DE1029613B

DE1029613B - Selbstzuendende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1029613B
Application number: DEM31140A
Authority: DE
Inventors: Josef Heurich
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1956-07-18
Filing date: 1956-07-18
Publication date: 1958-05-08

Description

Selbstzündende Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem vorwiegend rotationskörperförmigen Verbrennungsraum im Kolben oder im Zylinderdeckel, dessen im Bereich der Düse liegende Wand zur Führung des unter einem flachen Winkel eingespritzten Brennstoffstrahls dient.
Bei aufgeladenen Dieselmotoren mit direkter Einspritzung treten oft außer den mechanischen Schwingungen durch die bewegten Teile erhebliche Geräusche auf, die durch den Zündvorgang im Brennraum verursacht werden. Da durch Schallanalysen festgestellt werden konnte, daß diese Zündgeräusche einen erheblichen Anteil im Schallspektrum ausmachen, soll erfindungsgemäß der Ablauf der Verbrennung so gesteuert werden, daß explosionsartige Zündgeräusche möglichst weitgehend vermieden werden. Bei Brennkraftmaschinen mit kleinen Zylinderdurchmessern hat man dies bereits durch Ausbildung des Kolbens mit einem etwa kugelförmigen Brennraum und tangentiales Aufspritzen des Brennstoffes auf die Brennraumwand unter gleichzeitiger Anwendung einer starken Luftwirbelung erreicht. Bei Brennkraftmaschinen mit größeren Zylinderdurchmessern reichen Kugelbrennräume hierfür jedoch nicht aus, da der Brennstoff unter Umständen nicht völlig von der Wand abgelöst wird und so die der Wand zugekehrten Flächen der Brennstoffteilchen nicht mit der Luft in Berührung kommen, wodurch deren Mischung mit der Luft beeinträchtigt wird.
Es sind auch Einspritzbrennkraftmaschinen bekannt, deren Brennraum die Form einer flachen Mulde aufweist. Die zentral oder einseitig angeordneten Düsen spritzen den Brennstoff dabei aber nicht auf die Wand auf, sondern lediglich in den Luftraum. Die dadurch fehlende Aufbereitung des Brennstoffs an der heißen Wand ermöglicht aber keine weiche Verbrennung, so daß auch die angestrebte Geräuschlosigkeit mit derartigen Anordnungen nicht zu verwirklichen ist.
Brennkraftmaschinen mit ringförmigen :Mulden, bei denen der Brennstoff auf eine möglichst große Oberfläche verteilt aufgespritzt wird, haben bei größer werdendem Zylinderdurchmesser denselben Nachteil wie die bereits erwähnten Kugelbrennräume.
Die bestehenden Mängel werden bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem rotationskörperförmigen Verbrennungsraum im Kolben bzw. im Zylinderdeckel, dessen im Bereich der Düse liegende Wand zur Führung des unter einem flachen Winkel eingespritzten Brennstoffstrahls dient, erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Brennraumwand im weiteren Verlauf ihrer Erstreckung mit Ablösekanten versehen ist, durch welche der Brennstoff von der Wand abgeleitet und in die rotierende Verbrennungsluft geführt wird. Dies kann beispielsweise durch einen Brennraum bewirkt werden, der im mittleren Bereich in Form eines flachen Kegels bzw. eben ausgebildet ist und gegen den Kolbenrand in eine ringförmige Mulde mit etwa kreisförmigem Querschnitt ausläuft. Die aus der zentrisch sitzenden Düse austretenden Brennstoffstrahlen treffen dadurch sofort rückprallfrei auf die heiße kegelige bzw. ebene Wand und bilden einen dünnen flüssigen Film. Dieser wird dort aufbereitet und gelangt durch eigene Strömungsenergie in radialer oder durch eine Luftdrehung abgelenkter Richtung von der Wand bis in die Mitte des Ringmuldenquerschnittes. Die dort herrschende rotierende, z. B. durch Drallkänäle oder Einlaßventile mit Wirbelschirm erzeugte Luftbewegung verursacht eine gute Mischung des voroxydierten Brennstoffs, so daß eine rauchfreie geräuscharme Verbrennung erfolgt. Der Brennraum kann aber auch zylindrisch ausgebildet und mit achsparallelen oder spiralförmigen, scharfen Kanten versehen sein, an welchen der in Umfangsrichtung sich bewegende Brennstoff abgelöst und in die kreisende Luft eingemischt wird. Die erfindungsgemäße Maßnahme der Aufbereitung des Brennstoffs in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, nämlich Wandverteilung und selbsttätige Luftverteilung, hat den Vorteil, daß die Luftbewegung wesentlich gegenüber einer rein wandverteilten Brennstoffaufbereitung verringert werden kann, wo zur Ablösung des Brennstoffilms immer eine oft nur sehr schwer zu erzeugende starke Luftdrehung erforderlich ist. Das selbsttätige Ablösen des aufbereiteten Films wird dabei durch eine entsprechend gerichtete, genügend vorstehende Ablösekante innerhalb des Brennraums wesentlich beeinflußt. Das Voroxydieren des aufgespritzten Brennstoffs kann noch dadurch verbessert werden, daß die gesamte Oberfläche der Brennraummulde oder bestimmte Teile derselben mit einem wärmespeichernden, entsprechend geformten Mantel aus' Stahlblech od. dgl. ohne bzw. mit Wandabstand zusätzlich ausgekleidet werden. Trotzdem bei der erstgenannten erfindungsgemäßen Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisches die Richtung der Brennstoffstrahlen nicht mit der Drehrichtung der Luft gleichsinnig auszuführen ist, wie es erfahrungsgemäß angestrebt wird, ist es, wie Versuche gezeigt haben, trotzdem möglich, den Brennstoff einwandfrei aufzubereiten, wenn die Wandberührung in einem Abstand erfolgt, bei welchem der Strahl sich erst aufzulösen beginnt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kolben mit ringmuldenförmigem Brennraum, Fig. 2 und 3 einen Kolben mit zylindrischem Brennraum.
Es ist mit 1 der Kolben einer Brennkraftrnaschine, mit 2 der Zylinderdeckel und mit 3 das Einspritzventil in Form einer Mehrlochdüse bezeichnet. In dem Kolben ist erfindungsgemäß beispielsweise eine Ringmulde 4 vorgesehen, welche auf ihrem inneren Teil 4 a kegelstumpfförmig ausgebildet ist und gegen die Kolbenwand hin in eine Ringmulde mit etwa kreisförmigem Querschnitt 4 b ausläuft. Der übergang vom kegeligen in den äußeren Teil ist mit einer scharfen vorstehenden Kante 5 versehen, welche das Ausweiten des Brennstoffilms in den erweiterten Ringraum begünstigt. In der Nähe des Kolbenhemdes ist der ringförmige Teil der Mulde gegen die Achse des Kolbens hin etwas eingezogen, wie bei 6 angedeutet ist. Durch eine flachkegelige Ausbildung der Kolbenmulde in der Mitte kann die gut gekühlte Düse in etwas größerem Abstand zum Kolbenboden angeordnet werden, ohne daß die möglichst klein zu haltende Strahllänge vergrößert wird.
Nach Fig.2 ist im Kolben eine zylindrische Mulde 7 vorgesehen, in welche der Brennstoff durch dieDüse3 unter einem flachen Winkel auf die Brennraumwand eingespritzt wird. Die Verbrennungsluft wird dabei ebenfalls in bekannter, nicht näher beschriebener Weise so in die zylindrische Mulde 7 eingeführt, daß ein um die Drehachse des Kolbens rotierender Luftwirbel gebildet wird. Auf der Mantelfläche der zylindrischen "!Mulde sind erfindungsgemäß eine oder mehrere achsparallele oder spiralförmig gekrümmte Ablösekanten vorgesehen, durch welche der auf dem ersten Teil seines Weges durch die Brennraumwand geführte Brennstoffilm von derselben abgelöst und in den im Inneren rotierenden Luftwirbel eingemischt wird (vgl. Fig.3).
Das Starten der Brennkraftmaschine kann gegebenenfalls durch ein besonderes Kaltstartgerät erfolgen, wobei z. B. zerstäubter Brennstoff auf die Ladeluft verteilt wird, um die Wandverdampfung allmählich in Gang zu bringen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungbeispiele beschränkt; es sind- vielmehr auch andere Brennraumformen denkbar, mit welchen die erfindungsgemäß beabsichtigte Wirkung zu erzielen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem vorwiegend rotationskörperförmigen Verbrennungsraum im Kolben oder im Zylinderdeckel, dessen im Bereich der Düse liegende Wand zur Führung des unter einem flachen Winkel eingespritzten Brennstoffstrahls dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand (4) im weiteren Verlauf ihrer Erstreckung mit Ablösekanten (5, 8) versehen ist, durch welche der Brennstoff von der Wand (4 a) abgeleitet und in die rotierende Verbrennungsluft geführt wird.
2. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum die Form einer flachen Ringmulde (4) aufweist, deren Innenteil (4a) flachkegelig und deren äußere Begrenzung (4b) mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
3. Selbstzündende Brennkraftmascbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelmantelfläche (4a) und die Ringmulde (4b) derart zueinander angeordnet sind, daß die verlängerten Mantellinien des Kegels annähernd durch die Mittelpunkte der kreisförmigen Querschnitte verlaufen.
4. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum als vornehmlich zylindrische Mulde (7) ausgebildet und mit einer oder mehreren achsparallelen oder spiralförmigen Ablösekanten (8) versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 865 683, 478 930, 455626.