CH651892A5 - Einspritz- und gemischbildungsverfahren sowie einrichtung zur durchfuehrung desselben. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritz- und Gemischbildungsverfahren sowie die Einrichtung zur Durchführung desselben für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, welche im Kolbenboden einen rotationssymmetrischen Brennraum aufweisen, in dem die eingebrachte Verbrennungsluft in Rotation um die Brennraumlängsachse versetzt und der Kraftstoff durch eine im Bereich des Brennraumrandes im Zylinderkopf angeordnete Kraftstoff-Einspritzdüse schräg zur Brennraumlängsachse und im wesentlichen in Richtung der rotierenden Verbrennungsluft eingespritzt wird.

Bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen wurden im Laufe der Jahre eine Reihe von Einspritz- und Gemischbildungsverfahren sowie die entsprechenden Einrichtungen entwickelt, die jedoch alle mehr oder weniger Vor- und Nachteile hatten. Viele dieser Verfahren sind auf Grund zu grosser Nachteile schon nach kurzer Zeit wieder aufgegeben worden, so dass für die heutige Fachwelt nur noch einige klassische Einspritzverfahren als richtungsweisend angesehen werden.

Bei einer dieser Anordnungen wird beispielsweise der Kraftstoff durch eine zentral oder nahezu zentral zur Brennraumöffnung angeordnete Einspritzdüse in Form von mehreren bzw. wenigstens drei Strahlen radial nach aussen in die im Brennraum befindliche Verbrennungsluft eingespritzt. Dieser Verbrennungsluft wird beim Eintritt keine oder nahezu keine gerichtete Drallströmung verliehen, lediglich durch die Quetschwirkung, hauptsächlich bei eingeschnürten oder sogar omegaförmigen Brennräumen entsteht eine Wirbelbildung. Die Mehrstrahl-Einspritzung in diese Quetschwirbel führt zu einer mehr oder weniger guten Gemischaufbereitung und damit Verbrennung bei ungeordneten Strömungsverhältnissen. Als weiterer Nachteil muss gewertet werden, dass nach der Initialzündung eine schlagartige, harte und laute Verbrennung einsetzt, da viele Kraftstofftröpfchen auf Grund der kurzen Verweilzeit an der verdichteten Luft noch nicht genügend aufgeheizt bzw. verdampft sind. Im allgemeinen werden bei derartigen Brennkraftmaschinen bei Vollast Druckanstiege dP/d<p von 6 bis 8 bar pro "KW

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gemessen, worin p für den Druck im Zylinder und <p für den Grad Kurbelwinkel steht. Im Teillastbereich ist das Verhältnis dP/d<p sogar noch grösser oder wenigstens gleich 8 bar/°KW, was zu dem bekannten Dieselnageln führt.

Die Maschinen weisen nur eine mittlere Belastbarkeit an der Rauchgrenze auf, der Kraftstoffverbrauch ist massig gut, da relativ hohe Strömungsverluste auftreten und die Kraftstoffaufbereitung nicht optimal ist. Bei kleinen Lasten und/ oder Drehzahlen sowie beim Starten trifft auf Grund der kurzen Strahllängen der Kraftstoff meist nahezu senkrecht auf die Brennraum wand auf, wodurch sich unangenehm riechende und die Augen reizende, sichtbare Gase bilden. Es tritt eine hohe Emission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen auf (CH-PS 175 433).

Bei einem weiteren bekannten Einspritzverfahren wird der Verbrennungsluft beim Einströmen in den Brennraum eine vergleichsweise mässige Drehbewegung um die Brennraumlängsachse erteilt. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt ebenfalls durch mehrere Strahlen, die quer zur Luftbewegung aus einer mittig zum Brennraum angeordneten Einspritzdüse radial nach aussen verlaufen. Der Brennraum ist meist flach ausgebildet und weist am Brennraumrand kaum eine Einschnürung auf.

Nach der Initialzündung erfolgt bei einem solchen Motor ebenfalls eine schlagartige, harte und laute Verbrennung, da auch hier zum Zündzeitpunkt bereits eine zu grosse Menge zündfähigen Gemisches im Brennraum vorhanden ist. Im allgemeinen rechnet man wie bei dem erstbeschriebenen Verfahren mit folgenden Druckanstiegen:

= 6 bis 8 bar/°KW im Vollastbereich und dtp

4^- ± 8 bar/°KW bei Teillast,

d(p so dass das Dieselnageln wiederum nicht beseitigt wird. Die Belastbarkeit an der Rauchgrenze ist allerdings verhältnismässig gut, da eine intensivere, gerichtete Durchmischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft möglich wird. Als ebenfalls gut kann die Kraftstoffausnutzung und der Kraftstoffverbrauch bezeichnet werden, da zur Erzeugung des Luftdralls und durch die geringen Quetschströmungsverluste am Brennraumrand insgesamt nur geringe Strömungsverluste auftreten. Auch die Wärmeübergangsverluste an der Brennraumwand sind durch den vergleichsweise geringen Luftdrall als niedrig zu bezeichnen. Während des Betriebes im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich sowie beim Starten treten allerdings die gleichen Nachteile wie beim vorher beschriebenen Verfahren auf.

Bekannt ist ausserdem durch die DE-PS 964 647 oder durch die DE-PS 969 826 eine Brennkraftmaschine, die im Kolbenboden einen rotationskörperförmigen Brennraum mit einem eingeschnürten Hals aufweist, in den durch eine seitlich am Brennraumrand angeordnete Einspritzdüse der Kraftstoff schräg eingespritzt wird. Eine gerichtete Luftströmung ist wiederum nicht vorgesehen, zur Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft werden die Quetschströmungen und die Zerstäubung durch die Einspritzdüse herangezogen, daher treten auch die gleichen Nachteile wie vorbeschrieben auf.

Schliesslich gehört zu den generell zu unterscheidenden Einspritz- und Gemischbildungsverfahren das Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung (DE-PS 865 683). Bei ihm findet vorwiegend ein kugelförmiger Brennraum mit einem eingeschnürten Brennraumrand Anwendung und der Kraftstoff wird durch eine aussermittig zum Brennraum angeordnete Einspritzdüse mit einem oder mehreren Strahlen auf die

Brennraumwand aufgetragen, wo er sich durch die kinetische Energie und durch den im Brennraum herrschenden Luftdrall als dünner Film ausbreitet. Insbesondere durch die heisse Brennraumwand wird er verdampft und dann intensiv mit der Verbrennungsluft vermischt.

Nach Initialzündung durch fortwährendes Abdampfen weiteren Kraftstoffes erfolgt eine weiche und leise Verbrennung, was allein schon daraus hervorgeht, dass sich ein Wert für dP/d(p = 3 bis 4 bar/°KW bei Volllast ergibt. Bei Teillastbetrieb liegt dieser Wert noch niedriger, so dass ein Nageln nicht mehr auftreten kann.

Durch die intensive Gemischbildung ist eine gute Belastbarkeit an der Rauchgrenze und eine gute Kraftstoffausnutzung möglich, jedoch müssen durch den hohen Luftdrall (50% höher als bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen) und durch die Quetschwirbel am Brennraumrand höhere Strömungsverluste in Kauf genommen werden. Auf Grund des hohen Luftdralls treten ausserdem noch hohe Wärmeverluste an die Brennraumwand, insbesondere im Bereich des eingeschnürten Randes auf, wodurch dieser und auch der Zylinderkopf thermisch stark beansprucht werden.

Im unteren Last- und/oder Drahzahlbereich sowie beim Starten, wo die Brennraumwand noch kalt bzw. relativ kalt ist, kann der auf die Wand aufgebrachte Kraftstoff nur unzureichend abgedampft werden, was eine unvollständige Verbrennung unter Bildung von unangenehm riechenden Abgasen und Emission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen mit sich bringt. Auch durch die Wahl eines längeren, freien Kraftstoffstrahles, wie es durch die DE-PS 20 38 048 vorgeschlagen wurde, konnten diese Nachteile nicht vollständig beseitigt werden.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren und die dazu erforderlichen Anordnung anzugeben, durch das bzw. durch welche die den einzelnen bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile weitgehend vermieden und die jeweiligen Vorteile in sich zusam-mengefasst werden. Der neue Motor soll also sowohl im kalten als auch im warmen Zustand einen weichen, ruhigen Lauf, eine geringe Abgastrübung, eine gute Belastbarkeit an der Rauchgrenze und eine gute Kraftstoffausnutzung aufweisen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe verfahrensmässig dadurch gelöst, dass durch die Ausbildung des Spritzloches bzw. der Spritzlöcher an der Kraftstoff-Einspritzdüse und durch Erzeugen eines nahezu konstanten Druckes am Spritzloch bzw. an den Spritzlöchern die einzelnen Kraft-stofftröpfchen des austretenden einzigen Strahles bzw. eines Hauptkraftstoffstrahles und mindestens eines Nebenstrahles in allen Drehzahl- und/oder Lastbereichen des Motors zerstäubt werden, dass der Einzigstrahl bzw. der aus dem Hauptkraftstoffstrahl und aus mindestens einem Nebenstrahl gebildete Gesamt-Kraftstoffstrahl nach Eintreten in den Brennraum derart aufgerissen wird, dass er sich von der Brennraumwand bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius an die Brennraumform anpasst, und dass die Einspritzung des Kraftstoffes in Richtung des Bereiches der grössten Umfangs-Geschwindigkeit und/oder Dichte der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft erfolgt.

Es wird also bereits beim Austritt des Kraftstoffes aus der Kraftstoff-Einspritzdüse durch entsprechende Ausbildung des Spritzloches bzw. der Spritzlöcher sofort Wert darauf gelegt, dass der oder die Kraftstoffstrahlen aus möglichst fein zerstäubten Tröpfchen bestehen, was zu einem grossen Teil in allen Drehzahl- und/oder Lastbereichen des Motors nur dadurch möglich wird, dass der Druck am Spritzloch bzw. an den Spritzlöchern immer möglichst konstant und relativ hoch gehalten wird. Mittel hierfür sind bekannt. Die feinen Tröpfchen werden so in Strahlform unter weitgehender s

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Vermeidung einer Wandanlagerung leichter vom Luftdrall mitgenommen, auf eine ausreichende Verdampfunstemperatur gebracht und schliesslich mit der Verbrennungsluft vermischt.

Das Aufreissen des Kraftstoffstrahles oder der Kraftstoffstrahlen sowie das Anpassen derselben an die Brennraumgeometrie bewirkt schliesslich die intensive Vermischung und gleichmässige Aufteilung auf die Verbrennungsluft, so dass nur die Mitte des Brennraumes zum Ausweichen von verbrannten Gasen vor dem Austritt aus dem Brennraum praktisch frei von Kraftstoff bleibt. Damit erreicht man bereits eine weitgehend geordnete Verbrennung, bei der das Gemisch von den Abgasen getrennt ist. Die Einspritzung des Kraftstoffes unter Anpassung an die Geschwindigkeit und/ oder Dichteverteilung der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft schliesslich hat zur Folge, dass die Aufteilung des Kraftstoffes auf die Verbrennungsluft nahezu ideal erfolgt.

Durch das Verfahren der Kraftstoffaufbereitung mit zumindest teilweise Verdampfung in der Verbrennungsluft vor der Vermischung mit dieser werden in allen Betriebsbereichen des Motors gute Betriebsdaten erreicht und es ist auch nicht mit Startschwierigkeiten zu rechnen. Der Wert dP/dcp = 3,5 bis 4 bar/° KW, bei Vollast, was eine weiche einsetzende und ablaufende Verbrennung bedeutet. Da sich dieser Wert auch im Teillastbereich nicht erhöht, tritt ein Dieselnageln nicht auf. Schliesslich muss auch noch der gute Kraftstoffverbrauch durch den gesteuerten Verbrennungsablauf und wenig Strömungs- bzw. Wärmeverluste erwähnt werden.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff in einen flachen, napfartigen Brennraum derart eingebracht wird,

dass die Zentralachse des aufgerissenen Einzigstrahles, bzw. Hauptkraftstoffstrahles, in die Ebene des Kolbenbodens projiziert, eine Tangente zu einem Kreis bildet, desen Durchmesser das 0,6- bis 0,7-fache des obersten Brennraumdurchmessers beträgt, wobei die Zentralachse des Einzigstrahles in einem Winkel von 40° bis 50° und die Zentralachse des Hauptkraftstoffstrahles bei Verwendung einer Zweiloch-Ein-spritzdüse, in einem Winkel von 35° bis 50° eine Parallele zur Brennraumlängsachse schneidet. Durch die Wahl eines flachen, napfartigen Brennraumes ohne nennenswerte Einschnürung ist die Durchführung des Verfahrens am günstigsten, die Quetschwirbel und daher die Strömungsverluste sind gering und der Brennraum wird thermisch nicht überbeansprucht, d.h. nicht überhitzt.

Die freie Länge der Zentralachse des vom Luftdrall mitgenommenen Hauptkraftstoffstrahles wird zweckmässigerweise grösser oder gleich dem 0,8-fachen obersten Brennraumdurchmesser gewählt, wodurch die Verbrennung sehr kontinuierlich verläuft und der Gesamt-Strahlkegelwinkel des Kraftstoffstrahles soll zwischen 35° und 45° liegen.

Schliesslich wird als Ausführungsform des erfmdungsgemässen Verfahrens noch vorgeschlagen, dass bei voll geöffnetem Einlassventil und einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10 m/sec die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf den Messdurchmesser (0,7-facher Zylinderdurchmesser) - 130 bis 155 Hz und bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 140 bis 165 Hz beträgt.

Als Einrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemässen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis des obersten Brennraumdurchmessers zum Kolbendurchmesser zwischen 0,44 und 0,5 liegt, dass das Verhältnis der Brennraumtiefe zum obersten Brennraumdurchmesser 0,55 bis 0,63 beträgt, und dass der Brennraumdurchmesser von oben in Richtung zum im wesentlichen ebenen Brennraumboden hin bis auf einen maximalen Durchmesser ansteigt, wobei die Brennraumwand unter einem Winkel von 4° bis 7°

zur Brennraumlängsachse geneigt sich stetig erweiternd verläuft. Der Übergang von der Brennraumwand zum Brennraumboden wird dabei zweckmässigerweise durch eine Rundung gebildet, deren Radius zum obersten Brennraumdurchmesser in einem Verhältnis von 0,2 bis 0,25 steht.

Derartige Brennräume, so hat sich herausgestellt, eignen sich für die räumliche Ausbreitung des Kraftstoffes in der beschriebenen Art sehr gut, obwohl auch andere Brennraumformen verwendet werden können. Die Anzahl der Spritzlöcher in der Kraftstoff-Einspritzdüse hängt natürlich stark von der Brennraumform und -Grösse ab, es soll sich daher nicht auf eine bestimmte Anzahl festgelegt werden. Kommt beispielsweise eine Einloch-Einspritzdüse zur Anwendung, mit der der nötige Spritzdruck und die nötige Strahlaufreis-sung bzw. -Zerstäubung möglich ist, so wird empfohlen, dass das Verhältnis des Spritzlochdurchmessers zur Spritzlochlänge zwischen 0,55 und 0,75 liegt. Ist es auf Grund der Brennraumform oder aus anderen Gesichtspunkten heraus angebracht, eine Zwei- oder Mehrlochdüse zu verwenden, so erscheint es zweckmässig, die Spritzlochquerschnitte derart auszubilden, dass ein Hauptkraftstoffstrahl und ein oder mehrere Nebenstrahlen entstehen, die in einem Verhältnis zwischen 4:1 und 2:1 stehen, wobei etwa 5° bis 10° des Gesamt-Strahlkegelwinkels von 35° bis 45° durch den oder die Nebenstrahlen gebildet werden.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm über den im Brennraum einer Brennkraftmaschine herrschenden Geschwindigkeitsverlauf der rotierenden Verbrennungsluft, bezogen auf den Radius des Brennraumes,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen halben Brennraum, wie er in vorliegendem Falle Anwendung finden kann, in dem die Dichteverteilung des in die Verbrennungsluft eingespritzten Kraftstoffes angedeutet ist, wenn ein Hauptkraftstoffstrahl eine bestimmte freie Länge aufweist,

Fig. 2a einen Längsschnitt wie in Fig. 3, bei dem der Brennraum einen grösseren Durchmesser aufweist und der Kraftstoff durch zwei Strahlen eingespritzt wird,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Kolbens mit einem Brennraum nach der Erfindung und einer Kraftstoffeinspritzung durch nur ein Spritzloch,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Kolben nach Fig. 3 mit einer Kraftstoff-Einspritzung durch zwei Spritzlöcher, Fig. 6 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. 5, Fig. 7 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Kolbens mit einem Brennraum, wie er nach der Erfindung als Ideal vorgeschlagen wird.

In Fig. 1 stellt die Abszisse 1 den Brennraumradius tb dar, der vom Mittelpunkt x (Brennraumlängsachse) bis zur Brennraumwand 2 reicht. Auf der Ordinate 3 ist die Umfangsgeschwindigkeit v der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft aufgetragen. An der wohl übertrieben dargestellten Kurve 4 ist zu erkennen, dass diese Umfangsgeschwindigkeit umittelbar an der Brennraumwand 2 durch die Reibung und, was wohl nicht näher zu erläutern ist, im Mittelpunkt x des Brennraumes gleich Null ist. Die grösste Umfangsgeschwindigkeit vmax tritt in einem Abstand r« vom Mittelpunkt x des Brennraumes auf, der etwa dem 0,6- bis 0,7-fachen Brennraumradius tb entspricht. Die grösste Dichte der rotierenden Verbrennungsluft tritt in jedem Falle zwischen Vmax und der Brennraum wand 2 auf, deshalb wird bei Vmax und im folgenden Bereich die eingespritzte Kraftstoffmenge ihren Maximalwert erreichen, was sich jedoch beinahe s

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zwangsweise ergibt, weil der bei Vmax eingespritzte Kraftstoff in jedem Falle durch die Zentrifugalkraft leicht in Richtung zur Brennraumwand 2 hin gedrängt wird. Massgebend bei dieser Art von Kraftstoff-Einspritzung ist jedoch, dass die Kraftstofftröpfchen von Anfang an so fein zerstäubt werden, dass sie nicht an die Brennraumwand 2 gedrückt werden. Um dies zu erreichen, wird bei einer Einlochdüse das Verhältnis des Spritzlochdurchmessers zur Spritzlochlänge zwischen 0,55 und 0,75 gewählt und darauf geachtet, dass der Druck am Spritzloch in allen Betriebsbereichen des Motors nahezu konstant und ausreichend hoch ist.

In dem halben Brennraum gemäss Fig. 2 ist angedeutet, wie sich der eingespritzte Kraftstoff 5 durch die feine Zerstäubung und das Aufreissen eines einzigen Kraftstoffstrahles schliesslich während der Gemischbildung verteilt. Um den Mittelpunkt bzw. die Brennraumlängsachse x des Brennraumes 6 herum bildet sich eine Zone 6a, die praktisch nur Verbrennungsluft bzw. nach der Verbrennung Abgase enthält. Diese Zone 6a wird von einem Kreis mit dem Radius rn begrenzt, der etwa ein Drittel des Brennraumradius tb beträgt. In den Rest 6b des Brennraumes 6 verteilen sich die Kraftstofftröpfchen 5 und passen sich der Brennraumgeometrie voll an. Eine Ausnahme bildet der Bereich, der in einem Abstand rw von der Brennraumlängsachse x des Brennraumes 6 liegt. Dort herrscht die grösste Umfangsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und anschliessend, zur Brennraumwand 2 hin auch die grösste Dichte. In diesem Bereich wird natürlich mehr Kraftstoff eingespritzt. Es wird daher die gezeigte Kraftstoffverteilung entstehen.

Wird der Kraftstoff in einen flachen Brennraum oder in einen Brennraum 6 mit einem relativ grossen Brennraumradius tb eingespritzt, so werden zweckmässigerweise ein Hauptkraftstoffstrahl und ein oder mehrere Nebenstrahlen vorgesehen, wie Fig. 2a zeigt. Ansonsten herrscht die gleiche Gemischbildung wie bei Fig. 2.

In den Fig. 3 und 4 ist angedeutet, wie die Kraftstoff-Ein-spritzung in den im Kolben 7 vorgesehenen Brennraum 6 mit nur einem Kraftstoffstrahl erfolgt. Der Luftdrall ist durch einen Pfeil 8 gekennzeichnet. Die Richtung des Kraftstoffstrahles bzw. dessen Zentrum ist mit 9 bezeichnet, das Zerstäuben des Kraftstoffstrahles 9 gemäss Fig. 2 soll lediglich durch die strichliert dargestellten Linien 9a angedeutet sein. Massgebend ist, dass man erkennt, dass das Zentrum des Kraftstoffstrahles 9 vom Spritzloch 10 aus nahezu bis zum Brennraumboden 11 dringt, bis es sich vollständig auflöst und dass es einen Kreis 12 tangiert, der das 0,6- bis 0,7-fache des obersten Brennraumdurchmessers Db beträgt. Zeichnet man das Zentrum des Kraftstoffstrahles 9 in einer Projektion aus der Richtung z in Fig. 4, so ergibt sich die in Fig. 3 dargestellte Linie 9b, die einen Winkel 8 von 40° bis 50° zur Brennraumlängsachse x geneigt verläuft. Die Länge dieser Projektion 9b beträgt mindestens das 0,8-fache des obersten Brennraumdurchmessers Db. Schliesslich ist noch der Gesamt-

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Strahlkegelwinkel a des Kraftstoffstrahles 9 angedeutet, der zwischen 35 und 45° liegt.

In den Fig. 5 und 6 ist der gleiche Brennraum 6 wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, lediglich die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch eine Einspritzdüse, die zwei Spritzlöcher 10, 10a aufweist, von denen das Spritzloch 10 den Hautpkraft-stoffstrahl 13 und das Spritzloch 10a einen Nebenstrahl 14 erzeugt. Die Querschnitte der Spritzlöcher 10:10a stehen in einem Verhältnis von 4:1 bis 2:1, der Gesamt-Aufreisswinkel a bleibt weiterhin zwischen 35° und 45°, wobei ca. 5 bis 10° davon durch den Nebenstrahl 14 gebildet werden. Zeichnet man hier das Zentrum des Hauptkraftstoffstrahles 13 und des Nebenstrahles 14 in einer Projektion aus der Richtung z in Fig. 6, so ergeben sich die in Fig. 5 dargestellten Linien 13b und 14b, wobei das Zentrum des Hauptkraftstoffstrahles 13b in einem Winkel Si von 40° bis 50° und das des Nebenstrahles 14b in einem Winkel 82 zwischen 35° und 45° zur Brennraumlängsachse x geneigt verläuft. Das Zentrum des Nebenstrahls 14, welches den Kreis 12 (0,6 bis 0,7. Db) nicht tangiert, ist natürlich wesentlich weniger durchschlagkräftig und braucht es auch nicht zu sein, weil in seinem Einspritzbereich bereits eine geringere Umfangsgeschwindigkeit und auch Dichte der Verbrennungsluft herrscht. Fig. 7, die noch einmal einen Brennraum zeigt, soll vor allem zur übersichtlichen Kennzeichnung dienen, welche Abmessungen ein Brennraum nach der Erfindung aufzuweisen hat. Dies scheint erforderlich,

weil das Verfahren für einen solchen Brennraum besonders geeignet ist. Der Brennraum 6 befindet sich wieder im Boden des Kolbens 7 und ist im wesentlichen napfförmig ausgebildet. Das Verhältnis des Brennraumdurchmessers Db zum Kolbendurchmesser Dk liegt zwischen 0,44 und 0,5, wobei mit Db der Brennraumdurchmesser am Brennraumrand 15 gemeint ist. Die gesamte Brennraumtiefe T steht zum Brennraumdurchmesser Db ebenfalls in einem bestimmten Verhältnis, und zwar soll dieses zwischen 0,55 und 0,63 liegen. Der Brennraumboden 11 ist überwiegend waagrecht ausgebildet. Die Brennraumwand 2 ist derart zur Brennraumlängsachse x geneigt, dass sie sich vom Brennraumdurchmesser Db aus in Richtung zum Brennraumboden 11 hin mit einem Winkel <p von 4 bis 7° stetig erweitert, so dass der grösste Brennraumdurchmesser D eigentlich in der Nähe des Brennraumbodens 11 liegt. Schliesslich wäre noch zu erwähnen, dass der Übergang von der Brennraumwand 2 zum Brennraumboden 11 durch eine Rundung gebildet wird, deren Radius R zum Brennraumdurchmesser Db in einem Verhältnis von 0,2 bis 0,25 steht.

Zusammenfassend sollen die einzelnen Abmessungsverhältnisse noch kurz in Formeln aufgezeigt werden:

Db/Dk = 0,44 bis 0,5 T/Db = 0,55 bis 0,63 <p = 4° bis 7°

R/Db = 0,2 bis 0,25.

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651892 PATENTANSPRÜCHE

1. Einspritz- und Gemischbildungsverfahren für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, welche im Kolbenboden einen rotationssymmetrischen Brennraum aufweisen, in dem die eingebrachte Verbrennungsluft in Rotation um die Brennraumlängsachse versetzt und der Kraftstoff durch eine im Bereich des Brennraumrandes im Zylinderkopf angeordnete Kraftstoff-Einspritzdüse schräg zur Brennraumlängsachse und im wesentlichen in Richtung der rotierenden Verbrennungsluft eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausbildung des Spritzloches (10) bzw. der Spritzlöcher (10,10a) an der Kraftstoff-Einspritzdüse und durch Erzeugen eines nahezu konstanten Druckes am Spritzloch (10) bzw. an den Spritzlöchern (10,10a) die einzelnen Kraftstofftröpfchen des austretenden einzigen Strahles (9) bzw. eines Hauptkraftstoffstrahles (13) und mindestens eines Nebenstrahles (14) in allen Drehzahl- und/oder Lastbereichen des Motors zerstäubt werden, dass der Einzigstrahl (9) bzw. der aus dem Hauptkraftstoffstrahl (13) und aus mindestens einem Nebenstrahl (14) gebildete Gesamt-Kraft-stoffstrahl nach Eintreten in den Brennraum (6) derart aufgerissen wird, dass er sich von der Brennraumwand (2) bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius (Rb) an die Brennraumform anpasst, und dass die Einspritzung des Kraftstoffes in Richtung des Bereiches der grössten Umfangs-Geschwindigkeit (vmax) und/oder Dichte der im Brennraum (6) rotierenden Verbrennungsluft (8) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Längsschnitt durch den Brennraum (6) gesehen - die gesamte Verbrennungsluft in den äusseren zwei Dritteln des Brennraumes vom Brennraumboden (11) bis zum Brennraumrand (15) mit Kraftstoff angereichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in einen flachen, napfartigen Brennraum (6) derart eingebracht wird, dass die Zentralachse des aufgerissenen Einzigstrahles (9), bzw. Hauptkraftstoffstrahles (13), in die Ebene des Kolbenbodens projiziert, eine Tangente zu einem Kreis (12) bildet, dessen Durchmesser (2.rw) das 0,6-bis 0,7-fache des obersten Brennraumdurchmessers (Db) beträgt, wobei die Zentralachse des Einzigstrahles (9) in einem Winkel (S) von 40° bis 50° und die Zentralachse des Hauptkraftstoffstrahles (13) bei Verwendung einer Zweiloch-Einspritzdüse, in einem Winkel (8) von 35° bis 50° eine Parallele zur Brennraumlängsachse (x) schneidet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Zentralachse des vom Luftdrall (8) mitgenommenen Hauptkraftstoffstrahles (13) zwischen Spritzloch (10) und Brennraumboden (11) grösser oder gleich dem 0,8-fachen oberen Brennraumdurchmesser (Db) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamt-Strahlkegelwinkel (a) des Kraftstoffes zwischen 35° und 45° liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei voll geöffnetem Einlassventil und einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10 m/sec die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf einen Messdurchmesser, der gleich dem 0,7-fachen Zylinderdurchmesser ist- 130 bis 155 Hz beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei voll geöffnetem Einlassventil und einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10 m/sec die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf einen Messdurchmesser, der gleich dem 0,7-fachen Zylinderdurchmesser ist - bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 140 bis 165 Hz beträgt.

8. Einrichtung zum Durchführen des Einspritz- und Gemischbildungsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des obersten Brennraumdurchmessers (Db) zum Kolbendurchmesser (Dk) zwischen 0,44 und 0,5 liegt, dass das Verhältnis der Brennraumtiefe (T) zum obersten Brennraumdurchmesser (Db) 0,55 bis 0,63 beträgt, und dass der Brennraumdurchmesser von oben in Richtung zum im wesentlichen ebenen Brennraumboden (11) hin bis auf einen maximalen Durchmesser (D) ansteigt, wobei die Brennraumwand (2) unter einem Winkel (ti) von 4° bis 7° zur Brennraumlängsachse (x) geneigt sich stetig erweiternd verläuft.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Brennraumwand (2) zum Brennraumboden (11) durch eine Rundung gebildet ist, deren Radius (R) zum obersten Brennraumdurchmesser (Db) in einerti Verhältnis von 0,2 bis 0,25 steht.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse aus einer Einlochdüse besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Spritzlochdurchmessers zur Spritzlochlänge zwischen 0,55 und 0,75 liegt.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse aus einer Zwei- oder Mehrlochdüse besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlochquerschnitte zur Bildung eines Hauptkraftstoffstrahles (13) und eines oder mehrerer Nebenstrahlen (14) in einem Verhältnis zwischen 4:1 und 2:1 vorgesehen sind, und dass 5° bis 10° des Gesamt-Strahlkegelwinkels (a) von 35° bis 45° durch die Nebenstrahlen (14) gebildet werden.