DE1526290A1 - Brennkraftmaschine mit Hauptbrennraum und Zuendvorkammer - Google Patents
Brennkraftmaschine mit Hauptbrennraum und ZuendvorkammerInfo
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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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BAD
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. x2>
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.
'.■■ OSb ' w 0 6 4 3
Claims (10)
1
21
2/Ά
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 4f dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftstoff in die Zündvorkammer (16) zeitlich vor der Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge
in den Hauptbrennraum (13) eingespritzt wird.
; "d h -/0643
Daim 7212/4
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 7f 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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DED0051444 | 1966-11-02 |
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