DE1451638A1

DE1451638A1 - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1451638A1
Application number: DE19651451638
Authority: DE
Inventors: Schmidt Dr-Ing Ekhart; Eisele Dr-Ing Erwin
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1965-03-20
Filing date: 1965-03-20
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB1097448A

Description

Luftverdiolitende Binspritzbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Dralleinströmung der Verbrennungsluft in einen hauptsächlich im Kolben angeordneten, im wesentlichen rotationssymmetrischen Brennraum, dessen Seitenwand eine nach außen verlaufende ringförmige Erweiterung aufweist, in deren Bereich der Kraftstoff durch eine im Zylinderkopf angeordnete Düse etwa in Strömungsrichtung der Luft flach auf die Seitenwand aufgespritzt wird.

Aufgrund früherer Erkenntnisse kann eine vollkommenere Verbrennung und ein weicherer Gang bei solchen Einspritzbrennkraftmaschinen dadurch erzielt werden, daß der Kraftstoff beim normalen Ko borbetrieb nicht unmittelbar in die heißen Brennraumzonen sondern vielmehr zunächst gegen verhältnismäßig kühle Wandungsteile des Brennraumes gespritzt wird, so daß er vor seiner Verbrennung von der Y/andung zunächst wieder abgelöst und verdampft sein muß. Es hat sich jedoch als noch nachteilig ergeben, daß trotz der Y/andanspritzung immer noch beträchtliche Kraftstoffanteile in die Bodenpartie und von dort in den sich sofort mit Verbrennungsgasen füllenden, heißen Mittelkern des Brennraumes gelangen können, was vor allem auf die in rotationssymmetrischen Brennräumen anzutreffende Sekundärströmung der Verbrennungsluft bei Vorhandensein eines luftdralles um die Zylinderachse zurückzuführen ist, v/elche Kraftstoffanteile entlang der Seitenwand des Brennrauties nach unten und nach der Lutte dos Brennraumbodens hin sowie schließlich wieder axial in die Lutte des Brennraumes mitreißt, wo sich die

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heißen verbrannten G-ase sammeln und deiner eine lioiie Semperatur und Handel an unverbrannter Verbrennungsluft herrscht. Man hat zwar bereits versucht, den Kraftstoff ausschließlich auf die ringförmige Erweiterung eines eingangs genannten Kolbenbrennrauiaes su spritzen. Abgesehen davon, daß die bekannte Erweiterung nur eine so schmale Ringfläche umfaßt, daß eine Beschränkung der Aufspritzung auf diese Ringflache praktisch unmöglich ist, bildet der innere Rand dieser Srwei fcerung auch eine im Querschnitt so spitzwinklige Einschnürungsstelle des Brennraumes, daß einerseits störende Drosselverluste der einströmenden Verbrennungsluft und anderseits überhitzte Randstellen der nur schlecht zu kühlenden Einschnürungsstelle in Kauf genommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten llängel zu vermeiden und die G-enischbildung des eingespritzten Kraftstoffes ganz auf den Seitenwandboreich des KoIbοnbX¹Cnnrauiuos zu beschränken«,

Die gestellte Aufgabe ist orfindungsgemäß iia v/es entliehe η durch Anordnung einer Zapfendüse mit einer zur Zylinderachse au nin&Gstens 60° geneigten Richtung des Kraftstoff Strahls und dadurch■ gelöst, daß der in bezug auf die Brennräunaclise äußere ieil einer an sich bekannten, etwa tangential und zugleich achrtlg nach unten in den B r e nnra uu e i nir.ü nd e nd e n ka na 1 f ü iuig e η Si nsp ri t zn us nehnu ng des Kolbens alt οinen gegenüber den oberen Brennraunradius größeren Achsabstand in eine - in. Strahlrichtung gesehen - in die obere Seitenwand des Brennraumes einlaufende Spirale übergellt, die gegenüber dem übrigen oberen Teil des Brennrgunes eine Stufe uit nach dem inneren 2'nde der Spirale hin abnehnender Breite bildet, ferner dadurch, daß die ringförmige Erweiterung in unteren Boreich der Seitenwandung angeordnet ist und eine genau quer, zur Brennraumachsο verlaufende Ringschulter bildet,

LIit der Anordnung einer solchen in die T/aiid des Brenn-909813/0738

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raumes einlaufenden Spirale und eines Sockels kann der wesentlichste Teil des Kraftstoffes an der Seitenwandung des 3rennraumes zurückgehalten werden, wo die rotierende unverbrauchte Verbrennungsluft dauernd vorbeiotreicht und eine gute Gemischbildung "bis zur Ausnutzung der gesamten Luftmenge gewährleistet.

ITach einer "bevorzugten Ausführungsfom der Erfindung ist die gegenüber Lochdüsen in vorteilhafter 7/eise bei höheren Drehzahlen kürzere Einspritzseiteη 'zulassende Zapfendüse als Drosselzapfendüse ausgebildet. Durch die mit einer solchen Drosselzapfendüse mögliche Voreinspritzung einer !deinen Kraftstoffmenge können die bei Direkteinspribzung gegenüber Vor- und 7/ixijelkammermotoren an sich höheren Druckanstiege gesenkt wei"den, wodurch sich ein noch ruhigerer Lauf der Brennkraftmaschine, ergibt.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: ^s

Pig. 1 einen mit den erfindungsgemäßen Brennraum

versehenen Kolben einer Brennliraftmaschine in einer Draufsicht;

Pig. 2 eine einen Ko?.ben gemäß Fig. 1 aufweisende

Brennkraftmaschine in einen außer dem Kolben ieile des zugeordneten Zylinderkopfes zeigenden 2eilochnitt nach der Linie 11-II der co

rig· 5 den Kolben gomüß Pig. 1 in einem Teilschnitt ^.

nach der Linie IH-IIl der Pig. 1. ^Z

".'on einer luf ^verdichtenden Sinspri L-r^i^emilii^af triaschine ^. ist in' Ιοί¹ Zeichnung ein Arbeitszylinder 1, ein darin **·

vsree".'-iob y rcr Koloon 2 und ein Sylindei'kopi' 3 sichtbar, Ι.- Ξ;·"Μη.-υ_-".:ο].)ΐ 3 ^ind in üblicher "Jeioe arbeitende .^ron'..iJ.ü -I- M)j ο ordne ',, durch welche die Verbrennungsluft -Li'- ~'-l: ..■·■ citrr^ylin'.ler 1 r.ngos^ug'; und die Vcrbrcnnungsab-

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im Viertaktverfahren - zu einer üblichen, nicht dargestellten Abgasleitung geleitet werden. Eine eingehendere Schilderung des Arbeitsverfahrens der Brennkraftmaschine erübrigt sich, weil es bekannt " ist und keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

Die während des Ansaughubes in den Arbeitszylinder 1 angesaugte Verbrennungsluft wird durch bekannte Mittel, z. B. einen gekrümmten Einlaßkanal, durch Schirmventile oder durch andere Mittel, derart in den Arbeitszylinder eingeführt, daß sie in diesem rotiert und in gleicher· Weise in einen im Kolben 2 angeordneten, im wesentlichen rotationssymmetrischen Brennraum 5 nach Fig. 1 im Uhrzeige rsinn^otierend einströmt. Auch diese rotierende Einströmung der Verbrennungsluft in einen Kolbenbrennraum ist bekannt*

In den Brennraum 5 mündet an einer Umfangsstelle mit Bezug auf seine Mittellängsachse in einer kurzen Sehne zürn rotationssymmetrischen Brennraum und zugleich schräg nach unten in den Brennraum hinein gerichtet eine Einspritzausnehmung 6 ein, die bei der in Fig. 2 dargestellten oberen Totpunkt stellung des Kolbens 2 an einen konisch sich erweiternden Einspritzkanal 7 des Zylinderkopfes 3 anschließt, der in annähernd gleicher Richtung, d. h. gemäß dem Ausführungsbeispiel in einem Neigungswinkel 8 von mindstens 60° gegenüber der Zylinderachse 9 verläuft. Der Einspritzkanal 7 geht von einer Zapfen- öder Drosselzapfendüse 10 aus, die in üblicher Weise von einer Einspritzpumpe her mit Dieselkraftstoff versorgt wird.

Der in bezug auf die Brennraumachse, die gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Zylinderachse 9 zusammenfällt, äußere Teil der Einspritzausnehmung 6 des Kolbens 2 geht mit einem gegenüber dem Brennraumradius 11 größeren Achsabstand 12 in eine - in Strahlrichtung gesehen - in die Wand des Brennraumes 5 einlau-

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fende Spirale 13 über, die gegenüber dem übrigen Brennraum eine Stufe 14 mit nach dem inneren Ende der Spirale hin abnehmender Breite bildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel verläuft die Spirale 13 etwa über den halben Brennraumumfang»

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Stufe 14 aus einer eintrittsseitig an die Einspritzausnehmung 6 anschließenden Richtung bogenförmig nach einer zum Kolbenboden 15 parallelen Ebene hin abgelenkt, so daß sie in einen oberhalb des Brennraumbodens 16 liegenden horizontalen Sockel 17 ausläuft, .

Aus Fig. 2 geht weiterhin hervor, daß im Zylinderkopf 3 noch eine zum Anlassen dienende Glühkerze 18 angeordnet ist, die sich mit ihrem einen Glühkörper 19 bildenden freien Ende über der Einspritzausnehmung 6 des Kolbens 2 noch innerhalb des Einspritzkanals 7 und innerhalb des Zylinderkopfes 3 befindet. Durch diese Anordnung ist der Glühkörper 19 gegen ein Kaltblasen durch die Ansaugluft geschützt und bildet im Betrieb eine dauernde Heißstelle.

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine wird bei Verwendung einer Drosselzapfendüse zunächst eine kleine, zur Voreinspritzung dienende Kraftstoffmenge von der Drosselzapfendüse 10 auf den heißbleibenden Glühkörper 19 der Glühkerze 18 und in Richtung einer kurzen Sehne zum Brennraum in die rotierend in den Brennraum 5 einströmende Verbrennungsluft und dabei zugleich gegen die "Wandung der Spirale 13 und gegen deren Stufe 14 eingespritzt. Auf diese Voreinspritzung folgt in nur kurzem zeitlichen Abstand in gleicher Weise die Haupteinspritzung, wobei der Kraftstoff ebenfalls vor allem wegen der zur Lufteinströmung gleichsinnigen Richtung größtenteils auf die Wandung der Spirale und der Stufe 14 auftrifft und von diesen Wandungsteilen durch die Luftströmung wieder abgelöst und verdampft wird.

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Die Stufe 14 und der Sockel 17 hindern die Verbrennungsluft daran, Kraftstoff durch die Sekundärströmung nach dem Brennraumbpden 16 hin mitzureißen. Der ganze Kraftstoff gelangt somit im Bereich der Spirale 13 und der über dem Sockel 17 liegenden Seitenwand zur Gemischbildung mit den 4wrch infolge der Separierung entsprechend dem spezifischen Gewicht laufend nachfolgenden äußeren Schichten der rotierenden frischen Verbrennungsluft, was eine vorzügliche Luftausnutzung und eine für Dieselmotoren geordnet ablaufende und vollkommene Gemischaufbereitung und Verbrennung ohne die Gefahr erhöhter Rußbildung gewährleistet. Durch die Stufe 14 und durch den Sockel 17 wird inbesondere verhindert, daß noch unvermischter Kraftstoff mit der zur Brennraummitte strebenden Sekundärströmung der Verbrennungsluft mitgerissen wird und dadurch vorzeitig in den besonders heißen und keine Frischluft , sondern nur Verbrennungsgase aufweisenden Mittelkern des Brennraumes gelangt.

Die beschriebene Anordnung der Glühkerze 18 gewährleistet auch bei kaltem Motor ein sicheres Anlassen und schließt trotzdem die Gefahr einer Beschädigung der Glühkerze bei abgenommenem Zylinderkopf 3 aus. Überdies nimmt die beispielsweise als Stabglühkerze ausgebildete Glühkerze 18 auch ohne elektrische Beheizung im Motorbetrieb hohe Temperaturen an und vermindert daher durch ihre nahe dem Kraftstoff-Strahlmantel befindliche Lage zusätzlich den Zündverzug und trägt auch dadurch zu einer gesteigerten Laufruhe der Brennkraftmaschine bei, selbst dann, wenn eine Zapfendüse ohne Drosselzapfen verwendet wird.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispieles gebunden. So könnte der Neigungswinkel der Zapfendüse, die, wie erwähnt, auch keine Drosselzapfendüse zu sein braucht, auch größer als 60 , z.B. 65 , betragen, um dadurch eine möglichst kleine Eindringtiefe des Kraftstoffes in die Tiefe des Brennraumes 5 zu erhalten. Einer weiteren Vergrösse-

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serung des genannten Neigungswinkels sind jedoch infolge der Anordnung der Zapfendüse im Zylinderkopf konstruktive Grenzen gesetzt. Gegebenenfalls könnte auf die Anordnung einer Glühkerze verzichtet werden, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Da im 6647/4

•Stuttgart-Untertürkheim . '■'"'-

Pa t e nta nsp riic he

Lufirv-erdiclatende. Einspritzbrennlcrafimascliine mit Dralleinströmung der 'Verbrennungsluft in einen hauptsächlich im Kolben angeordneten, im weseni^ ' liehen rotatiönssymmetrischen Brennraum, .-dessen Seitenwand eine nach außen, verlauf ende ringförmige !Erweiterung aufweist, in deren Bereich der Kraft-* stoff durch eine im Zylinderkopf angeordnete Düse etwa in Strömungsriehtung der Luft flach auf die Seitenwand aufgespritzt wird, gekennzeichnet durch Anordnung einer Zapfendüse mit einer zur Zylinderachse (9) um mindestens 60° geneigten Richtung des ' Kraftstoffstrahls und dadurch, daß der in bezug auf die Brennraumachse äußere Teil einer an·.sich bekannten, etwa tangential und zugleich schräg nach unten in. den Brennraum (5) einmündenden kanalförmigen Einspritzausnehmung (6) des Kolbens (2) mit einem gegenüber dem oberen Brennraumradius (11) größeren Achsabstand (12) in eine - in Strahlrichtung gesehen - in die obere Seitenwand des Brennraumes (5) einlaufende Spirale (13) übergeht, die gegenüber dem übrigen oberen Teil des Brennraumes eine Stufe. (14) mit nach dem inneren Ende der Spirale (13) hin abnehmender Breite bildet, ferner dadurch, daß die ringförmige Erweiterung im unteren Bereich der Seitenwandung angeordnet ist und eine genau quer zur Srennraumachse verlaufende Ringschulter (17) biide-b/.- " ■ ·

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2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (13) sich etwa über den halben Umfang des Brennraumes (5) erstreckt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (14) aus einer eintrittsseitig an die Einspritzausnehmung (6) anschließenden Richtung bogenförmig nach einer zum Kolbenboden (15) parallelen Ebene hin abgelenkt ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfendüse als Drosselzapfendüse (10) ausgebildet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche^ dadurch gekennzeichnet, daß eine im Zylinderkopf (3) angeordnete Glühkerze (18) mit ihrem Glühkörper (19) über der Einspritzausnehmung (6) des Kolbens (2) noch innerhalb des Einspritzkanals (7) und innerhalb des Zylinderkopfes (3) angeordnet ist^

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