DE1242040B

DE1242040B - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolben-maschine

Info

Publication number: DE1242040B
Application number: DED42503A
Authority: DE
Inventors: Odilo Schwaiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1963-09-18
Filing date: 1963-09-18
Publication date: 1967-06-08

Description

Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine mit einer vom Zylinderraum abgesetzten, im Zylinderkopf angeordneten und durch mindestens einen tangential in sie einmündenden überströmkanal mit dem Zylinderraum verbundenen Wirbelkammer, in der ein drehsymmetrischer Glühkörper vorgesehen ist, dessen Achse mit der Drehachse des Luftwirbels zusammenfällt.
Bei Vorkammerdieselmotoren ist es allgemein bekannt, zur Starterleichterung bei kalter Maschine eine in die Vorkammer ragende elektrische Glühkerze vorzusehen, die vom eingespritzten Kraftstoffstrahl berührt wird, der dadurch aufgeheizt und aufbereitet wird. Ferner ist es allgemein bekannt, in der Vorkammer von der Brennraumwand isolierte oder abgesetzte besondere Glühkörper anzuordnen, die während des Betriebes der Maschine ein Verdampfen und Zünden des auf sie gerichteten Kraftstoffstrahles garantieren.
Gemäß der französischen Patentschrift 864 561 ist es bei einem Wirbelkammermotor bekannt, koaxial zur Drehachse des Luftwirbels innerhalb der Wirbelkammer einen Glühstab als Glühkörper vorzusehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse ist dabei so gerichtet, daß der Kraftstoffstrahl diametral den Brennraum durchdringt und den stabförmigen Glühkörper quer zu seiner Längsachse voll trifft. Die Nachteile dieser bekannten Ausführung und Anordnung liegen darin, daß über den bolzenförmigen Glühstab, der im Verhältnis zu seiner Materialanhäufung nur eine kleine in den Brennraum gerichtete wärmeabstrahlende Oberfläche aufweist, eine verhältnismäßig große Wärmemenge an die Brennraumwand abgegeben wird, die aber für die Kraftstoffaufbereitung verlorengeht. Außerdem wird durch die diametrale Kraftstoffeinspritzung eine große Kraftstoffmenge unmittelbar und auf direktem Wege an den Glühkörper herangebracht, so daß angenommen werden kann, daß zumindest ein Teil des Kraftstoffes am Glühstab detonativ zur Erstverbrennung gelangt. Auch die weitere Verbrennung wird infolge der quergerichteten Störung des Luftwirbels durch den diametralen Kraftstoffstrahl unregelmäßig mit einzelnen Druckschwankungen ablaufen. Außerdem tritt durch die unmittelbare Anspritzung des Glühstabes mit Kraftstoff das Leidenfrostsche Phänomen am Glühstab mit allen ungünstigen Folgen auf.
Weiterhin ist gemäß der französischen Patentschrift 683 749 eine luftverdichtende Wirbelkammerbrennkraftmaschine bekannt, in deren Brennraum ein im Querschnitt abgeflachter Glühstab hineinragt, der exzentrisch zum Brennkammerwirbel nahe an der Brennkammerinnenwand liegt. Der Glühstab ist dabei an einem zylindrischen Halter befestigt, der in die Wand der Wirbelkammer fest eingesetzt ist. Der Kraftstoffstrahl wird in Strömungsrichtung des Luftwirbels eingespritzt, und zwar unmittelbar hinter dem Glühstab, so daß der Kraftstoff vom Luftwirbel fast über den ganzen Innenumfang der Brennkammer getragen werden muß, um endlich auf den Glühstab auftreffen zu können. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß der schwerere Kraftstoff auf seinem Weg zum Glühstab zu einem großen Teil noch in Tropfenform auszentrifugiert wird und an die verhältnismäßig kalte Brennrauminnenwand gelangt. Dies zieht einen langen Zündverzug nach sich. Außerdem ist der Glühstab durch seine Lage nahe an der Brennrauminnenwand in ungünstiger Weise besonders der frischen, verhältnismäßig kühlen Verbrennungsluft ausgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine Glühkörperausbildung und -anordnung zu schaffen, die eine bessere innere Gemischaufbereitung und einen günstigeren Verbrennungsablauf gewährleistet sowie eine einfachere und billigere Bearbeitung des Wirbelkammerinnenraumes mit sich bringt.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Glühkörper als Glühscheibe auszubilden, an deren Außenumfang der in an sich bekannter Weise in Richtung der Luftströmung eingespritzte Kraftstoffstrahl tangiert. Ein zur Halterung der Glühscheibe vorgesehenes, an sich bekanntes Verschlußstück ist im Wirbelkammergehäuse erfindungsgemäß koaxial zum Innenraum der Wirbelkammer angeordnet und weist einen in der Achse des Luftwirbels sich erstreckenden besonderen Halter in Form eines schlanken Bolzens auf, auf dem die Glühscheibe in der mittleren Ebene des Luftwirbels liegend angeordnet ist.
Durch die Erfindung sind folgende Vorteile gegeben: Die Glühscheibe bietet sich durch ihre Gestaltung geradezu an für eine Einspritzung des Kraftstoffstrahles tangential in den Brennraum in Strömungsrichtung des Luftwirbels, wobei der Kraftstoffstrahl lediglich an der heißen Glühscheibe tangiert, d. h., ein Teil des Kraftstoffstrahles streicht ausschließlich an einem Sehnenstück der flachen Glühscheibe entlang, erwärmt sich dabei, verdampft und zündet schließlich. Gleichzeitig erwärmt sich die in der Nähe der Glühscheibe drehende frische Verbrennungsluft. Es kommt also nicht wie bei einer regelrechten Selbstzündung der gesamte zündwillige Kraftstoff detonativ zur Verbrennung, sondern die Flamme pflanzt sich in der zündwilligsten Zone des Kraftstoffstrahles fort und steigert sich allmählich zu einem Feuerkreisel, was eine mäßige Drucksteigerung und geräuscharme Verbrennung zur Folge hat. Durch die erfindungsgemäße scheibenförmige Gestaltung des Glühkörpers und dessen Anordnung in der Mittelebene des Potentialwirbels wird dessen Intensität und Richtung kaum gestört. Die Glühscheibe zieht aus ihrem zentralen Teil und aus ihrem zentral liegenden Halter, die beide dauernd durch den stets im Mittelfeld des Brennraumes vorhandenen heißen Restgasanteil aufgeheizt werden, Wärme nach ihrem Umfang hin ab, so daß weniger Wärme zur Brennraumwand, also nach außen hin verlorengeht, vielmehr wird die im vorerwähnten Restgasanteil steckende Wärmemenge weitgehend dem Kraftstoffaufbereitungsprozeß zugeführt. Außerdem wird die Glühscheibe selbst durch den geringen Wärmeabfluß über den schlanken Haltebolzen nach außen und durch ihre zentrale Lage innerhalb der Wirbelkammer sowie durch den heißen zentralen Restgasanteil, während die frische kühle Verbrennungsluft durch den Potentialwirbel auszentrifugiert wird, auf einer gewünschten hohen Temperatur gehalten, die insbesondere bei Vielstoffbetrieb erforderlich ist, um auch Kraftstoff mit hoher Verdampfungswärme und Zündtemperatur entflammen zu können, so daß die sonst bei Vielstoffbetrieb übliche, ständig elektrisch geheizte Glühkerze während des warmen Betriebes der Brennkraftmaschine stillgesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäß zentrisch zum Wirbelkammerinnenraum liegende Anordnung des Verschlußstückes bringt eine fertigungstechnisch einfache Herstellung des Wirbelkammerinnenraumes mit sich, da dieser und die Bohrung für das Verschlußstück in der Wirbelkammerwand in einem Arbeitsgang mit Hilfe zweier auf einer Bohrstange aufgesetzter Stähle ausgedreht werden können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf den Kolbenboden und einen Teil des Zylinderkopfes im Schnitt und F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
Im Zylinderkopf 11 ist das einteilig ausgebildete Gehäuse 12 einer rotationskörperförmigen Wirbelkammer 12' eingesetzt, die vorzugsweise scheibenförmig gestaltet ist. Mit 16 ist der überströmkanal bezeichnet, der einerseits in die Wirbelkammer 12' und andererseits in einen im Kolben liegenden Brennraum 17 tangential einmündet.
Im Gehäuse 12 der Wirbelkammer 12' ist seitlich zum Verschließen einer Bearbeitungsöffnung (Werkzeugeinführungsöffnung zum Bearbeiten der Wirbelkammer 12'), und zwar koaxial zur quergerichteten Mittelachse 22 der Wirbelkammer 12' gelegen, ein Verschlußstück 23 eingesetzt, an dem ein bolzenförmig ausgebildeter Halter 24 zur Anordnung eines drehsymmetrischen Zünd- bzw. Glühkörpers, nämlich einer Glühscheibe 25, vorgesehen ist. Die Länge des schlanken Halters 24 ist so bemessen, daß er bei eingesetzter Lage des Verschlußstückes 23 bis zur gegenüberliegenden Innenwand des Gehäuses 12 reicht, so daß für das Verschlußstück 23 kein im Gehäuse 12 eingearbeiteter axialer Anschlag notwendig ist; vielmehr braucht bei zylindrischer Ausführung des Verschlußstückes 23 im Gehäuse 12 lediglich eine einfache Paßbohrung vorgesehen zu werden. Die Glühscheibe 25 weist eine solche Größe auf, daß der durch eine Düse 20 eingespritzte, kegelförmig zerstäubte Kraftstoff an ihr tangiert.
Mit 26 ist eine lediglich als Kaltstarthilfe dienende, elektrisch geheizte Glühkerze bezeichnet. Das einstückig ausgebildete Wirbelkammergehäuse 12 ist »naß« im Zylinderkopf 11 eingesetzt, wobei es an einem flüssiges Kühlmittel führenden Kanal 27 unmittelbar angrenzt. Die mit 22 bezeichnete Mittelachse der Vorkammer 12' bildet gleichzeitig die brehachse des Luft- und Brenngaswirbels.

Claims

Patentansprüche: 1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine mit einer vom Zylinderraum abgesetzten, im Zylinderkopf angeordneten und durch mindestens einen tangential in sie einmündenden überströmkanal mit dem Zylinderraum verbundenen Wirbelkammer, in der ein drehsymmetrischer Glühkörper vorgesehen ist, dessen Achse mit der Drehachse des Luftwirbels zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper als Glühscheibe (25) ausgebildet ist, an deren Außenumfang der in an sich bekannter Weise in Richtung der Luftströmung eingespritzte Kraftstoffstrahl tangiert. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei seitlich im Gehäuse der Wirbelkammer ein Verschlußstück eingesetzt ist, das gleichzeitig zur Halterung des Glühkörpers dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (23) im Gehäuse (12) der Wirbelkammer (12') zentrisch zu deren Innenraum angeordnet ist und einen in der Achse des Luftwirbels sich erstreckenden besonderen Halter (24) aufweist, auf dem die Glühscheibe (25) in der mittleren Ebene des Luftwirbels liegend angeordnet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (24) für die Glühscheibe (25) eine solche Länge aufweist, daß er in eingesetzter Lage des Verschlußstückes (23) bis zur gegenüberliegenden Innenwand der Wirbelkammer (12') reicht, die hierbei als Anschlag dient. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühscheibe (25) diskusartig mit einer nabenseitigen Verdickung als Wärmespeicher ausgebildet ist. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (24) für die Glühscheibe (25) als ein verhältnismäßig schlanker Bolzen ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 683 749, 864 561; britische Patentschrift Nr. 429 685.