DE1526290A1

DE1526290A1 - Brennkraftmaschine mit Hauptbrennraum und Zuendvorkammer

Info

Publication number: DE1526290A1
Application number: DE19661526290
Authority: DE
Inventors: Van Rinsum Dipl-Ing Cornelis
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1966-11-02
Publication date: 1970-04-02

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft 1526290 ^Daim 7212/4 Stuttgart-Untertürkheim 11.Okt.1966

Pat entanmeldung

"Brennkraftmaschine mit Hauptbrennraum und Zündvorkammer¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Hauptbrennraum und einerdurch einen verengten Überströmkanal mit dem Hauptbrennraum verbundenen Zündvorkammer·

Direkteinspritzmotoren haben bei relativ gutem Wirkungsgrad den Nachteil hoher Druckanstiege im Brennraum und damit eine hohe Belastung der Triebwerksteile. Außerdem sind zündträge Kraftstoffe, also Benzin bzw. Dieselkraftstoff mit niedriger Cetanzahl, schlecht zu verbrennen. Andererseits haben die üblichen Vor- bzw. Wirbelkammern, in die der gesamte Kraftstoff eingespritzt wird und die eine gute Verbrennung zeigen, infolge der Überströmverluste und der großen Brennraumwand-Oberfläche Wärmeverluste, die einen relativ hohen Kraftstoffverbrauch und damit einen entsprechend erniedrigten Wirkungsgrad zur Folge haben.

Die erfindungsgemäße Maschine mit Zündvorkammer erlaubt es, die Vorteile der Direkteinspritzung mit denjenigen der Vorkammer- oder Wirbelkammereinspritzung zu vereinigen und bei gutem Wirkungsgrad im Dieselverfahren auch die Verbrennung von zündträgen Kraftstoffen bzw. bei re-

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lativ niedriger Verdichtung die Verbrennung von Dieselkraftstoff mit Hilfe einer Glühkerze oder Zündkerze zu erreichen.

Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß das Volumen der Zundvorkammer nur einen kleinen Bruchteil des nauptbrennraumvolumens beträgt und die in den Haupt brennraum mundende ülinspritzüüse einen

in den Hauptbrennraum

Bruchteil des jeweils/eingespritzten Kraftstoffs durch den verengten Überströmkanal in die Zündvorkammer spritzt,

Vorzugsweise ist die Größe der Zündvorkammer so bemessen, daß ihr Volumen nur für die Verurennung der Leerlaufkraftstoffmenge ausreicht, indem es z.a. weniger als lOfo des Hauptbrennraumvolumens, vorzugsweise etwa 7,5>o desselben, beträgt, wobei die Luftüberscnußzahl vorzugsweise ungefähr 0.9 beträgt.

Vorzugsweise wira der Kraftstoff in die Zündvorkammer zeitlich vor der Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge in den Hauptbrennraum eingespritzt.Dadurcn kann erreicht werden, daß auch bei höherer Verdichtung eine Selbstzündung zuerst in der Zündvorkammer erfolgt, da diese wärmer als der Hauptbrennraum ist und sich infolgedessen auch ein kürzerer Zündverzu^ ergibt. Durch besondere Steuerung der Einspritzanlage läßt sich eine entsprechende, zeitlich aufeinander folgende Kraftstoffeinspritzung erzielen.

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Zur Starthilfe kann in der Zündvorkammer eine Glühkerze angeordnet sein, die wegen des relativ kleinen Volumens der Kammer eine günstige Energieumsetzung ermöglicht. Doch kann auch, insbesondere bei zündträgen Kraftstoffen, eine Dauerglühkerze verwendet werden-, die gegebenenfalls entsprechend der Kammergröße nur auf eine relativ kleine Leistung ausgelegt zu werden braucht.

Die Anordnung einer Zünd-i'unkenkerze ermöglicht ferner einwandfreie Entflammung auch bei verhältnismäßig niedriger Verdichtung, da mit den gegenüber der üblichen Vorkammergröße von ca. 25?ό - 35jo des Erennraumes, geringen Kammergröße und einer Luftaberschußzahl X = 0,9 ein zündwilliges Gemisch zur Verfügung steht.

Der Hauptbrennraum wird vorzugsweise durch eine Kolbenmulde im Zylinder (rebildet. Der in dichtung aer Einspritzdüse liegende überströmkanal mündet vorteilhaft tangential in die Zündvorkammer, wie vorteilhaft auch eine tangentiale Einmündung desselben in den Hauptbrennraum vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß beim Einströmen des Kraftstoffgemisches aus der Zündvorkammer in den Hauptbrennraum in diesem eine starke Wirbelströmung entsteht, die die Verbrennung begünstigt. Insbesondere werden auch die Ansaugkanäle in an sion bekannter Weise derart uusereführt, daß beim Einströmen der Luft in

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den Zylinder ein Drall um die Zylinderachse entsteht, der die Verbrennung begünstigt.

Der vorzugsweise als Kolbenmulde ausgebildete Hauptbrennraum kann in der Zylindermitte nach üblichen Abmessungen gestaltet sein. Eine Erhöhung der Kompression durch den Kolben ist gegenüber normalen Vorkammermaschinen nicht erforderlich, die Kompression ist jedoch in der Hegel geringer«als bei direkter Einspritzung, beispielsweise in einen kugelförmigen Brennraum im Kolben.

Bei Einspritzung des gesamten Kraftstoffes durch eine einzige Mehrstrahl-Einspritzdüse ist diese im Hauptbrennraum vorzugsweise derart angeordnet, daß nur ein einziger Einspritzstrahl durch den Überströmkanal in die Zündvorkammer gespritzt und dort durch die hohe Uberströmgeschwindigkeit verteilt wird. Die übrigen Brennst-offstrahlen sind luft- und wandverteilend in den Hauptbrennraum, z.B. eine Kolbenmulde, gerichtet. Die Einspritzdüse kann mit einer Vorrichtung versehen sein, die bewirkt, daß der Einspritzstrahl in die Zündvorkammer einige Zeit vor der Hauptmenge des Kraftstoffes eingespritzt wird und erst nach genügender Vorreaktionszeit die Einspritzmenge in den Hauptbrennraum folgt.

Durch aie Erfindung ergeben sich folgende Vorteile :

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Wegen der kleinen Abmessungen der Zündvorkammer, insbesondere derart, daß nur die Leerlaufmenge in derselben verbrannt wird, können keine gefährlichen Drucksteigerungen entstehen, auch wenn die eingespritzte Menge explosionsartig gleichzeitig zünden sollte. Andererseits kann die Zundvorkammer ohne weiteres so bemessen sein, daß ein gut zündfähiges Gemisch auch für Funkenzündung in der Zündvorkammer zur Verfügung steht und die Zündung in jedem Falle zuerst in der Zündvorkammer erfolgt.

Durch die gedrosselte Überströmung in den Hauptbrennraum werden ferner die größten Druckstöße abgefangen. Dadurch kann erreicht werden, daß der Druckverlauf im Hauptbrennraum annähernd einer Gleichdruckverbrennung entspricht und somit die Triebwerksteile geschont werden.

Der Wirkungsgrad bzw. der spezifische Kraftstoffverbrauch sind wegen der kleineren Abmessungen der Zündvorkammer und der geringeren Überströmmengen besser als bei Vorkammermaschinen der üblichen Bauart. Auch können zündträge Kraftstoffe mit fast unbegrenzter Oktanzahl b^w. Cetanzahl verbrannt werden, ua aurch Voreinspritzung und günstige Zündenergiezufuhr auf jeden Fall günstige Zundbedingungen geschaffen werden können. Gegenüber einer Direkteinspritzmaschine wird darüber hinaus eine günstigere Verbrennung von hoch-

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oktanigen Kraftstoffen und ein weicherer Lauf erzielt, was ebenfalls zu einer geringeren Triebwerksbeanspruchung beiträgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Im Maschinengehäuse 10 bzw. in der in dieses eingesetzten z.B. unmittelbar wassergekühlten Zylinderbuchse 11 gleitet der Kolben 12, in dem eine den Hauptbrennraum bildende Kolbenmulde 13 vorgesehen ist. In dem ebenfalls wassergekühlten Zylinderkopf 14 befindet sich einerseits die Einspritzdüse 15, z.B. zwischen zwei (in der Zeichnung nicht dargestellten, vor bzw. hinter der Zeichnungsebene liegenden) Ventilen für den Einlaß der Verbrennungsluft und den Auslaß der verbrannten Abgase, sowie eine Zündvorkammer 16, die durch ein Einsatzstück 17 mit dem Überströmkanal 18 und ein rohrförmiges Einsatzstück 19 für eine Glühkerze oder Zündkerze 20 gebildet wird. Das Einlaßventil ist hierbei vorzugsweise, wie an sich bekannt, mit Ablenkschaufeln oder sonstigen Einrichtungen versehen bzw. in entsprechender Y/eise derart angeordnet, daß die in den Zylinderraum eintretende Lade- oder Verbrennungsluft eine Drehbewegung um die Zylinderachse ausführt. In gleichem Sinne kann auch der verengte überströmkanal 18 mehr oder weniger tangential in die den Hauptbrennraum bildende Kolbenmulde 13 münden. Der Überström-

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kanal 18 ist ferner vorzugsweise so angeordnet, daß er auch tangential in die z.B. kugelförmige Zündvorkammer 16 mündet. Die Anordnung ist hierbei jedoch vorteilhaft derart getroffen, daß das in die Kolbenmulde 13 hineinragende, gegebenenfalls etwas exzentrisch zur Zylinderachse angeordnete Mundstück 21 der Einspritzdüse dicht vor der Ausmündung des verengten Uberströmkanales 18 in die Kolbenmulde liegt, so daß ein Kraftstoffstrahl x- unmittelbar durch den Überströmkanal 18 in die Zundvorkammer 19 gespritzt werden kann. Die übrigen Kraftstoffstrahlen, ζ.ΰ. x_2> sind in den Luftraum bzw. gegen.die Wandungen der Kolbenmulde gerichtet.

Im Betriebe der Maschine wird bei jeder Einspritzung vorzugsweise zunächst ein Strahl X₁ in die Zündvorkammer 16 gerichtet, so daß der mit diesem Strahl in die Zündvorkammer gelangende Kraftstoff unter der Wirkung der Zünd- oder Glühkerze oder gegebenenfalls auch durch Selbstzündung entzündet wird, worauf die hierdurch entstehende Drucksteigerung den Brennenden Kraftstoff gegen oder in die Kähe des Mundstückes 21 der Einspritzdüse in den Hauptbrennraum bläst und dort die weitere Zündung und Verbrennung im Kauptbrennraum unterstützt, wobei die im Eauptbrennraum erzeugte Wirbelströmung zur weiteren Verbesserung der Verbrennung ceiträgt.

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Claims

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TJ Brennkraftmaschine mit einem Hauptbrennraum und einer durch, einen verengten Überströmkanal mit dem Hauptbrennraum verbundenen Zündvorkaiuner, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Zündvorkammer (16) nur einen kleinen Bruchteil des Hauptbrennraumvolumens beträgt und die in den Hauptbrennraum mündende Einspritzdüse einen Bruchteil des jeweils in den Hauptbrennraum eingespritzten Kraftstoffes durch den verengten Überströmkanal in die Zündvorkammer spritzt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zündvorkammer (16) nur für die Leerlaufkraftstoffmenge bemessen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündvorkammervolumen weniger als 10?6 des Hauptbrennraumvolumens, vorzugsweise etwa 7>5# desselben beträgt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Zündvorkammer (16), daß die Luftüberschußzahl in derselben ungefähr 0,9 beträgt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in die Zündvorkammer (16) zeitlich vor der Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge in den Hauptbrennraum (13) eingespritzt wird.

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6.) Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zundvorkammer (16) mit einer Zünd- oder Glühkerze (20) versehen ist.

7.) Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbrennraum (13) durch eine Kolbenmulde im Zylinder gebildet wird.

8.) Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (18) tangential in den insbesondere als Kolbenmulde ausgebildeten Hauptbrennraum (13) mündet.

9.) Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen die Einspritzdüse (15) im Hauptbrennraum (13) gerichtete Überströmkanal (18) tangential in die Zundvorkammer (16) mündet.

10.) Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß derart angeordnet bzw« ausgebildet ist, daß die Luft mit Drall um die Achse des Hauptbrennraums (13) bzw. des Zylinderraumes in diesen eintritt.

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