näher be  schrieben. Es zeigen:  Fig. 1 eine Seitenansicht eines Motors,  Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in  Fig. 1,  Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung eines Teils  eines Sammmelleitungsbrenners des in Fig. 1 gezeigten  Motors,  Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Motor längs  der Linie 4-4 in Fig. 2,  Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in  Fig. 4,  Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in  Fig. 2  Fig. 7 eine Teildraufsicht einer bevorzugten Ausfüh  rungsform eines Sammelleitungsbrenners,  Fig. 8 eine teilweise Seitenansicht des in Fig. 7 gezeig  ten Brenners und die  Fig.

   9 bis 11 Diagramme, in denen durch Kurven das  Leistungsvermögen eines Motors mit einer     erfindungsge-          mässen    Vorrichtung aufgetragen ist.  



  Während die Erfindung sowohl auf     Zweitakt-    wie  Viertaktmotoren anwendbar ist, ist sie nachstend bei  spielsweise anhand eines Viertaktmotors beschrieben.       ausserdem    befasst sich die nachstehende Beschreibung  mit einem V-Motor, obwohl die Erfindung auf einen       kompressionsgezündeten    Motor irgendeiner     Bauart    an  wendbar ist.  



  Der in den Fig. 1 bis 8 dargestellte Motor ist ein V  12-Dieselmotor mit einem V-förmigen Motorblock 240  mit zwei Reihen von Zylindern 241, die durch Zylinder  köpfe 242 geschlossen sind, in denen Kolben 243 in  Buchsen 244 hin- und herbewegbar sind.  



  Brennstoffeinspritzvorrichtungen 255, Lufteinlassven  tile 256 und Auslassventile 257 arbeiten zu geeigneten  Zeitpunkten bei jedem Motortakt entsprechend norma  lerweise ansaugenden oder abgasturboaufgeladenen Ma  schinen. Während das Einlassventil 256 eines Zylinders  offen ist, wird Luft durch einen Kanal 258 in den  Zylinder gesaugt, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist.  Ist ein Auslassventil 257 offen, so werden Abgase durch  eine zur Auslassöffnung 274 führende Leitung ausgetra  gen. Bei der besonderen dargestellten Ausführungsform  der Maschine sind in jeder Reihe von Sechszylindern 250,  die in gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellt sind, vier  Einlasskanäle 258 vorgesehen. Der Kanal 258 an jedem    Ende des Blocks leitet Luft zu nur einem Zylinder hin,  die Zylinder sind den stirnseitigen Zylindern zugeordnet.

    Jeder der anderen zwei am weitesten innen liegenden  Kanäle 258 leitet     Einlassluft    zu zwei Zylindern. Wie  Fig. 2 zeigt, ist jeder der beiden am weitesten innen  angeordneten Kanäle von V-Form und Einlassventile 256  für zwei benachbarte Zylinder sind an den Enden der  Zweige des Y angeordnet.  



  Die Brennstoffüllung für jeden Zylinder wird über  die Brennstoffeinspritzvorrichtung 255 zugeführt und mit  der Luft vermischt, wonach der Zylinder gefüllt wird; die  Luft ist erwärmt worden aufgrund der Kompression des  Aufwärtshubs des Kolbens, und zwar auf eine Tempera  tur, die hoch genug ist, um für die Zündung des  Brennstoffs auszureichen.  



  Während nach der dargestellten Ausführungsform die       maximale        Leistungsausbeute    für einen Motor von gege  bener Grösse das Hauptziel ist, sind Vorkehrungen  getroffen, um die Ansaugluft zu komprimieren, wenn der  Motor unter Last arbeitet und die komprimierte Luft,  bevor sie in die Zylinder eintritt, gekühlt wird. Solch eine  Aufladung wird durch einen sogenannten Abgasturbola  der 267 erreicht, vorzugsweise je einen für jede Reihe  von Zylindern, welcher aus einem durch eine Turbine  269 angetriebenen Kompressor 268 besteht (Fug. 1).  



  Im     vorliegenden    Fall ist der dargestellte Motor für  maximale Leistungsabgabe ausgelegt, wobei zu diesem  Zweck die jeden Kompressor 267 durch die zugeordnete  Leitung 272 verlassende Anlaufluft wesentlich gekühlt  wird, wenn die Maschine unter Last arbeitet.     Erreicht     wird dies durch einen Wärmeaustauscher 276, einen für  jede Reihe von Zylindern, der sich über die volle Länge  der zugeordneten Lufteinlasssammelleitung 273 erstreckt  und in den oberen Teilen der hierdurch gebildeten  Kammern 277 angeordnet ist.  



  Eine kalte Maschine mit einem niedrigen Verdich  tungsverhältnis kann mittels Durchdrehen und Anlassen  des Motors allein nicht gestartet werden, es sei denn, es  herrschten sehr hohe Umgebungstemperaturen, da die       Temperatur    aufgrund der     Verdichtung    innerhalb der  Zylinder bei niedrigen     Umgebungstemperaturen    nicht  hoch genug ist, um eine Zündung herbeizuführen. Dies  natürlich darum, weil die der Luft durch die Kompres  sion innerhalb der Zylinder zugeführte Wärme     minus    der  an das umgebende kalte Metall verlorengehenden Wärme  zu einer Lufttemperatur führt, die unterhalb der     Zünd-          temperatur    der     Brennstoff-Luftmischung    liegt.

   Nachdem  einreal doch     gestartet    ist und nachdem die Zylinder  durch eine kurze Betriebsperiode bei normaler Geschwin  digkeit und unter Last erwärmt wurden, läuft eine solche  Maschine weiter.  



  Die     Ausnutzung    eines solch niedrigen Verdichtungs  verhältnisses, um eine erhebliche Leistungsabgabe oder  eine verlängerte Lebensdauer zu erreichen, wird nun  möglich gemacht, indem Motorbrennstoff innerhalb der       Lufteinlasssammelleitung    273 in derartiger Weise ver  brannt wird, dass schnell und konsistent unter sämtlichen  Startbedingungen die Gesamtheit der den Motorzylindern  zugeführten Luft erwärmt wird.

   Diese Luft wird auf eine  Temperatur erwärmt, die ausreichend hoch ist, um inner  halb jedes Zylinders, im wesentlichen zum Zeitpunkt der  ersten Brennstoffeinspritzung, eine Verdichtungstempera  tur zu erzeugen, die über die gesamte Luftfüllung  gleichförmig ist und ausreichend oberhalb der theoreti  schen Zündtemperatur des Brennstoffs liegt, um ein  Zünden und ein     Starten    des Motors nach einigen Sekun  den des Anlassems sicherzustellen. Die Brennstoffver-      brennung wird augenblicklich mit dem Anlassen und bei  einer Geschwindigkeit gestartet, die wenigstens aus  reicht, um die Verluste zu überwinden, die dadurch  entstehen, dass die kalten Metallteile in Kontakt mit den  Luftfüllungen kommen.

   Das Ergebnis ist, dass eine  Verdichtungstemperatur erheblich oberhalb der Tempe  ratur, die zur Zündung notwendig ist, schnell und ohne  Schwierigkeiten unter sämtlichen erwarteten Bedingun  gen des Kaltstartens erreicht wird.  



  Nachdem die Maschine angelassen wurde und nur  einige Takte lang gelaufen ist, wird die in die Zylinder  eintretende Luft gleichförmig über ihre Masse auf eine  Temperatur erwärmt, die, kombiniert mit der von den  Zylinderwandungen aufgenommenen Wärme zu einer  wirksamen Verdichtungstemperatur führt, die wesentlich  höher als die ist, die zur Zündung notwendig ist und die  ausreicht, die Periode der Erzeugung weissen Rauchs zu  eliminieren oder im wesentlichen zu reduzieren. Weisser  Rauch ist das Ergebnis einer unvollständigen Verbren  nung in den Zylindern und tritt dann auf, wenn die  Verbrennungstemperatur in den Motorzylindern nicht  ausreicht, um den gesamten eingespritzten Brennstoff zu  verbrennen.  



  Der Brenner 304 weist eine Düse 305 auf, von der  eine Mischung verdichteter Luft und zerstäubten Brenn  stoffs in das Ende 306 eines Rohres 307 ausgetragen  wird, welches innerhalb der Ansaugkammer 277 unter  halb des Wärmeaustauschers 276 angeordnet ist und  längs der Innenwand 398 der Kammer dieser Ansaug  kammer in der Nähe der     darin    befindlichen Öffnungen  309 sich erstreckt, die zu den Einlasskanälen 258 führen.  Das Rohr ist mit Seitenöffnungen<B>311</B> gegenüber jede=  der Öffnungen 309 und der Kanäle 258 ausgebildet. Für  eine Reihe von Sechszylindern wird der Brenner mit  zwei Düsen 305 ausgestattet, die zwischen den Enden 306  der beiden Rohre 307 angeordnet sind, die durch Schie  nen<B>312</B> verbunden werden.

   Die anderen Enden der  Rohre stehen durch die Stirnwände 313 der     Sammel-          oder    Ansaugleitung vor und sind durch Passstücke 314  gelagert.  



  Die Düsen sind in gegenüberliegende Seiten eines       Gussstücks    315 am innen gelegenen Ende eingeschraubt,  das Gussstück steht durch eine Bohrung 316 in der  Aussenwand der Ansaugleitung und zwischen den Stan  gen 312 vor. Das Gussstück ist zwischen seinen Enden  mit einem Flansch 317 ausgebildet, der durch Schrauben  gegen diese Wand verspannt ist. Hier stehen die Rohre  an einem Ende des Blocks miteinander durch ein Rohr  318 in Verbindung, um die Drücke zwischen den beiden       Sammelleitungen    immer auszugleichen.  



  Durch ein Rohr 335 wird jedem der zwei Brenner  Brennstoff zugeführt, Luft zur Aussenansaugung von  Brennstoff durch die Brennstoffdüse 305 und zum Zer  stäuben des Brennstoffs wird durch jeweilige Brenner  den Kanälen 341 zugeliefert. Luft wird von irgendeiner  geeigneten Quelle bei einem Druck, der ausreichend  höher als der Druck in der Sammelleitung ist, geliefert,  um eine adäquate Strömung zum Ansaugen von Brenn  stoff bei der richtigen Geschwindigkeit bzw. bei einge  stelltem Durchsatz durch die Düse anzusaugen, um den  Brennstoff richtig zu zerstäuben und um einen angemes  senen Teil an Luft zu liefern, der zum Verbrennen des  Brennstoffs notwendig wird.  



  Eine Zündung der zerstäubten Brennstoff-Luftmi  schung wird von jeder Brennerdüse in sich nach aussen  verbreitender Weise durch Funken herbeigeführt, die den  Spalt 349 einer Zündkerze 350 überspringen, die auf dem    Flansch 317 angeordnet ist, wobei der Spalt nahe der  Brennerdüse und in der Bahn der zerstäubten Mischung  angeordnet ist. Der Funkenschlag wird in üblicher Weise  durch eine übliche Zündspule und einen Vibrator er  zeugt.  



  Die Bildung der     Heizflamme    innerhalb eines Rohres  der obengenannten Konstruktion und von kleinerem  Querschnitt als die Sammelleitung, während das Rohr  längs der Einlassöffnungen 258 in .unmittelbarer Nähe  hierzu sich erstreckt, ist aus verschiedenen Gründen  vorteilhaft. Die Flamme wird auf eine Zone nahe den  Ansaugöffnungen begrenzt, so dass die brennende Mi  schung schnell und gleichförmig in die Öffnungen gelie  fert wird, während das Einlassventil geöffnet wird.  Während des Startes kommt die Flamme nicht in Kon  takt mit den Wänden der Sammelleitungskammer 277,  wodurch Wärmeverluste an diesen Teilen auf ein Mini  mum herabgesetzt werden.

   Auch isoliert der nicht perfo  rierte Kopf des Rohres die Brennerflamme und schirmt  den Wärmeaustauscher 276 gegen die Wärme ab, die im  Rohr erzeugt wurde, und vermindert eine Abstrahlung  hierauf, so dass der benötigte Abstand reduziert wird, um  jede Gefahr einer Beschädigung des Wärmeaustauschers  zu vermeiden.  



  Der nichtperforierte Kopf des Rohres vermindert  auch die Gefahr, dass die     Flamme    durch den Strom der  Ansaugluft, die durch die Sammel- oder Ansaugleitung  führt, ausgeblasen wird.  



  Die Fig. 7 und 8 zeigen eine bevorzugte Ausführungs  form eines Sammelleitungsbrenners. Der Brenner ist in  Verbindung mit einem Motor der beschriebenen Art  gezeigt, bei dem die Lufteinlassöffnungen und die     Ein-          lasssammelleitungen    innerhalb der Öffnung des V eines  V-Motors angeordnet sind. Bei solch einem Motor liegen  die Mittellinien der Zylinder jeder Reihe unter einem     45 -          Winkel    gegenüber einer vertikalen Linie. Fig. 7 ist ein  horizontaler Schnitt durch die Sammelleitung solch eines  Motors, wenn man aus einer unmittelbar oberhalb des  Brenners liegenden Ebene auf diesen herabblickt; Fig. 8  ist ein Vertikalschnitt, der so gelegt ist, dass man gegen  den Brenner aus einer dem Brenner benachbart liegenden  Vertikalebene blickt.

    



  Der Motor weist eine Sammelleitung 416 mit vier hier  in ausgebildeten Einlassöffnungen 417 bis 420 auf. Der  Motor ist ein V-8-Motor mit vier Zylindern in jeder Reihe  und jede der Einlassöffnungen 417 bis 420 führt Ansaug  luft zu einem Zylinder. Es soll jedoch darauf hingewiesen  werden, dass der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Brenner  auch bei anderen Arten von Motoren, beispielsweise  Reihenmotoren sowie einem V-12-Motor der in den  Fig. 1 und 2 beschriebenen Art verwendet werden kann,  bei dem sechs Zylinder in jeder Reihe vorgesehen sind  und vier Lufteinlassöffnungen Ansaugluft zu den sechs  Zylindern leiten.  



  Innerhalb der     Sammelleitung    416 ist ein Brenner  gelagert, der eine Düse 423 der vorher beschriebenen Art  aufweist, wobei diese Düse auf einem     Düsenhalterblock     424 gelagert ist, in dem Luft- und Brennstoffkanäle  ausgebildet sind. Der Halter 424 trägt auch eine Zünd  kerze 426, deren Spitzen 427 in der Nähe der Düse 423  angeordnet sind, um eine     Brennstoff-Luft-Mischung,    die  aus der Düse 423 austritt, zu zünden.  



  Weiterhin weist der Brenner einen Wärmeverteiler  bestehend aus einem     offenendigen        Brennerrohr    428 auf,  das an der Wand der Sammelleitung 416 durch ein Paar  von Bändern 429 und 430 befestigt ist. Das     Brennerrohr     428 ist axial ausgerichtet zu und in der Nähe der Düse      423 angeordnet, so dass eine aus der Düse 423 austreten  de Luftgasmischung in das benachbarte Ende des Bren  nerrohres 428 eintritt. Das Brennerrohr 428 erstreckt sich  bis in die Nähe der vier Ansaugöffnungen 417 bis 420  und besitzt vier Auslassöffnungen 432 bis 435, die jeweils  in der Nähe der vier Ansaugöffnungen 417 bis 420  angeordnet sind.  



  Vom Standpunkt eines schnellen Anlaufens der Ma  schine und vom Standpunkt einer frühen Beseitigung des  weissen Rauchs her ist es wichtig, die Wärme vom  Brenner auf die jeweiligen Zylinder gleichförmig zu  verteilen. Es hat sich herausgestellt, dass dann, wenn die  Wärme nicht gleichförmig verteilt wird, ein Zylinder, der  weniger Wärme als die anderen aufnimmt, später in der       Anlassperiode    zündet als die anderen und mehr weissen  Rauch aufgrund unvollständiger Verbrennung in diesem  Zylinder erzeugt. Dies beruht selbstverständlich auf  einem Fehlen der Wärme in der in den Zylinder eintre  tenden Ansaugluft.

   Es hat sich herausgestellt, dass ein  oder zwei Zylinder eines Motors weissen Rauch in einer  Menge erzeugen können, die die Maschine unzumutbar  macht, selbst wenn solch eine Maschine relativ schnell auf  den Zylindern anläuft, die genügend Wärme erhalten.  



  Um daher gleichförmig die Brennerwärme auf die  Zylinder zu verteilen, ist das Rohr 428 ganz eng benach  bart den Öffnungen 417 bis 420 gelagert und die  Öffnungen 432 bis 435 des Rohres 428 sind so bemessen  und relativ zu den vier Ansaugöffnungen 417 bis 420  angeordnet, dass die vier Ansaugöffnungen im wesentli  chen gleiche Wärmemengen empfangen. Erreicht wird  dies hauptsächlich, indem allmählich die Flächen der  Öffnungen 432 bis 435 mit zunehmender Entfernung von  der Wärmequelle (die Düse 423)     vergrössert    werden. So  ist die Öffnung 432, die sich am nächsten der Düse 423  befindet, relativ klein und die Anströmkante 437 der  Öffnung 432 ist etwa auf die Anströmseite der Öffnung  417 ausgerichtet.

   Die nächste Öffnung 433 ist geringfügig  grösser als die Öffnung 432 und deren Anströmkante 438  liegt ein kleines Stück näher der Düse 423 als die  Anströmkante der Öffnung 418. Die nächste Öffnung 434  ist grösser als die beiden Öffnungen 432 und 433 und  deren Anströmkante 439 ist um ein grösseres Stück näher  der Düse 423 angeordnet als die benachbarte Kante der  Öffnung 419. Schliesslich ist die Öffnung 435 grösser als  eine der drei anderen Öffnungen 432, 433 und 434 und  deren Anströmkante 440 wird selbst näher an die Düse  423 herangebracht als die Anströmkante der Öffnung  420. So führen die allmählich zunehmenden Grössen der  Öffnungen mit zunehmenden Abständen von der Düse zu  einer gleichförmigen Verteilung der Brennerwärme auf  die verschiedenen Zylinder.

   Die Flammenmischung von  der Düse 423 leckt, wie in Fig. 8 dargestellt, nach oben  und nach rechts und die Verschiebung der     Anströmkan-          ten    437 bis 440 relativ zu den Öffnungen 417 bis 420  ermöglicht es der Flamme und der erwärmten Luft, in  die Öffnungen 417 bis 420  einzufegen .  



  Zusätzlich zu der zur Düse 423 gelieferten Luft ist es  wichtig. dass der Brenner zusätzliche Luft aufnimmt, um  eine völlige Verbrennung des Brennerbrennstoffs herbei  zuführen. Hierzu ist eine Umlenkplatte 442 vorgesehen,  die sich quer zur Leitung 416 zwischen der Düse 423 und  dem benachbarten Ende des Brennerrohres 428 erstreckt.  Die Umlenkplatte 442 ist von Bolzen 443 getragen, die  die Platte 442 mit dem Block 424 verbinden, und die  Platte 442 liegt normal zur Achse der Düse und des  Rohres. Ein Venturirohr ist in der Platte 442 auf der  Achse der Düse 423 und des Rohres 428 ausgebildet und    die Brennstoff-Luft-Mischung aus der Düse 423 strömt  durch das Venturirohr 444 und in das Brennerrohr 428.

    Ein Teil der Ansaugluft in der Sammelleitung 416 strömt  in den Raum zwischen der Düse 423 und der Platte 442  und wird durch die     Mischung    aus der Düse mit fortgeris  sen. Die resultierende Mischung strömt in das Rohr 428  und verbrennt hierin; die Verbrennungsprodukte strömen  aus den Öffnungen 432, 433, 434, 435. Die Luft, die in die  Zylinder eintritt, wird sowohl durch Umströmen des  heissen Rohres 428 als auch durch Mischung mit den  Verbrennungsprodukten erwärmt, die die     Rohröffnungen     432 bis 435 verlassen.  



  Wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Brennerrohr 428 relativ  niedrig, bezüglich des Niveaus der Öffnungen 417 bis 420  angeordnet, so dass das Rohr 428 die Strömung der  Ansaugluft, die sich nach unten bewegt, wie in     Fig.8     dargestellt, und die in die Einlassöffnungen 417 bis 420  strömt, nicht blockiert.  



       Fig.    9 zeigt die Arbeitsweise einer Kraftmaschine der       Verdichtungs-Zündbauart    mit einer Bohrung zwischen  12,7 bis 15,2 cm und einem Umgebungsdruck von etwa  103 kg pro     cm     absolut, wobei diese Betriebsweise als  Funktion des Verdichtungsverhältnisses des Verdich  tungsverhältnisses des Motors und der Verdichtungstem  peratur gezeigt ist. Die Leitung 45 in     Fig.    9 stellt die Ver  dichtungstemperatur innerhalb der Zylinder der gleichen  Maschine jedoch mit verschiedenen Verdichtungsverhält  nissen dar, wenn die     Brennkraftmaschine    bei einer Umge  bungstemperatur von minus 18 C     gestartet    wird.

   Nach  dem Anlassen liegt die Verdichtungstemperatur für solch  eine Maschine mit einem Verdichtungsverhältnis von we  niger als 12: 1 bei weniger als 304 C, wogegen die Ver  dichtungstemperatur nach dem Anlassen solch einer Ma  schine mit einem Verdichtungsverhältnis von 10 : 8 bei  etwa 385 C liegt. Die Linie 46 in     Fig.    9 zeigt die Verdich  tungstemperatur, die innerhalb eines Zylinders erreicht  werden muss, um die Zündung eines Dieselbrennstoffs  und einer Luftmischung in einem Motor aufrechtzu  erhalten; ersichtlich liegt die Zündtemperatur für Moto  ren mit einem relativ niedrigen Verdichtungsverhältnis  höher als bei Motoren mit einem höheren Verdichtungs  verhältnis.

   So erfordert beispielsweise solch ein Motor  mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als<B>10:</B> 1  eine Zündtemperatur von wenigstens 404 C, wogegen ein  Motor mit einem Verdichtungsverhältnis von<B>18:</B> 1 eine  Verdichtungstemperatur von etwa 384 C aufweisen  muss. Die beiden Linien 45 und 46 überschneiden sich  am Punkt 47, was einem Verdichtungsverhältnis von  etwa 17,6: 1 entspricht; offensichtlich ist ein Verdich  tungsverhältnis von mehr als<B>17,6:</B> 1 für solch einen  Motor notwendig, um nach einer Minute Anlasszeit und  einer Umgebungstemperatur von minus 18 C ohne eine  Starthilfe anzulaufen.  



  Die Kurve 48 zeigt einen Betrieb ähnlich dem der  Linie 45, jedoch bei einer Umgebungstemperatur von  4,4 C; es zeigt sich, dass eine solche Maschine ohne jede  Hilfe mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als  etwa 13,5 : 1 bei dieser Umgebungstemperatur überhaupt  nicht anläuft.  



  Die Linie 49 in     Fig.    9 gibt den Betrieb einer Maschine  ohne jede Hilfe an, wenn die Maschine nach einer  Periode ohne Belastung leer läuft, und zwar bei einer  Umgebungstemperatur von 16 C. Von dieser Linie aus  gehend ist es klar, dass für sämtliche Verdichtungsver  hältnisse grösser als etwa 9,4: 1 die Verdichtungstempe  ratur oberhalb derjenigen liegen wird, die notwendig ist,  um die Zündung aufrechtzuerhalten. Für Verdichtungs-      verhältnisse kleiner als 9,4: 1 fällt jedoch die Verdich  tungstemperatur unterhalb die, die notwendig ist, um die  Zündung aufrechtzuerhalten; der Motor hört auf zu  laufen.  



  Die Linie 50 zeigt die Arbeitsweise solch einer  Maschine ohne jede Hilfseinrichtung, wenn sie .unter  Vollast läuft; es zeigt sich, dass die Verdichtungstempe  raturen mit     Verdichtungsverhältnissen    bis hinab zu 9,2  bis 1 ausreichend hoch sind, um die Zündung aufrechtzu  erhalten.  



  Als Vergleich zeigt die Linie 51 die Arbeitsweise       einer    turboaufgeladenen Maschine mit gleichem Zylin  derdurchmesser, die unter Vollast läuft; ein Vergleich der  beiden Linien 50 und 51 gibt an, dass die turboaufgelade  ne Maschine bei erheblich höheren Temperaturen läuft  als eine ähnliche Maschine ohne Turboaufladung.  



  Die Linie 50a zeigt die obere Temperaturgrenze, bei  der weisser Rauch auftritt. Bei Temperaturen oberhalb  der Linie 50a     wird    weisser Rauch eliminiert, während bei  Temperaturen unterhalb der Linie 50a weisser Rauch  vorhanden ist.  



  Es zeigt sich somit aus den Kurven in Fig. 9, dass,  wenn die Maschine für ein Verdichtungsverhältnis von  weniger als 12,0: 1 gebaut wird und wenn diese bei einer  Umgebungstemperatur, die so niedrig wie - 29 C liegt,  anlaufen soll, zudem bei solchen Temperaturen ein  einwandfreier Leerlaufbetrieb gegeben sein soll und die  zudem ohne weissen Rauch arbeiten soll, eine Verbren  nungshilfe vorgesehen sein muss. Um darüber hinaus eine  hohe Leistungsabgabe aus solch einer Maschine zu  erreichen, muss eine Aufladeeinrichtung für hohe Aufla  dedichten vorgesehen sein.  



  Wie Fig. 10 zeigt, ist es auch wichtig, dass die richtige  Brennstoffmenge durch die Brennstoffdüse des Brenners  für optimale Startbedingungen angesaugt bzw. gesogen  wird. Die Kurve 115 gibt die Aufzeichnung eines Bren  ner-Brennstoffdurchsatzes als eine Funktion der Zeitdau  er, die zum Anlaufen einer Maschine erforderlich ist; die  Kurve 115 basiert auf Daten, die von einer     Viertakt-          Maschine    mit Eigen- oder Verdichtungszündung erreicht  wird, deren Verdichtungsverhältnis bei 12,1:1 liegt.  Weiterhin besitzt der Motor eine Sechszylinder-Maschine  mit einer Zylinderbohrung von 13,7 cm Durchmesser und  einem Kolbenhub von 15,24 cm. Die Umgebungstempe  ratur lag zwischen -26 und -32 C und der höhere  Heizwert des Brenner-Brennstoffs lag bei 11020 kcal pro  kg Brennstoff.

   Wie durch die Kurve<B>115</B> dargestellt, liegt  die optimale oder minimale Startzeit bei einem     Brenner-          Brennstoffdurchsatz    von etwa 1,85 mg Brennstoff pro  cm3 Hubraum der Maschine. Ein Luftdurchsatz von der  Luftdüse des Brenners von etwa<B>10%</B> der Menge der  Ansaugluft, die durch die Sammelleitung strömt, wenn  die Maschine anläuft, liefert diesen Brennstoffdurchsatz.  Wird mehr Brennstoff als die genannte Menge dem  Brenner zugeführt, so wird eine übermässige Sauerstoff  menge in der Ansaugluft verbraucht und die Luft kann  übermässig verunreinigt werden, und, wenn der Durch  satz bei mehr als etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3  Hubraum liegt, so ist die Startzeit mit Fehlern äusserst  behaftet und es kann passieren, dass die Maschine nicht  anläuft.

   Wenn andererseits zu wenig Brennstoff dem  Brenner zugeführt wird, wird die Luft unter Umständen  nicht ausreichend erwärmt. Wie durch die Kurve 115  angedeutet, kann die Maschine nicht anlaufen, wenn der  Brennstoffdurchsatz kleiner als etwa 0,7 mg pro Minute  pro cm3 Hubraum ist. Der Brennstoffdurchsatz sollte  also innerhalb des Bereichs von etwa 0,7 mg bis etwa    2,27 mg pro Minute pro cm3 Hubraum der Maschine  zum Anlaufen der Maschine liegen.     Darüber    hinaus erfor  dern Militärvorschriften, dass eine Maschine in weniger  als 30 sec. bei -32 C anläuft, der bevorzugtere Brenn  stoffdurchsatzbereich liegt daher     zwischen    etwa 1,16 bis  etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Maschinenhubraum,  um die Militärvorschriften zu erfüllen.

   Für die optimale  Leistung liegt der Durchsatz bei etwa 1,85 mg pro Minute  pro cm3 Motorhubraum.  



  Für einen Zweitaktmotor wird es notwendig, den  Brennstoffdurchsatz zu erhöhen, um den gesteigerten  Luftdurchsatz zu kompensieren. Ein äquivalenter opti  maler Brennstoffdurchsatz für einen Zweitaktmotor  liegt bei etwa 2,77 pro Minute pro cm3 Motorhub  raum.  



  In Fig. 11 gibt die Kurve 115a die Variation in der  Sauerstoffmenge in der vom Brenner verbrauchten An  saugluft als Funktion des Brennstoffdurchsatzes zum  Brenner an. Offensichtlich wird, wenn mehr Brennstoff  zum Brenner geführt wird, mehr Sauerstoff in der  Ansaugluft verbraucht.     Beträgt    der Durchsatz 2,27 mg  pro Minute pro cm3 Zylinderhubraum oder mehr, so  werden über     31,57o    des Sauerstoffs in der Ansaugluft  verbraucht und es wird schwierig, die Maschine zu  starten, vielleicht, weil Sauerstoff in unzureichender  Menge in den Zylindern vorhanden ist.

   Liegt der Durch  satz bei 1,11 mg pro Minute pro cm3 Hubraum oder  weniger, so ist ausreichend Sauerstoff in der in die  Zylinder geführten Ansaugluft vorhanden, die anderen  für den Schnellstart notwendigen Bedingungen brauchen  aber nicht gegeben sein. Liegt der     Brennstoffdurchsatz     beim Optimalwert von 1,85 mg pro Minute pro cm3  Hubraum, so werden etwa     257o    des Sauerstoffs in der  Ansaugluft durch den Brenner verbraucht. Ein bevorzug  ter Bereich des Brennstoffdurchsatzes liegt zwischen etwa  0,92 mg bis etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Motor  hubraum, weil, wenn der Brennstoffdurchsatz sich inner  halb dieses Bereichs befindet, die Maschine normalerwei  se innerhalb einer Anlasszeit von 1 Minute oder weniger  anlaufen wird.

   Dies ist wichtig, weil der Käufer von  Motoren, die in Zugfahrzeugen eingebaut werden sollen,  davon Abstand nimmt, einen Motor zu kaufen, dessen  Startzeit bei mehr als einer Minute liegt. Arbeiten  Sammelleitungsbrenner in der beschriebenen Weise, so  läuft eine Maschine bei einer Temperatur an, die etwa  47 C niedriger als bei einem ähnlichen Motor ohne  solchen Brenner liegt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Kompressions zündung, welche zu den Zylindern führende Ansaugöff nungen und eine Luftansaugleitung für die Zufuhr von Luft zu den Ansaugöffnungen aufweist und einen Bren ner für Brennstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeverteilvorrichtung (307) in der Luftansauglei tung (273) zur Verteilung der heissen Gase vom Brenner zu den Ansaugöffnungen vorgesehen ist, der Brenner (304) für Brennstoff so befestigt ist, dass seine Flamme auf die Wärmeverteilvorrichtung (307) gerichtet ist, die Wärmeverteilvorrichtung sich in die Luftansaugleitung mindestens an einer der Ansaugöffnungen (309, 417, 418, 419, 420)
    wobei erstreckt und eine Einlassvorrichtung zur Aufnahme heisser Gase von dem Brenner (304) sowie Austrittsvorrichtungen (31l, 432, 433, 434, 435) benachbart zu mehr als einer der Ansaugöffnungen (309, 417, 418, 419, 420) aufweist, welche die heissen Gase von dem Brenner-(304) zu den Ansaugöffnungen verteilen. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeverteilvorrichtung ein Rohr (307) enthält, die Einlassvorrichtung eine Einlassöffnung (306) an einem Ende des Rohres ist, und dass die Austrittsvorrichtungen (31l, 432, 433, 434, 435) auf der Seite des Rohres gebildet sind, die den Ansaugöffnungen (309, 417, 418, 419, 420) gegenüberliegt, wodurch die heissen Gase durch das Rohr (307) und durch die Austrittsvorrichtungen zu den Ansaugöffnungen strö men. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Austrittsvorrichtungen eine Mehr zahl von Löchern (432, 433, 434, 435) sind, die den Ansaugöffnungen (417, 418, 419, 420) gegenüberliegen und deren Fläche je Längeneinheit des Rohres mit zunehmendem Abstand vom Brenner (304) zunimmt. 3.
    Vorrichtung nach Patentanspruch oder Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsvor richtungen (311, 432, 433, 434, 435) bezüglich der Ansaugöffnungen (309, 417, 418, 419, 420) so bemessen und angeordnet sind, dass die Wärme von dem Brenner (304) im wesentlichen gleichmässig auf die entsprechen den Zylinder verteilt wird. 4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Austrittsvorrichtungen die Form von Auslassöffnungen haben und die Flächen der Aus- lassöffnungen (432, 433, 434, 435), welche den Ansaug öffnungen gegenüberliegen, mit zunehmendem Abstand von dem Brenner zunehmen. 5.
    Vorrichtung nach Patentanspruch, bei welcher der Brenner eine zur Luftansaugleitung gerichtete Brenn stoffzerstäubungsdüse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilvorrichtung eine Saugvorrichtung (444) zwischen der Brennstoffzerstäubungsdüse (305) und der Einlassöffnung (306) aufweist, um einen Luftstrom von der Luftansaugleitung (273) in die Einlassöffnung (306) zu erzeugen. 6.
    Vorrichtung nach Patentanspruch, bei welcher der Brenner für Brennstoff ein Paar in der Luftsaugleitung zwischen zweien der Ansaugöffnungen befestigte Düsen aufweist, die so gerichtet sind, dass sie Brennstoff in entgegengesetzte Richtungen abgeben, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärmeverteilvorrichtung aus einem Paar Rohren (307) besteht, von denen je ein Ende benachbart zu einer der Düsen (305) liegt und jedes Rohr sich von der Düse weg in Richtung einer der beiden Ansaugöffnungen erstreckt. 7.
    Vorrichtung nach Patentanspruch, bei welcher ein in der Luftansaugleitung angeordneter, der Wärmever- teilvorrichtung vorgeschalteter Wärmeaustauscher vorge sehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Wärme- austauscher (276) zugekehrte Oberfläche der Wärmever- teilvorrichtung (307) im wesentlichen geschlossen und derart angeordnet ist, dass nur eine begrenzte Wärmeab strahlung von der Wärmeverteilvorrichtung in Richtung des Wärmeaustauschers erfolgt.
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