-
Einspritz-Brennkraftmaschine Das Hauptpatent 954 204 betrifft Einspritz-Brennkraftmaschinen,
insbesondere mit kleinen Zylinderdurchmessern, mit direkter Einspritzung durch Düsen,
die einen fächerförmigen Flachstrahl erzeugen und deren Zerstäubungsfächern die
Form der Brennräume angepaßt ist. Gemäß dem Erfindungsgedanken des Hauptpatents
sind die Düsen und Brennräume derart angeordnet, daß die Zerstäubungsfächer nebst
ihren zugehörigen angepaßten Brennräumen in einer in Richtung der Zylinderachse
oder - vornehmlich bei Anordnung mehrerer Düsen und Brennräume je Zylinder - in
zur Zylinderachse parallel verlaufenden Ebenen liegen. Hierdurch wird neben anderen
Vorteilen erreicht, daß der flache Zerstäubungsfächer von den im Zylinder beim Verdichtungshub
sich ausbildenden, in Zylinderlängsrichtung verlaufenden Luftströmungen nicht quer,
sondern in Richtung seiner Ebene angeströmt wird und daher nicht an die Begrenzungswand
des Brennraumes abgedrängt werden kann. Zur Berücksichtigung der beim Verdichtungshub
durch Einströmen der Brennluft in den Brennraum außerdem auftretenden, quer zur
Zylinderachsrichtung und somit quer zur Fächerebene gegeneinandergerichteten Luftströmungen
sind der oder die Fächer nebst ihren Brennräumen derart in die Zylinderkreisfläche
eingeordnet, daß sie von beiden Seiten gleichmäßig durch die Querströme angeströmt
werden, so daß die Querströme in der Mittelebene der Einspritzfächer und Brennräume
aufeinanderprallen, sich somit aufheben und den Einspritzfächer nicht zur Brennraumwand
hin abdrängen können.
-
Beim Hauptpatent wird der Brennstoff in Zylinderachsrichtung vom Zylinderkopf
her eingespritzt, und es erstreckt sich der gebildete Zerstäubungsfächer im wesentlichen
nur innerhalb des zugehörigen Brennraumes, in dem daher die Gemischbildung erfolgt.
Es wurde nun erkannt, daß eine verbesserte Gemischbildung und weitere Vorteile erreicht
werden, wenn erfindungsgemäß der oder die Einspritzfächer durch in an sich bekannter
Weise quer zur Zylinderachsrichtung einspritzende Düsen erzeugt werden und mit einem
Teil ihrer in Richtung der Zylinderachse oder parallel zur Zylinderachse verlaufenden
Erstreckung in den Zylinderraum an Stellen einander entgegengerichteter Querströmungen
hineinreichen. Bei Anordnung der Zerstäubungsfächer in der Äquipotentialebene der
beim Verdichtungshub im Zylinderraum sich ausbildenden, einander entgegengerichteten
Querströme treffen diese bereits innerhalb des Zylinderraumes auf den sich darin
erstreckenden Teil des Zerstäubungsfächers und werden somit zur Gemischbildung vermel.@
t ausgenutzt. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die Einspritzdüsen näher an
den Zylinderraum gerückt werden können, wodurch sich die Baulänge, in Zylinderachsrichtung
betrachtet, verringert.
-
Im weiteren Ausbau der Erfindung verläuft die der Einspritzdüse gegenüberliegende
Begrenzungswand des Brennraumes mit ihrer Haupterstreckung mit der Zylinderwand
im wesentlichen parallel, jedoch gegenüber der Zylinderwand zur Einspritzdüse hin
versetzt. Eine solche Versetzung der der Düse gegenüberliegenden Brennraumbegrenzungswand
ist bei Düsen, deren Zerstäubungsfächer quer zur Zylinderachse gelegen ist, an sich
bekannt. Da hierbei indessen durch die Querlage des Zerstäubungsfächers die Möglichkeit
seiner Abdrängung an die mit seiner Haupterstreckung gleichlaufenden Brennraumbegrenzungswand
durch die im Zylinder beim Verdichtungshub sich ausbildende Luftströmung gegeben
ist, wird bei dieser bekannten Fächerquerlage keine besondere Wirkung durch die
Versetzung der der Düse gegenüberliegenden Brennraumbegrenzungswand erreicht. Ist
indessen der Zerstäubungsfächer in einer in Richtung der Zylinderachse oder parallel
zur Zylinderachse verlaufenden Ebene gelegen und durch eine quer zur Zylinderachsrichtung
einspritzende Düse erzeugt, so wird durch die Versetzung der der Düse gegenüberliegenden
Brennraumbegrenzungswand zur Zylinderwand erreicht, daß die beim Verdichtungshub
eintretende Verdrängung der Brennluft in den Brennraum an dessen der Düse gegenüberliegenden
Begrenzungswand eine Strömungsrichtung verursacht, die der Einspritzrichtung entgegengesetzt
ist. Mithin erfährt besonders der im
Brennraum sich erstreckende
Teil des Einspritzfächers am vorderen Ende eine Bremsung, die verhindert, daß Tröpfchen
des Einspritzfächers bis an die gegenüber der Zylinderwand versetzte Brennraumwand
gelangen, dort kondensieren und Anlaß zu einer verschlechterten Verbrennung geben
können. Zudem wird hierdurch die Mischung der Brennluft mit dem Kraftstoff zusätzlich
verbessert.
-
Die Erfindung kann sowohl bei gleichstromgespülten Brennkraftmaschinen
wie auch für umkehrgespülte Zweitakt-Brennkraftmaschinen, und zwar auch bei solchen
Anwendung finden, die nach dem Dieselprinzip arbeiten. Bei Anwendung der Erfindung
auf umkehrgespülte Zweitakt-Brennkraftmaschinen werden erfindungsgemäß der oder
die Einspritzfächer nebst ihren zugehörigen Brennräumen in bzw. parallel zur Symmetrieebene
des Zylinderauslasses und seitlicher Zylindereinlässe angeordnet. Bei einer solchen
Anordnung liegen somit die Einspritzfächer in der Drehebene, in der die Spülluft
umkehrt und nach Beendigung der Spülperiode als Wirbel weiterdreht. Es wird hierdurch
erreicht, daß die Spülluft vom Einspritzfächer geschnitten wird und diesen nicht
an die Brennraumwand abdrängen kann. Dabei ist es ferner vorteilhaft, die Einspritzdüse
dort anzuordnen, wo die Strömungsrichtung der umkehrenden Spülluft auf den "Zylinderkopf
zugerichtet ist. Hierdurch trifft der umkehrende und weiterdrehende Spülluftstrom
auf den Zerstäubungsfächer nahe der Einspritzdüse an Stellen auf, an denen die Tröpfchen
des Zerstäubungsfächers den größten kinetischen Energieinhalt aufweisen und mithin
die größte Richtungsstabilität besitzen. Somit wird die Beständigkeit des Einspritzfächers
gegen die Spülwirbel verbessert; der Einspritzfächer verharrt in seiner Lage und
kann sich mit großer Berührungsfläche auf beiden Seiten teils im Zylinderraum und
teils im Brennraum mit der Brennluft unter Ausnutzung der gegen Ende des Verdichtungshubes
kräftigen Querströme gut mischen, ohne zuvor an die Brennraumwand abgedrängt werden
zu können. Eine Begünstigung dieser Vorgänge ist dabei noch durch den infolge Anpassung
an die Umrißgestalt des Einspritzfächers dachförmig ansteigenden Grund des Brennraumes
gegeben, da hierdurch der Brennraumgrund der erwünschten Strömungsrichtung des Drehstromes
gut angepaßt ist.
-
Um besonders bei gleichstrom- oder umkehrgespülten, nach dem Dieselprinzip
arbeitenden Brennkraftmaschinen die Entstehung der Quer- und Drehströme zwecks guter
Gemischbildung zu intensivieren, steht der Kolben im Kompressionstotpunkt so nahe
wie überhaupt möglich an der Zylinderkopffläche.
-
Der Erfindungsgegenstand, angewandt auf eine umkehrgespülte Zweitakt-Brennkraftmaschine,
ist in den Abbildungen in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen
Abb. 1 einen Mittellängsschnitt durch die Brennkraftmasc'hine, Abb. 2 einen Schnitt
durch die Brennkraftmaschine nach der Linie 11-II der Abb. 1, Abb. 3 einen Querschnitt
durch die Brennkraftmaschine nach der Linie III-III der Abb. 1.
-
Im Zylinder 1 der nach dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschine
gleitet der Kolben 2, der durch das Pleuel 3 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle
kinematisch verbunden ist. Der Beginn der Brennstoffeinspritzung liegt bei etwa
20° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt, und es ist die Einspritzung bei etwa 8
bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt beendet. Im oberen Totpunkt steht die
Kolbenoberseite, so wie in Abb. 2 strichpunktiert angedeutet, so dicht wie möglich,
z. B. in einer Entfernung von 0,5 mm vor der Fläche des Zylinderkopfes, die zur
Zylindermitte hin schwach konisch etwas ansteigt.
-
Für die Kraftstoffeinspritzung dient eine Einspritzdüse 5, die einen
Flachstrahl von fächerförmiger Umrißgestalt erzeugt. Hierfür wird vorzugsweise eine
sogenannte Fächerdüse verwendet, bei der zwei gegeneinandergerichtete Brennstoffstrahlen
sich unter Bildung eines Zerstäubungsfächers von geringer Fächerdicke gegenseitig
zerreißen. Die Einspritzdüse5 bewirkt die Kraftstoffeinspritzung quer zur Zylinderachsrichtung
derart, daß der erzeugte Zerstäubungsfächer hochkant zum Kolbenboden steht (Abb.
1 und 2). Der erzeugte Zerstäubungsfächer erstreckt sich teilweise in dem im Zylinderkopf
4 angeordneten Brennraum 6 und teilweise im Zylinderraum 7. Der Brennraum 6 ist
in seiner Gestalt dem in ihn eingespritzten Teil des Zerstäubungsfächers angepaßt.
-
Beim Ausführungsbeispiel ist je Zylinder nur ein einziger Brennraum
6 und entsprechend nur eine einzige Einspritzdüse 5 angeordnet. Diese befinden sich
in einer Mittellängsebene des Zylinders (Abb. 2), um zu erreichen, daß die beim
Verdichtungshub infolge Verdrängung der Brennluft in den Brennraum 6 sich ausbildenden
Querströme, die in Abb. 2 durch eingezeichnete Strömungslinien kenntlich gemacht
sind, von beiden Seiten mit gleicher Intensität dem Zerstäubungsfächer zuströmen.
Demzufolge prallen diese Querströme im Zerstäubungsfächer, ohne ihn aus seiner Lage
abzudrängen, aufeinander. Sind je Zylinder mehrere Brennräume und Zerstäubungsfächer
angeordnet, so werden diese in Berücksichtigung der sich hierdurch im Zylinder einstellenden
Querströmungen derart in die Zylinderkreisfläche eingeordnet, daß jeder Fächer auf
beiden Seiten tunlichst gleich stark quer angeströmt wird.
-
Die der Einspritzdüse 5 gegenüberliegende Begrenzungswand 10 des Brennraumes
6 ist gegenüber der Zylinderwand, wie Abb. 1 zeigt, zur Einspritzdüse hin versetzt.
Mithin entsteht in Nähe der Begrenzungswand 10 bei der Verdrängung der Brennluft
zum Brennraum 6 während des Verdichtungshubes eine Strömung, dfie der Einspritzrichtung
entgegengesetzt ist. Diese in Abb. 1 durch eingezeichnete Strömungslinien kenntlich
gemachte Strömung übt eine Bremswirkung auf das freie Ende des Einspritzfächers
aus und verhindert, daß Tröpfchen des Einspritzfächers bis an die Begrenzungswand
10 gelangen können.
-
In Berücksichtigung des Umstandes, daß es sich beim Ausführungsbeispiel
um eine umkehrgespülte Zweitakt-Brennkraftmaschine handelt, bei der die Spülluft
am Zylinderkopf umkehrt und nach Beendigung der Spülperiode in der Umkehrrichtung
als Wirbel weiterdreht, ist eine Lage des Einspritzfächers und des Brennraumes gewählt,
durch die der erwähnte Wirbel durch den Einspritzfächer geschnitten wird, ohne eine
seitliche Ablenkung durch den Wirbel zu erfahren. In Abb. 1 zeigen eingezeichnete
Strömungslinien den Wirbel. Die besondere Lage des Strömungsfächers zu dem Wirbel
läßt Abb. 3 erkennen, aus der die hier in Aufsicht erscheinenden Strömungsfäden
des Wirbels und der Zerstäubungsfächer ersichtlich sind. Letzterer ist in der Ebene
gelegen, welche der Zylinderauslaß 8 und die Zylindereinlässe 9 zur Symmetrieebene
haben.
-
Die Erfindung ist nicht auf umkehrgespülte Zweitakt-Brennkraftmaschinen
beschränkt, sondern kann gleichermaßen bei gleichstromgespülten Brennkraftmaschinen
sowie
bei solchen mit Fremdzündung angewendet werden.