DE1526302B - Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdich- unmittelbar im oberen Totpunkt zuläßt, ohne jedoch tende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und im einen ausgeprägten Vorkammereffekt zu bewirken. Zylinderkopf angeordneter Vorkammer, in welcher an Aus diesen Gründen kann auch die Einspritzung und der der Vorkammeröffnung gegenüberliegenden Stelle Gemischaufbereitung jeweils nur überwiegend direkt eine Einspritzdüse angeordnet ist, die den Kraftstoff 5 in die bzw. in der Hauptkammer erfolgen. Das bein Richtung durch den Überströmkanal zur Haupt- deutet, daß die bekannte Brennkraftmaschine gemäß kammer im Zylinder in Form eines Strahlenkegels der Konzeption ihrer Auslegung nur in einem relativ einspritzt, und der Kolbenboden eine aus einer ring- engen Lastbereich den jeweils für die Gemischaufförmigen Vertiefung herausragende Erhöhung auf- bereitung und die Verbrennung günstigsten Bedinweist, die im Bereich des oberen Totpunktes in den io gungen angepaßt sein kann und demnach auch nur Überströmkanal eintaucht. . innerhalb eines relativ engen Lastbereichs besonders

Aus der schweizerischen Patentschrift 225 634 ist günstige Arbeitsbedingungen vorherrschen können,

es bekannt, bei Brennkraftmaschinen der eingangs be- während der Wirkungsgrad bereits in benachbarten

schriebenen Art ah der dem Kolben zugewandten Lastbereichen merklich absinkt. Die Wirtschaftlich-

Mündung des die; Vorkammer mit der Hauptkammer 15 keit der bekannten Brennkraftmaschinen sinkt dem-

verbindenden Überströmkanals bei Annäherung des nach mit zunehmendem Einsatz in Wechsellastberei-

Kolbens an den oberen Totpunkt nur eine kurzzei- chen außerhalb des engen Auslegungsbereiches merk-

tige Drosselwirkung: dadurch zu erzielen, daß im enge- lieh ab.

ren Bereich oberen Totpunkts des Kolbens zwi- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftschen dem unteren Ende des Überströmkanals und 20 maschine der eingangs beschriebenen Gattung so ausdem Boden einer flachen Vertiefung im Kolbenboden zubilden, daß durch eine Drosselwirkung zwischen ein enger Ringspalt gebildet wird. Die verringerte der Kolbenerhöhung und dem Durchströmkanal über Drosselwirkung erfolgt, um die Pumpverluste des einen weiten Kurbelwinkelbereich die Zusammenset-Kolbens wirksam herabzusetzen. Durch den nur am zung und Verteilung des Gemisches in der Vorkam-Ende des Verdichtungshubes gebildeten, ringförmigen as mer und in der Hauptkammer beeinflußbar sowie Drosselspalt soll die während des übrigen Kolben- der jeweiligen Belastung anpaßbar sind,
hubes schwache oder nahezu gänzlich fehlende Dros- Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß selwirkung des Überströmkanals lediglich kurzzeitig zur kontinuierlichen Änderung der Drosselwirkung wirksam werden, durch welchen sich der in die Vor- zwischen Überströmkanalwand und Kolbenerhöhung kammer eingespritzte Kraftstoff bzw. das in der Vor- 30 die Form der Kolbenerhöhung etwa dem Strahlenkammer sich ausbildende Kraftstoff-Luft-Gemisch kegel angepaßt ist und daß die Kolbenerhöhung so auf den übrigen Brennraum verteilen kann. ^ ausgelegt ist, daß sie ab einem Kurbelwinkel zwischen

Bei dieser Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff 35° bis 15° vor dem oberen Totpunkt in den Über-

durch einen Überströmkanal gegen den Kolbenboden strömkanal eintaucht und daß die ringförmige Ver-

bzw. den Boden der Vertiefung gespritzt. Zur Verrin- 35 tiefung ein Volumen von mindestens 70 °/o des Tot-

gerung der Umlenkverluste ist bereits ein die Ebene des raumvolumens aufweist.

Kolbenbodens bzw. der in ihr angeordneten Vertie- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird fung lediglich geringfügig überragender, relativ fla- ein kontinuierlich in Abhängigkeit des Kolbenhubes, eher Umlenkkegel vorgeschlagen worden, der den d.h. als Funktion des Kurbelwinkels, sich ändernauf ihn auftreffenden Kraftstoff radial gegen den 40 der Drosseleffekt im Überströmkanal erzielt. Ab Drosselspalt umlenken soll. Dieser Umlenkkegel einem Kurbelwinkel von maximal 35° bzw. mintaucht bei Annäherung des Kolbens an den oberen destens 15° vor dem oberen Totpunkt bis zu einem Totpunkt am Ende des Verdichtungshubes gering- Kurbelwinkel von mindestens 15° bis maximal 35° nach fügig in die Mündung des Überströmkanals ein, wo- dem oberen Totpunkt ist die Änderung des Drosselbei — wie wenn ausschließlich der ebene Kolben- 45 effektes von der mit Eintauchbeginn der Kolbenerhöboden gegenüber einer rohrförmigen Mündung einen hung in den Überströmkanal sich ändernden Ringquer-Drosselring bildet — er ebenfalls nur einen sehr schnittsfläche und der der Eintauchtiefe entsprechenschmalen Ringspalt gegenüber dem Überströmkanal den Länge des freibleibenden Durchgangs abhängig, bildet bzw. freiläßt, so daß sich die Änderung der Die Anpassung der Form der Kolbenerhöhung an Drosselwirkung nur nach dem Unterschied der je- 5° den Strahlenkegel, dem vorzugsweise auch die Form weils freien Strömungsquerschnitte, d. h. ausschließ- des Überströmkanals angepaßt ist und insbesondere lieh nach der kurzzeitig erfolgenden Verkleinerung eine ausreichend große Höhe der Kolbenerhöhung der Kreisfläche des Überströmkanals auf die im obe- ermöglichen eine kontinuierliche Drosselung der ren Totpunkt noch freibleibende Ringspalt-bzw. Zy- durch den Überströmkanal bzw. den Durchgang linder- oder Kegelmantelfläche bemißt. Die Spalt- 55 durchtretenden Luft- bzw. Kraftstoff- bzw. Gemischweite kann über einen verstellbaren Einsatz auf etwa mengen. Diese lassen sich bei einer Unterteilung des 2 bis 3 mm, jedoch nicht mehr als 4 mm, verändert Totraumvolumens des Brennraums in eine Hauptwerden. Um günstige Bedingungen zu erhalten, wurde kammer mit mindestens 70 % und eine Vorkammer außerdem vorgeschlagen, den Abstand der Düse vom mit höchstens 30 % des Totraumvolumens durch den Kolbenboden etwa so groß wie den Radius des "Zy- ^6o kontinuierlich sich ändernden Drosseleffekt besonlinders zu halten, den Durchmesser des Überström- ders günstig in Abhängigkeit der jeweiligen Belastung kanals etwa Vs und seine Länge ungefähr halb so beeinflussen. Bei für Vollast vorverlegtem Beginn des groß wie den Radius des Zylinders auszubilden so- Einspritzprozesses wird ein Teil des Kraftstoffs direkt wie das Volumen der Vorkammer kleiner als das durch den noch geöffneten Überströmkanal bzw. im der Hauptkammer zu halten. Insbesondere aus der ⁶5 Teillastbereich durch die mehr oder weniger weit Bemessungsangabe für die Spaltweite ergibt sich, daß geöffnete Querschnittsfläche des mehr oder weniger die bekannte Brennkraftmaschine nur eine kurzzei- langen Durchgangs direkt in die Hauptkammer eintige und sprunghafte Änderung der Drosselwirkung gespritzt und an dem Drosselbereich nachgeschal-

teten Umlenkflächen der Kolbenerhöhung möglichst den, auf die Vorkammer beschränkten Gemischververlustarm und gemeinsam mit bereits in der Vor- teilung,

kammer und im Überströmkanal ausgebildeten Ge- F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin-

mischteilen umgelenkt und in der Hauptkammer dung, bei welchem die Strahlenkegel der Einspritzgleichförmig so verteilt, daß zumindest im näheren 5 düse und die Kolbenerhöhung gegenüber der Achse Vollastbereich jeweils eine gleichmäßige Gemisch- des Zylinders exzentrisch versetzt und geneigt angezusammensetzung in der Hauptkammer erzielt wird, ordnet sind, und

die annähernd mit der Zusammensetzung und der F i g. 3 a eine vergrößerte Ansicht von unten auf

Gleichförmigkeit der Verteilung des Gemisches in eine Einspritzdüse mit asymmetrischer Verteilung der Vorkammer übereinstimmt. Im engeren Bereich io des Kraftstoffs.

des oberen Totpunkts ist dabei der Durchgang derart In F i g. 1 ist in einem Kopf 1 eines Zylinders 2

gedrosselt, daß praktisch kein Kraftstoff oder Ge- eine Vorkammer 3 rotationssymmetrisch und gleichmisch mehr aus der Vorkammer in die Hauptkammer achsig zur Achse des Zylinders vorgesehen und steht übertreten kann. Bei Vollast und im Teillastbereich über einen Überströmkanal 4 mit dem oberen Teil wird dadurch der anfänglich durch direkte Einsprit- 15 des Zylinders in Verbindung, welcher mit einem KoI-zung in die Hauptkammer bewirkte Kraftstoffüber- ben 7 eine Hauptkammer 5 bildet,
schuß ausgeglichen und gleichzeitig eine Gemischan- In die Vorkammer 3 mündet gegenüber dem Über-

reicherung in beiden Kammern erzielt. Im Leerlauf- Strömkanal 4 eine Einspritzdüse 6, deren Achse ihres bereich wird ausschließlich in einem Kurbelwinkel- durch Pfeile angedeuteten Strahlenkegels im wesentbereich in der Nähe des oberen Totpunkts Kraftstoff _ao liehen mit der Achse des Zylinders 2, des Kolbens 7 eingespritzt, wenn der Durchgang von der Vorkam- sowie einer in Richtung des Überströmkanals 4 vormer zur Hauptkammer im wesentlichen verschlossen gesehenen Kolbenerhöhung 8, die im Bereich des ist, so daß die Gemischaufbereitung praktisch aus- oberen Totpunktes in den Überströmkanal 4 einschließlich in der Vorkammer erfolgt. In den zwi- dringt. Die Verbrennungsluft wird über ein Ventil 11 sehen Leerlauf und Vollast liegenden Teillastberei- as eingelassen, während der Auspuff der Verbrennungschen erfolgt die bei Leerlauf praktisch auf die Vor- gase durch ein Ventil 12 gesteuert wird,
kammer beschränkte Gemischaufbereitung mit zu- Die Einspritzdüse 6 ist derart ausgebildet, beinehmender Belastung mehr und mehr zusätzlich auch spielsweise mit einer Spitze versehen, daß ihr Strahin der Hauptkammer, so daß über den gesamten lenkegel in Form eines hohlkegelförmigen Schleiers Lastbereich die jeweils günstigste Gleichmäßigkeit 30 gegen einen ringförmigen Durchgang gerichtet ist, der der Zusammensetzung und Gleichförmigkeit der Ver- beim Eintauchen der Kolbenerhöhung 8 in den Überteilung des Gemisches gewährleistet ist. Strömkanal 4 mit dessen Wandung 9 gebildet wird.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbei-

Ausbildung unter Ausnutzung der für eine drallför- spiel sind sowohl die Kolbenerhöhung 8 als auch die dernde und möglichst verlustlose Verwirbelung, Auf- 35 Wandung 9 des Überströmkanals 4 als einander ähnbereitung und Verteilung des Gemisches an sich be- liehe Kegelstümpfe mit im wesentlichen gleichen, kannten Maßnahmen einschließlich des Fackeleffekts dem halben Öffnungswinkel des Strahlenkegels, der eine bisher nicht erzielbare Leistungserhöhung. Die in dem betrachteten Fall ungefähr 30° beträgt, anwesentlichste Begründung hierfür ist, daß bei der gepaßten Winkeln ausgebildet,
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nur jeweils 40 Wesentlich ist dabei, daß die Formen der Kolbender kleinere Teil des Gemisches in der Vorkammer erhöhung 8 und der Wandung 9 des Überströmkaaufbereitet werden muß und demnach die bei be- nals 4 soweit einander entsprechen und in etwa dem kannten Vorkammer-Motoren bei der Übertragung Strahlenkegel angepaßt sind, daß eine möglichst verdes gesamten Gemisches in die Hauptkammer auf- lustlose und kontinuierliche Änderung der Drosseltretenden Übetragungsverluste gar nicht in dem Maße 45 wirkung zwischen Vor- und Hauptkammer 3, 5 in anfallen können. Vor allem ist nach der Erfindung einem weiten Kurbelwinkelbereich durch einen etwa der Drosselvorgang über einen weiten Kurbelwinkel- parallelen Verlauf der Wandungen bewirkt wird, bereich auseinandergezogen, so daß auch schon Vorzugsweise sind die Wandungen der Kolbenerhöallein aus diesem Grunde die Widerstandsverluste hung und/oder des Überströmkanals jedoch kegelmerklich kleiner sind. Wichtig ist dabei, daß 50 stumpfförmig, wie bei dem in F i g. 1 dargestellten die Geschwindigkeitsänderungen über einen mög- Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei die halben liehst weiten Kurbelwinkelbereich kontinuierlich er- öffnungswinkel der Kegelstümpfe zwischen 10° und folgen. 70° betragen können und sich untereinander sowie

Die Erfindung wird an bevorzugten Ausführungs- gegenüber dem halben Öffnungswinkel des Strahlenbeispielen näher erläutert. Es zeigt ₅₅ kegeis um nicht mehr als 10° unterscheiden.

F i g. 1 einen Teilschnitt durch ein erstes Aus- Strömungslinien von mit einem halben Öffnungs-

führungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der winkel von weniger als 10° aus der Vorkammer 3 Strahlenkegel der Einspritzdüse und die Kolben- durch den von der Kolbenerhöhung 8 und der Wan- - erhöhung gleichachsig zur Achse des Zylinders ange- dung 9 des Überströmkanals 4 gebildeten Durchgang ordnet sind, _6o j_n die Hauptkammer 5 eintretendem Gemisch wür-

Fig. 2A und 2B die Gleichförmigkeit der Ge- den nämlich, insbesondere wenn sich der Kolben7 mischverteilung über den gesamten Brennraum von im Bereich des oberen Totpunktes befindet, auf den Beginn bis Ende des Einspritzvorgangs für Vollast, Kolbenboden mit einer zur Achse des Kolbens zu

F i g. 2 C und 2 D den Kolben in den gleichen Stel- kleinen Neigung auf treffen. Das Gemisch würde demlungen wie nach Fig. 2A und 2B, jedoch mit einer 65 zufolge von einem die Kolbenerhöhung8 mit einer dem Beginn des Einspritzvorganges für Teillast bzw. ringförmigen Vertiefung 10 des Kolbenbodens verLeerlauf nach fast vollständigem Absperren der Vor- bindenden Übergangswandung stark abgebremst und kammer gegenüber der Hauptkammer entsprechen¹ könnte somit weder äußere Bereiche der Hauptkam-

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mer erreichen, noch in dieser eine gleichmäßige Ver- laßleitung eintretenden Luft um die Zylinderachse teilung erlangen. herum üblicherweise durch eine zweckentsprechende

Die Drosselwirkung gegenüber dem in die Vor- Gestaltung der Einlaßleitung erteilte Wirbelbewegung kammer 3 eingespritzten Kraftstoff, der mit der in von den Gasen auch während des Arbeitshubs beider Vorkammer verdichteten Luft das Bestreben hat, 5 behalten bzw. verstärkt wird, wodurch eine weitere als Gemisch in die Hauptkammer 5 durch den ring- Verbesserung der Gleichförmigkeit der Gemischverteiförmigen Durchgang zwischen der Kolbenerhöhung 8 lung, insbesondere bei Vollast erreicht wird. Die spiral- und der Wandung 9 des Überströmkanals 4 zu ex- förmigen Rillen 13 in der Wand des Kolbenansatzes 8 pandieren, nimmt zuerst beim Verdichtungshub können auch mit in der Wandung 9 des Überströmkontinuierlich zu und dann in gleicher Weise kon- io kanals 4 ausgebildeten Rillen oder Nuten 14 zusamtinuierlich ab, wenn der Arbeitshub einsetzt und sich menwirken und die Drallwirkung noch verstärken, der Kolben wieder aus dem Bereich des oberen Tot- Bei üblicher Einspritzmengenregelung verhält sich

punkts entfernt. Am oberen Totpunkt, d. h. im enge- die Brennkraftmaschine wie ein Motor mit zu Beginn ren Bereich des Totpunktes, ist die Querschnitts- der Verbrennungsphase wenig geöffneter Vorkamfläche des Durchgangs kleiner als 1 °/o des Zylinder- 15 mer. Die Verbrennungsgase, die aus der Vorkammer querschnitts und beträgt etwa 5 % des Zylinderquer- durch den ringförmigen Durchgang zwischen der Schnitts, wenn die Kolbenerhöhung 8 in den Über- Kolbenerhöhung 8 und der Wandung 9 des Überströmkanal 4 gerade eintaucht bzw. den Kanal frei- Strömkanals 4 hindurch in die Hauptkammer 5 eingibt, treten, erzeugen in dieser eine starke Verwirbelung. Ein ausgeprägter Vorkammereffekt wird dadurch 20 Diese wird noch durch eine verlustarme Form des erzielt, daß die Querschnittsfläche des von der KoI- Übergangs der in dem Kolbenboden eingelassenen benerhöhung8 in dem Überströmkanal 4 gebildeten ringförmigen Vertiefung 10 erhöht, welche die Kolringförmigen Durchgangs in einem Kurbelwinkel- benerhöhung 8 umgibt und in diese tangential Überbereich von 20° vor bis nach dem oberen Totpunkt geht. Die Vertiefung 10 begrenzt in der Hauptkamkleiner als 5 % des Zylinderquerschnitts ist. 25 mer 5 ein Volumen, das als Restvolumen im oberen Der größte Querschnitt des Überströmkanals 4 soll Totpunkt des Kolbens wenigstens 70 % des gesamten möglichst kleiner als 10 °/o des Zylinderquerschnitts Totraumvolumens beinhaltet.

sein, und die größte Querschnittsfläche des ringför- Wenn sich der Kolben 7 abwärts bewegt, vergrö-

migen Durchgangs zwischen der Kolbenerhöhung 8 ßert sich die Querschnittsfläche des zwischen der und der Wandung 9 des Überströmkanals 4 soll ₃₀ Vorkammer 3 und der Hauptkammer 5 befindlichen weniger als 8 % des Zylinderquerschnitts betragen, Durchgangs für die Gase, wodurch Ladungsverluste wenn die Spitze der Kolbenerhöhung 8 mit dem un- und thermische Verluste vermindert werden, teren Ende des Überströmkanals 4 in der gleichen Sobald die Kolbenerhöhung 8 den Durchgang des

Ebene bündig liegt, d. h. in den Überströmkanal ein- Überströmkanals 4 vollständig freigegeben hat, verzutauchen beginnt. ₃₅ hält sich die Brennkraftmaschine wie ein Motor mit

Da die Querschnittsfläche des Durchgangs, insbe- direkter Einspritzung, da dann die Vorkammer weit sondere im engeren Bereich des oberen Totpunktes, geöffnet ist und für die Strömung der Gase der volle relativ klein ist, wird sowohl eine gute Verwirbelung Kreisquerschnitt des Überströmkanals 4 zur Verfüder gegen Ende des Verdichtungshubes in die Vor- gung steht.

kammer einströmenden Verbrennungsluft als auch ₄₀ Die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung des zu Beginn der Verbrennung aus der Vorkammer weist gegenüber bekannten Motoren der eingangs in die Hauptkammer bei wenig geöffneter Vorkam- beschriebenen Art, bei welchen die Vorkammer mer in der Nähe des oberen Totpunktes eintretenden quasi das gesamte Totraumvolumen bildet, d. h. in Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt. Die untere Grenze der Hauptkammer im oberen Totpunkt praktisch für die Bemessung der Querschnittsfläche des Durch- ₄₅ kein Restvolumen bleibt, u. a. den Vorteil einer Vergangs ergibt sich aus technologischen Betrachtungen minderung der thermischen Verluste bei der Über- und Fertigungsproblemen, da jeweils ein ausreichen- tragung der Verbrennungsgase aus der Vorkammer des Spiel zwischen der Kolbenerhöhung und der Wan- in die Hauptverbrennungskammer auf. dung des Überströmkanals für einwandfreies Arbei- Diese Verminderung der thermischen Verluste er-

ten der Brennkraftmaschine gewährleistet und außer- _5o gibt sich daraus, daß bei der erfindungsgemäßen dem auch der Umstand berücksichtigt werden muß, Brennkraftmaschine das Volumen der Vorkammer daß zumindest für zu kleine Durchgangsquerschnitte 30 % des gesamten Totraumvolumens des Brennim weiteren Kurbelwinkelbereich vor und nach dem raums nicht überschreitet. Demzufolge erstreckt sich oberen Totpunkt die Drosselverluste übermäßig groß die Übertragung der Verbrennungsgase aus der Vorwerden. ₅₅ kammer in die Hauptkammer zu Beginn der Ver-

Die Wand der Kolbenerhöhung 8 ist mit einer oder brennung auf ein begrenztes Gasvolumen, mehreren spiralförmigen Rillen 13 versehen, welche Der sich daraus ergebende Vorteil wird jedoch

sich gegebenenfalls, wie in Fig. 1 angedeutet, bis in die bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nicht ringförmige Vertiefung 10 des Kolbens 7 erstrecken auf Kosten der Gleichförmigkeit der Gemischvertei- und die Verwirbelung der.gegen Ende des Verdich- g₀ lung über den gesamten Brennraum und damit einer tungshubs in die Vorkammer eintretenden Luft und weniger guten Gesamtleistung bei Vollast erzielt, wie der gegen Beginn des Arbeitshubs aus der Vorkam- dies bei bekannten Motoren der Fall ist. Vielmehr mer austretenden Verbrennungsgase begünstigen, können die Nachteile der bekannten Vorkammerd. h. der Strömung jeweils einen bestimmten Drall motoren, bei denen praktisch das gesamte Gasgeüberlagern. 65 misch von der in die Vorkammer am Ende des Ver-

So können die Rillen 13 eine tangentiale Strö- dichtungshubs eintretenden Luftströmung durcheinmungskomponente in der Richtung bewirken, daß andergewirbelt wird und bei welchen der Fackelefdie der durch die mit dem Ventil 11 verbundene Ein- fekt, der in der Vorkammer entsteht und die Gleich-

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förmigkeit der Gemischverteilung zu Beginn der Ver- den kann. Die Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennung noch weiter erhöht, zwangläufig ein größe- brennungsluft ist dann nicht mehr im gesamten Totres Verbrennungsgasvolumen negativ beeinflußt, bei raumvolumen, sondern nur noch jeweils innerhalb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine durch das der Vorkammer bzw. der Hauptkammer gleichmäßig, auf weniger als 30 % des Totraumvolumens be- 5 die Gemischverteilung in den Kammern jedoch nach schränkte Volumen der Vorkammer gar nicht auf- wie vor gleichförmig,
treten. Eine kontinuierliche Erhöhung der Last bzw. der

Wie aus den F i g. 2 A und 2 B zu entnehmen ist, Einspritzmenge, die beispielsweise durch eine enteilt der Beginn des Einspritzvorgangs bei Vollast dem sprechend kontinuierliche Vorverlegung des EinEindringen der Kolbenerhöhung in den Überstrom- 10 Spritzbeginns gegenüber dem oberen Totpunkt erkanal ein wenig voraus oder fällt mit dem Beginn zielt wird, ist demnach mit einer entsprechend prodes Eindringens zusammen, so daß der eingespritzte gressiven und kontinuierlichen Vergrößerung der Kraftstoff gleichzeitig in die Vorkammer und auch mittleren Querschnittsfläche des während des zusätzin die Hauptkammer verteilt wird. Dies bewirkt ins- liehen Einspritzvorgangs dem Strahlenkegel des besondere die vorgesehene Anpassung der Wand der 15 Kraftstoffs zwischen der Kolbenerhöhung und der Kolbenerhöhung 8 und der Wandung 9 des Über- Wandung des Überströmkanals noch weiter geöffströmkanals 4 an die von einer Einspritzdüse 6 mit neten Durchgangs verknüpft, wobei durch die dem vorgegebenem öffnungswinkel des Strahlenkegels ein- Strahlenkegel angepaßte Form der Kolbenerhöhung gespritzte Kraftstoffmenge. Durch die besondere und des Überströmkanals eine in einem erweiterten Form der im Kolbenboden ausgebildeten ringför- 20 Kurbelwinkelbereich kontinuierlich sich ändernde migen Vertiefung, die tangential in die Kolbenerhö- Drosselwirkung wirksam ist.

h hung übergeht und auch der jeweils gewünschten Daraus ergibt sich eine progressive und konti-

" Ausbreitungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nuierliche Verbesserung der Gleichförmigkeit der

angepaßt ist, wird das Gemisch bis an die von der Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungsluft

Zylinderachse am weitesten entfernt liegenden Stellen 25 und der Gemischverteilung im Brennraum mit kon-

der Hauptkammer gleichmäßig verteilt, ohne daß es tinuierlich zunehmender Last bzw. Einspritzmenge,

beim Auftreffen auf die Wand der Kolbenerhöhung so daß für jede Last bzw. Einspritzmenge der jeweils

oder beim Überleiten in die Vertiefung des Kolben- beste Verbrennungswirkungsgrad erzielt wird,

bodens nachteilig abgebremst wird. Eine derartige kontinuierliche Änderung der

Auf diese Weise verteilt sich der eingespritzte 30 Gleichförmigkeit der Gemischverteilung im Brenn-Kraftstoff durch den zu Beginn des Einspritzvorgangs raum bzw. in der Vorkammer und bzw. oder in der weit geöffneten Überströmkanal bei Vollast in der Hauptkammer in Abhängigkeit von der Last kann Hauptkammer, vgl. Fig. 2A, und mit steigender sowohl in einem von Vollast bis zu geringen Teil-Drosselwirkung des Durchgangs auch gleichzeitig in lasten reichenden Bereich als auch über den ganzen der Vorkammer, insbesondere wenn gegen Ende des 35 Lastbereich dadurch erzielt werden, daß der Beginn Einspritzvorgangs im engeren Bereich des oberen des Einspritzvorgangs, ausgehend von einem mehr Totpunkts die Kolbenerhöhung den Überströmkanal oder weniger konstanten und von der Last im wesentzu einem großen Teil absperrt; vgl. Fig. 2B. Dabei liehen unabhängigen Einspritzende, bei Vollast bis wird eine sehr gleichmäßige Verteilung des Kraft- zu höchstens 10° Kurbelwinkel vor dem Beginn des Stoffs in der Verbrennungsluft und eine sehr gute 40 Eintauchens der Kolbenerhöhung in den Überström-Gleichförmigkeit der Gemischverteilung über den kanal vorverlegt wird. Dabei soll der Einspritzvorganzen, Hauptkammer und Vorkammer umfassenden gang nicht später als 5° Kurbelwinkel hinter dem Brennraum erzielt, was eine hohe und vor allem wirt- oberen Totpunkt, vorzugsweise bereits vor dem obeschaftliche Gesamtleistung zur Folge hat. ren Totpunkt, beendet sein.

Mit zunehmender Verringerung der Last bzw. Kraft- 45 Der Überströmkanal, die ihm zugeordnete Kolbenstoffmenge kann der Beginn des Einspritzvorgangs erhöhung und der Strahlenkegel der Einspritzdüse gegenüber dem Beginn bei Vollast verzögert werden, sind vorzugsweise dann gleichachsig mit der Achse beispielsweise wenn ein festes oder sich mit der Last des Zylinders angeordnet, vgl. Fig. 1, wenn die Zywenig änderndes Einspritzende angenommen wird. linderbohrung groß genug ist, um neben der sym-Der Einspritzvorgang setzt dann jeweils um so spä- 50 metrischen Anordnung der Kolbenerhöhung auf dem ter im Verlauf des Eintauchens der Kolbenerhöhung Kolbenboden noch hinreichenden Spielraum für eine in den Überströmkanal ein, je kleiner die einzusprit- strömungsgünstige Anordnung und Ausbildung der zende Kraftstoffmenge bzw. die Last ist. Dabei wird Ventilsitze in der Wand des Zylinderkopfes zu bedie mittlere Querschnittsfläche des Durchgangs, die lassen.

dem Strahlenkegel des eingespritzten Kraftstoffs pro 55 Dadurch werden einerseits eine gleichmäßig über

Zeiteinheit und Kurbelwinkel zwischen der Kolben- den Kolbenquerschnitt verteilte thermische Belastung

erhöhung und der Wandung des Uberströmkanals mit Isothermenkurven um die Achse des Kolbens als

zum Durchtreten verbleibt mit abnehmender Last klei- Symmetrieachse und dementsprechend gleichmäßige

ner, d. h. der Drosseleffekt wird kontinuierlich größer Ausdehnungen in Umfangsrichtung erzielt sowie ört- und dementsprechend auch die Zusammensetzung 60 liehe Überhitzungen des Kolbens vermieden und

des Gemisches zumindest in der Hauptkammer ge- andererseits eine hinreichend große Verwirbelung

ändert. des Gemisches selbst an denjenigen Stellen der Haupt-

Ab geringen Teillasten und bei Leerlauf, vgl. kammer, die am weitesten von der mit der Vor-

Fig. 2C und 2D, ist der Durchgang während des kammer in Verbindung stehenden Mündung des Einspritzvorgangs nur noch sehr wenig geöffnet. 65 Uberströmkanals entfernt liegen, mit einem relativ

Demzufolge verbleibt quasi der gesamte Kraftstoff in kleineren Energiepotential der aus der Vorkammer

der Vorkammer, während sich in der Hauptkammer austretenden Gase angeregt, als wenn die Vorkam-

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gegenüber der Zylinderachse exzentrisch angeordnet wäre.

Die gleichachsige Anordnung der Vorkammer und des Zylinders ermöglicht es auch, das Luft-Kraftstofi-Gemisch im oberen Teillastbereich in den Zonen der Hauptkammer gleichmäßig zu verteilen, die von der mit der Vorkammer in Verbindung stehenden Mündung des Überströmkanals am weitesten entfernt sind. Dadurch wird der Gehalt an unverbrannten Bestandteilen in den Abgasen, insbesondere im oberen Teillastbereich und bei Vollast verringert und vor allem eine bessere Ausnutzung der Verbrennungsluft erreicht.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine gleichachsige Anordnung beschränkt, vielmehr können die Vorkammer, der Strahlenkegel der Einspritzdüse, der Überströmkanal und die Kolbenerhöhung 8 gegenüber der Achse des Zylinders eine exzentrische und/ oder geneigte Lage einnnehmen.

Fig. 3 veranschaulicht ein derartiges Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorkammer 3, die Kolbenerhöhung 8 und die Einspritzdüse 6 mit Bezug auf die Zylinderachse exzentrisch angeordnet und gegen diese Achse geneigt sind. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung, nämlich eine kontinuierliche Änderung der Drosselwirkung zwischen Überströmkanal und Kolbenerhöhung sowie eine im wesentlichen dem Strahlenkegel des eingespritzten Kraftstoffs angepaßte Wandung 9 des Überströmkanals 4 und eine entsprechend ausgebildete Wand der Kolbenerhöhung 8, das Eintauchen der Kolbenerhöhung ab einem Kurbelwinkel zwischen 35° bis 15° vor dem oberen Totpunkt und außerdem die in dem Kolbenboden ausgebildete ringförmige Vertiefung 10, die mindestens 70 °/o des Totraumvolumens begrenzt, finden sich auch hier.

Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise besonders für relativ kleine Zylinder geeignet, wenn der für die Ventile im Zylinderkopf erforderliche Platz eine symmetrische Anordnung der Kolbenerhöhung entsprechend der Ausbildung gemäß F i g. 1 nicht zuläßt.

Um bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 trotz der exzentrischen Anordnung der Kolbenerhöhung 8 und der Einspritzdüse 6 bei Vollast nicht eine weniger gute Gleichförmigkeit der Kraftstoffverteilung in der Hauptkammer zu erhalten, wird eine Einspritzdüse 6 mit einer derartigen asymmetrischen Verteilung des Kraftstoffs verwendet, daß der größere Kraftstoffanteil in Richtung der Zylinderachse in einer Zone 5 α der Hauptkammer anfällt, die am weitesten von der Kolbenerhöhung entfernt ist und deren Volumen größer als dasjenige einer diametral gegenüberliegenden und der Kolbenerhöhung benachbarten Zone 5 b ist. Diese beiden Zonen sind durch eine gemeinsame Ebene begrenzt, welche von der Achse des Strahlenkegels durchstoßen wird und rechtwinklig zu der Ebene verläuft, welche durch die Kolbenerhöhung und die Zylinderachse hindurchgeht.

Ein Beispiel einer für asymmetrische Kraftstoffverteilung geeigneten Einspritzdüse ist in F i g. 3 a in einer Ansicht von unten, von dem Überströmkanal 4 aus gesehen, in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Auf der der Zone 5 α der Hauptkammer zugewandten Seite sind Kraftstoffaustrittsöffnungen 15 α mit einem entsprechend der Asymmetrie größeren Gesamtquerschnitt vorgesehen als die Summe der Querschnitte der der auf der Zone 5 b der Hauptkammer zugewandten Seite angeordneten Kraftstoffaustrittsöffnungen 15 b.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und im Zylinderkopf angeordneter Vorkammer, in welcher an der der Vorkammeröffnung gegenüberliegenden Stelle eine Einspritzdüse angeordnet ist, die den Kraftstoff in Richtung durch den Überströmkanal zur Hauptkammer im Zylinder in Form eines Strahlenkegels einspritzt, und der Kolbenboden eine aus einer ringförmigen Vertiefung herausragende Erhöhung aufweist, die im Bereich des oberen Totpunkts in den Überströmkanal eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Änderung der Drosselwirkung zwischen Überströmkanalwand (4,9) und Kolbenerhöhung (8) die Form der Kolbenerhöhung etwa dem Strahlenkegel angepaßt ist, und daß die Kolbenerhöhung so ausgelegt ist, daß sie ab einem Kurbelwinkel zwischen 35° bis 15° vor dem oberen Totpunkt in den Überströmkanal eintaucht, und daß die ringförmige Vertiefung ein Volumen von mindestens 70 °/o des Totraumvolumens aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenerhöhung

(8) in dem Überströmkanal (4) in einem Kurbelwinkelbereich von 20° vor bis nach dem oberen Totpunkt einen ringförmigen Durchgang mit einer Querschnittsfläche von kleiner als 5% des Zylinderquerschnitts frei läßt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Öffnungswinkel des Strahlenkegels zwischen 10° und 70° beträgt und vom Öffnungswinkel der Wandung

(9) des Überströmkanals (4) und bzw. oder der Kolbenerhöhung (8) weniger als 10° abweicht.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1. bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenerhöhung (8) bzw. die Überströmkanalwand (9) oder beide wenigstens eine an sich bekannte drallfördernde Rille (13,14) aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille (13) sich bis in die ringförmige Vertiefung (10) des Kolbens (7) erstreckt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse der Einspritzdüse (6) in bekannter Weise mit der Zylinderachse zusammenfällt.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei außermittiger" und/oder geneigter Strahlachse der Einspritzdüse (6) eine asymmetrische Kraftstoffverteilung in der Weise vorliegt, daß der größere Kraftstoffanteil in Richtung zur Zylinderachse anfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen