DE1020210B

DE1020210B - Einspritzverfahren fuer selbstzuendende Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen

Info

Publication number: DE1020210B
Application number: DEM23905A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Meurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-07-24
Filing date: 1954-07-24
Publication date: 1957-11-28

Description

Einspritzverfahren für selbstzündende Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen Die Erfindung betrifft ein Einspritzverfahren für selbstzündende Brennkraftmaschinen und ist eine Verbesserung des Einspritzverfahrens für Dieselmaschinen nach Patent 865 683; sie soll das Andrehen der Maschine insbesondere bei tiefen Temperaturen erleichtern.
Das im Hauptpatent beschriebene Einspritz- und Gemischbildungsverfahren für schnell laufende Dieselmaschinen besitzt den Vorteil, eine sehr große Wirtschaftlichkeit der Kraftstoffausnutzung mit einem ruhigen Gang der Maschine zu vereinen; dies wird durch die Eigenart der Aufspritzung des Kraftstoffes auf die Wand des Brennraumes erreicht, wobei der Kraftstoff durch die Wärme der Brennraumwand an der letzteren aufdampft und im dampfförmigen Zustand mit der Luft vermischt wird.
Beim Andrehen der kalten Maschine ist die Brennraumwand noch nicht erwärmt. Die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes geht so langsam vor sich, daß anfänglich nur ein kleiner Teil desselben verbrennt. Für die eigentliche Zündung in der verdichteten Luft steht dann nur die kleine Menge Kraftstoff zur Verfügung, die unmittelbar in die Luft gespritzt ist und die in der gleichen Weise wie bei einer Dieselmaschine üblicher Bauart die zur initialen Zündung erforderliche Zerfallsreaktion durchmacht. Man kann an sich das Anlaßverhalten von Dieselmaschinen insbesondere bei tiefen Außentemperaturen dadurch verbessern, daß man die eingespritzte Kraftstoffmenge über die normale Vollastmenge wesentlich vergrößert und dadurch eine intensive Zerstäubung durch die Düsen herbeiführt. Nach dem Erfindungsgedanken des Hauptpatents ist im Brennraum eine kräftige Drehung der Verbrennungsluft in Richtung des Kraftstoffstrahles vorgesehen. Diese Luftbewegung würde die Vorteile der vermehrten Kraftstoffeinspritzung beim Andrehen wieder zunichte machen, da infolge der vorhandenen Gleichsinnigkeit von Luft- und Kraftstoffstrom die durch die vermehrte Anlaßeinspritzmenge gebildeten feinen Zerstäubungsteile wieder auf die Wand geworfen und damit dem Zerfallvorgang in der heißen Verbrennungsluft entzogen würden. Für das Andrehen bei tiefen Temperaturen ist dieser Vorgang, der beim normalen Lauf der Maschine einen Vorteil darstellt, nachteilig.
Aufgabe der Zusatzerfindung ist es, in Verbindung mit dem Einspritzverfahren nach dem Hauptpatent Maßnahmen anzugeben, durch die diese Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des Andrehens der Maschine nur 2 bis 10 °/o der Einspritzmenge auf die Brennraumwand (wandverteilt) und der Rest in die im Brennraum verdichtete Luft (luftverteilt) eingespritzt wird. Lm dies zu erreichen, ist eine verstellbare Einspritzdüse vorgesehen, die aus der Betriebsstellung so verdreht ist, daß ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen sehnen- oder durchmesserartig in den Brennraum gerichtet sind. Die Strahllage des normalerweise tangential auf die Brennraumwand gerichteten Kraftstoffes wird also während des Andrehens derart geändert, daß der Kraftstoffstrahl die Brennraumwand nur mehr geringfügig berührt. Nach erfolgter Zündung wird die Düse wieder in die Betriebsstellung zurückgedreht.
Ein weiteres Merkmal zur Erreichung des gleichen Zieles, nämlich den luftverteilten Anteil des Kraftstoffes zu vergrößern, besteht erfindungsgemäß darin, daß der Drehsinn der Luft entgegengesetzt zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes gewählt wird. Die Anlaßdrehbewegung der Luft kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch geringer als deren Betriebsdrehbewegung gewählt werden, oder sie wird fast ganz unterbunden. Die Drehung der Verbrennungsluft wird üblicherweise durch ein abgeschirmtes Ventil oder gemäß dem Hauptpatent durch die Ausbildung des Ansaugkanals als Spiralkanal herbeigeführt. Bei beiden Anordnungen gibt es Mittel, um die erzeugte Drehgeschwindigkeit der Luft zu verändern oder auch ihren Drehsinn umzukehren. So kann beispielsweise bei einem abgeschirmten Ventil durch Verdrehen des Schirmes um 180° der Drehsinn der Luft völlig umgekehrt werden; bei einer Verdrehung des Schirmes um 90° besitzt die Luft überhaupt keine Drehbewegung mehr, und bei Verdrehung um 45° ist die Drehbewegung wesentlich verkleinert. Wird nun etwa durch Verdrehen des Ventilschirmes um 180° der Drehsinn der Luft umgekehrt, so wird die relative Geschwindigkeit zwischen Kraftstoffstrahl und Luft, die bei gleichsinniger Strömung sehr gering ist, sehr groß. Dies hat zur Folge, daß die feinen, den Strahl umhüllenden zerstäubten Kraftstoffteilchen nicht mehr auf die Wand geworfen, sondern durch die entgegenströmende Luft vom Einspritzstrahl weggerissen und auf einer Kurve nach dem Innern des Brennraumes geführt werden. Diese Kurve wird durch die kinetische Energie der Kraftstoffteilchen und die wirksamen Luftkräfte bestimmt. Die gleiche Wirkung, wenn auch in geringerem Maße, entsteht, wenn durch Verminderung der Drehgeschwindigkeit der Luft, also bei einer Schirmverstellung von z. B.90°, die zentrifugierende Wirkung der Luft auf die feinzerstäubten Kraftstoffteilchen verringert wird. In diesem Fall bleiben die Kraftstofftröpfchen, die infolge ihrer Feinheit für eine schnelle Zündeinleitung bedeutungsvoll sind, lange genug in der Luft schweben, um zu einer sofortigen Zündung zu kommen.
Die vorgenannten Maßnahmen können auch kombiniert angewendet werden, indem beispielsweise sowohl die Einspritzdüse verdreht als auch gleichzeitig die Drehgeschwrindigkeit der Luft verringert wird.
Eine weitere Maßnahme gemäß der Erfindung besteht darin, daß beim Andrehen der Maschine 98 bis 90 1>/o der insgesamt eingespritzten Kraftstoffmenge auf die Brennraumwand (wandverteilt) und gleichzeitig der Rest als ein besonderer Kraftstoffstrahl vom gleichen Kraftstoff in die im Brennraum verdichtete Luft (luftverteilt) eingespritzt wird. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Einspritzdüse außer Bohrungen für den wandverteilten Kraftstoff eine weitere Bohrung für den gesondert eingespritzten luftverteilten Kraftstoff aufweist. Hierdurch wird ebenfalls der luftverteilte Anteil des Kraftstoffes vergrößert. Es ergibt sich der konstruktive Vorteil, daß die Düse in diesem Falle nur noch wenig oder überhaupt nicht mehr verdreht zu werden braucht. Allerdings besteht bei dieser Maßnahme der Nachteil, daß im Betrieb eine zu große Menge Kraftstoff luftverteilt eingespritzt wird, was durch die Wandverteilung des Kraftstoffes gerade vermieden werden sollte. Der Nachteil läßt sich jedoch weitgehend dadurch beseitigen, daß der für die Nebeneinspritzung vorgesehenen besonderen Öffnung der Einspritzdüse der Kraftstoff unabhängig von der Haupteinspritzung und gesteuert zugeführt wird oder daß eine Vorrichtung vorgesehen wird, durch welche dieser besondere Düsenauslaß für sich allein gesteuert werden kann.
Bei einer bekannten Wirbelkammermaschine wird ein Teil des Kraftstoffes in Richtung des Verbrennungsluftstromes tangential zur Brennraumwand eingespritzt, während der andere Teil im Übertrittskanal entgegen der Luftströmung gerichtet ist. Beide Kraftstoffeinspritzungen erfolgen jedoch unter Zerstäubung des Kraftstoffstrahles, sind annähernd gleich stark und behalten für Andrehen und Betrieb stets gleiche Strahlrichtung und Strahlstärke. Es wird damit bezweckt, den der Luft entgegengerichteten Kraftstoffanteil besonders frühzeitig mit der heißen Luft zu vermischen und dadurch vollständig zu verbrennen.
Desgleichen ist es auch bekannt, durch verschieden gerichtete Kraftstoffstrahlen zwei Kraftstoffe verschiedener Zündfähigkeit nacheinander und getrennt in den Brennraum einzuspritzen. Durch diese bekannte Maßnahme soll eine bessere Zündung des Gemisches erreicht werden.
In der Zeichnung ist der Gegenstand zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung in mehreren Beispielen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kolben mit im wesentlichen rotationskörperförmigem Brennraum mit Einzeichnung der Strahllagen des eingespritzten Kraftstoffes im Betrieb und beim Andrehen, Fig.2a bis 2c Draufsichten auf einen Zylinderdeckel mit an sich bekanntem Einlaß-Schirmventil unter schematischer Andeutung der durch Verdrehen des Schirmes erzielbaren Luftströmungsänderungen, Fig.3 einen Brennraum ähnlich wie in Fig. 1 mit schematischer Andeutung des Strahiweges für ein feinzerstäubtes Kraftstoffteilchen unter der Voraussetzung, daß Kraftstoffstrahl und Luftbewegung gleichsinnig gerichtet sind, Fig. 4 denselben Brennraum wie in Fig. 3, jedoch mit schematischer Andeutung des Strahlweges für das gleiche Kraftstoffteilchen unter der Voraussetzung, daß die Luftbewegung dem Kraftstoffstrahl entgegengerichtet ist, Fig. 5 einen Brennraum mit Einzeichnung eines aus einer besonderen Öffnung der Einspritzdüse austretenden Zündstrahles.
In den Figuren haben gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen.
In Fig. 1 ist 1 der Kolbenboden, in dem die den Brennraum 2 bildende Kolbenmulde eingebettet ist. In dem Ausschnitt 3 der Mündung des Brennraumes 2 oder der Brennraumöffnung ist schematisch die Einspritzdüse 4 angedeutet, deren Kraftstoffstrahl 5 normalerweise, d. h. in Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent auf die Brennraumwand 6 gerichtet ist und dort bei 6a tangential auftrifft. Mit 7 ist die Drehrichtung der Luft im Brennraum bezeichnet, die gleichsinnig zum Kraftstoffstrahl s gerichtet ist. Erfindungsgemäß wird durch Drehen der Düse 4 der in seiner Betriebslage gezeigte Kraftstoffstrahl s in die gestrichelt gezeichnete Anlaßlage 8 oder 9 gerichtet, je nachdem in welcher Weise der Kraftstoffstrahl der Luftbewegung zugeordnet sein soll. Bei der Kraftstoffstrahlrichtung 8 ist der luftverteilte Anteil infolge des großen Strahlweges fast 100 °'o, während die Kraftstoffstrahlrichtung 9 der Luftbewegung entgegengesetzt ist, wodurch eine kräftige Zerreißung des Kraftstoffstrahles und eine wirkungsvolle Luftverteilung herbeigeführt wird.
In den Fig. 2a bis 2c sind die verschiedenen möglichen Beeinflussungen der Lufteinströmrichtung durch Veränderung der Einstellung des Schirmes eines an sich bekannten Schirm-Einlaßventils schematisch veranschaulicht. Fig.2a zeigt die Betriebsstellung des Schirmventils. Das im Deckel 10 des Zylinders angeordnete Schirmventil 11 mit Schirm 12 bewirkt in dieser Stellung, daß die durch den Einlaßkanal 13 zuströmende Luft 14 im Zuge des gestrichelten Pfeiles 15 in den Zylinder strömt. Dadurch kommt die erwünschte Drehung in der Pfeilrichtung 16 im Zylinder zustande. Wird der Schirm 12, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist, um 90° nach links verdreht, dann kann die Luft sowohl in der Pfeilrichtung 15 als auch in der entgegengesetzten Pfeilrichtung 17 strömen. Es entsteht fast keine Drehbewegung mehr im Zylinder. Wird schließlich der Schirm 12 um 180° gegenüber seiner ursprünglichen Stellung verdreht, so dreht sich der Drehsinn der Luft im Zylinder völlig um, wie dies in Fig. 2 c durch die Pfeilrichtung 18 angedeutet ist.
In Fig. 3, deren Brennraum im wesentlichen demjenigen von Fig. 1 entspricht, ist mit 6 wieder die Brennraumwand im weiter nicht dargestellten Kolben bezeichnet. Die betriebsmäßige Drehrichtung der Luft ist durch die Pfeile 16 versinnbildlicht. Die Achse eines Kraftstoffstrahles, der aus der Düse 4 tangential auf die Brennraumwand 6 gespritzt wird, ist mit 19 bezeichnet. Ein vom Kraftstoffstrahl abgespritztes Kraftstofftröpfchen 20 möge ohne Beeinflussung durch Luftkräfte die Richtung 21 haben. Treten nun Luftkräfte im Sinne der durch die Pfeile 16 angegebenen Luftdrehung auf, so wird das Kraftstofftröpfchen 20 unter der Wirkung der Fliehkraft auf der punktiert gezeichneten Bahn 20a auf die Brennraumwand 6 zu geschleudert. Wenn, wie in Fig. 4 dargestellt, die Drehrichtung der Luft entsprechend den Pfeilen 18 umgekehrt ist, dann ändert sich die Bahn des Tröpfchens 20 entsprechend der punktierten Linie 22. Der Kraftstofftropfen legt dabei einen größeren Weg in der Luft zurück als in Fig. 3, so daß er während seiner relativ langen Flugzeit chemisch zerfällt und luftverteilt zündet.
In Fig. 5 ist dargestellt, wie ein verbessertes Andrehen auch ohne Drehung der Einspritzdüse mittels eines zusätzlichen Zündstrahles bewirkt werden kann. Mit 6 ist wiederum die Brennraumwand und -mit 16 die Drehrichtung der Luft bezeichnet. Aus der Öffnung 4a der Düse 4 wird der Haupt-Kraftstoffstrahl 5 wie im Betrieb vollständig auf die Brennraumwand 6 gespritzt. Die Düse 4 ist noch mit einer besonderen Austrittsöffnung 4b versehen, aus der gleichzeitig ein Zündkraftstoffstrahl 23 für das Anlassen luftverteilt gegen die Mitte des Brennraumes hin austritt, wodurch beim Andrehen die Zündung des wandverteilten Kraftstoffes eingeleitet wird. Die Düsenöffnung 4b wird für sich allein mit Kraftstoff versorgt und durch selbständiges Öffnen und Schließen gesteuert. Der Zündkraftstoffstrahl23 ist, abgesehen davon, daß er die Brennraumwand nicht berührt, noch entgegen der Drehrichtung 16 der Luft gerichtet, so daß eine starke Luftverteilung ohne Wandberührung stattfindet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einspritzverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, insbesondere eine Dieselmaschine mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Brennraum und schräg außerhalb der Brennraummitte im Zylinderdeckel angeordneter Einspritzdüse, bei der der Kraftstoff als dünner Film auf die Wand des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wand allmählich abgelöst, mit Luft vermischt und verbrannt wird, nach Patent 865 683, dadurch gekennzeichnet, daß während des Andrehens der Maschine nur 2 bis 10 °/o der Einspritzmenge auf die Brennraumwand (wandverteilt) und der Rest in die im Brennraum verdichtete Luft (luftverteilt) eingespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsinn der Luft entgegengesetzt zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes gewählt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßdrehbewegung der Luft geringer als deren Betriebsdrehbewegung gewählt oder fast ganz unterbunden wird.
4. Einspritzverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmascbine, insbesondere eine Dieselmaschine mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Brennraum und schräg außerhalb der Brennraummitte im Zylinderdeckel angeordneter Einspritzdüse, bei der der Kraftstoff als dünner Film auf die Wand des Brennraumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung erteilt wird, daß hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wand allmählich abgelöst, mit Luft vermischt und verbrannt wird, nach Patent 865 683, dadurch gekennzeichnet, daß beim Andrehen der Maschine 98 bis 90 °/, der insgesamt eingespritzten Kraftstoffmenge auf die Brennraumwand (wandverteilt) und gleichzeitig der Rest als ein besonderer Kraftstoffstrahl vom gleichen Kraftstoff in die im Brennraum verdichtete Luft (luftverteilt) eingespritzt wird.
5. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine verstellbare Einspritzdüse (4), die aus der Betriebsstellung so verdreht ist, daß Kraftstoffstrahlen (8, 9) sehnen- oder durchmesserartig in den Brennraum (2) gerichtet sind.
6. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (4) außer Bohrungen (4a) für den wandverteilten Kraftstoff eine weitere Bohrung (4b) für den gesondert eingespritzten luftverteilten Kraftstoff aufweist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (4b) unabhängig von den Bohrungen (4a) für sich allein steuerbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 379 453; österreichische Patentschrift Nr. 157 619.