DE1576008A1

DE1576008A1 - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzuendung und Qualitaetsregelung

Info

Publication number: DE1576008A1
Application number: DE1967D0054270
Authority: DE
Inventors: Hoffmann Dipl-Ing Heinz; Helmut Wagner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1967-10-05
Filing date: 1967-10-05
Publication date: 1970-05-21
Also published as: DE1576008B2

Description

"luftverdichtende E inspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und Qualitätsregelung"

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrennkraft-

maschine mit Fremdzündung und Qualitätsregelung mit einem im

Kolben angeordneten, wenigstens annähernd rotationssymmetrischen

Brennraum, in dem gegen Ende des Verdichtungshubes eine durch

bekannte Maßnahmen erzeugte luftdrehbewegung um die Brennraum-

achee vorhanden ist, und auf dessen Wand Kraftstoff etwa in

Richtung der Luftbewegung und etwa tangential bei nicht zu ver-

nachlässigender freier Strahllänge auftrifft und an dieser ent-

langstreicht, und mit einem im Zylinderkopf angeordneten Neben-

brennraum mit Einspritzdüse und Zündquelle.

Maschinen der vorgenannten Art erfordern, daß sich unabhängig

von Belastung und Drehzahl und damit eingespritzter Kraftstoff-

menge zum Zeitpunkt der Zündung an der Zündquelle ein zündfähiges

Kraftstoff-luft-Gemisch befindet. Die gleiche Aufgabenstellung

gilt auch für luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen mit

Selbstzündung -und Qualitätsregelung bei Betrieb mit Kraftstoffen

stark unterschiedlicher Selbstzündwilligkeit, wo es erwünscht

ist, bei Verwendung von selbstzündwilligen Kraftetoffen (Diesel-

öl) mit Selbstzündung und bei selbstzündungsunwilligen Kraft-

stoffen mit Fremdzündung arbeiten zu können. Bei der gleichen

Maschinenart ist es ferner wünschenswert, zur Verbesserung des

Start- und Warmlaufverhaltens eine-Fremdzündung zu verwenden,

die nach Abschluß des Start- bzw. Warmlaufvorganges abgeschaltet

wird.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die je nach

Belastung und Drehzahl unterschiedlich große Kraftstoffmenge so

in den Zylinderraum einzubringen, daß an der Zündquelle unabhän-

gig von der jeweiligen Belastung der Brennkräftmasehine stete

ein zündfähiges Gemisch angelagert wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen da-

durch gelöst, daß der Nebenbrennraum die Form einer etwa halb-

kugelartigen Mulde mit einem 5 bis 20% des gesamten Brennraumes

betragenden Volumens aufweist und im Bereich einer Umfangsstelle

des Kolbenbrennraumes angeordnet ist, und daß die Einspritzdüse

im Nebenbrennraum so angeordnet und auch so ausgebildet ist, daß

außer einer in den Kolbenbrennraum gespritzten Kraftstoffteil-

menge eine weitere Kraftstoffteilmenge schräg gegen Wandteile des

Nebenbrennraumes gespritzt wird.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß mit der kurz vor der

Zündung erfolgenden Einspritzung eine Teilmenge des Kraftstoffes

in den unmittelbaren Bereich der im Nebenbrennraum befindlichen

Zündquelle gelangt und in diesem Bereich an die Wand des Neben-

brennraumes angelagert wird, wo sie dem direkten Zugriff des

Luftwirbels zunächst entzogen ist und nach ihrer Wiederablösung

in aufbereiteter Dampfform von der Zündquelle sofort gezündet

werden kann. Trotzdem wird aber durch die im Verhältnis zu sei-

nem Volumen große Öffnung des Nebenbrennraumes eine gute Spülung

dieses Raumes gewährleistet.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung kann

die Einspritzdüse in an sich bekannter Weine entweder als Zwei-

lochdüse ausgebildet sein, deren eine Lochrichtung schräg gegen

die Wand den Nebenbrennraumes gerichtet ist, oder als Zapfen-

düse, deren Strahlkegel mit einem Teil seines Kegelmantels gegen

Wandteile des Nebenbrennraumes gerichtet ist. Dabei ist es ins-

besondere im letztgenannten Fall vorteilhaft, wenn der Neben-

brennraum an seinem Rand eine die Öffnung wenigstens entlang

einem Teil ihres Umfanges einschnürende innere Ringschulter auf-

weist, weil eine solche Ringschulter dazu beiträgt, daß der an

dieser Stelle auftreffende Kraftstoffanteil schräg gegen die

dortige Wandung auftrifft und an der Wand entlangstreicht, um

damit die Aufbereitung in an sich bekannter Weise zu verbessern.

Dadurch ist zugleich aber auch noch erreicht, daß der einmal

auf die Wand aufgetragene Kraftstoff nicht in den Hauptbrenn-

raum abtropft und im Nebenbrennraum als Zündmenge zurückgehal-

ten wird.

Die günstige Aufbereitung des an der Wand des Nebenbrennraumes

entlangstreichenden Kraftstoffanteils kann auch noch dadurch

verbessert werden, wenn der Nebenbrennraum gemäß einer weiteren

Ausgestaltung der Erfindung in an sich bekannter Weise gegen-

über den übrigen Wandteilen des Zylinderraumes weniger gekühlt

und z.B. als wärmeisolierter Einsatz ausgebildet ist.

Nach einer wiederum anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung

der Erfindung liegt der Nebenbrennraum in der nach dem Kolben

hin gerichteten Projektion mit dem größeren Teil seines Öffnungs-

querschnittes nodh außerhalb des Kolbenbrennraumes über dem die-

sen umgebenden Teil der Kolbenkrone. Hierdurch wird erreicht,

daB nach der Zündung die Flammenfront aus dem teilweise abge-

deckten Nebenbrennraum mit einer entsprechend der verkleinerten

Nebenbrennraumöffnung höheren Geschwindigkeit ähnlich wie in

einem Schußkanal in den Hauptbrennraum übertritt und so ein

schnelles Durchbrennen der gesamten Ladung bewirkt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die lichte

Weite des Kolbenbrennraumes dicht über deesen Boden auf einen

etwas kleineren Durchmesser abgesetzt, wobei die dadurch gebildete Ringschulter in die obere Seitenwand des Kolbenbrennraumes über eine rotationssymmetrische Abrundung übergeht. Bei einer derartigen Anordnung mit Einspritzung des Kraftstoffes auf den oberhalb der Ringschulter befindlichen Seitenwandbereich kann der weitaus überwiegende Teil des Kraftstoffes durch die Ringschulter im Bereich der oberen Seitenwand des Kolbenbrennraumes zurückgehalten werden, wo die unverbrauchte Verbrennungsluft dauernd vorbeistreicht und eine gute Gemischbildung und Verbrennung gewährleistet. Insbesondere wird vermieden, daß der an der Seitenwand entlangstreichende Kraftstoff in den mittleren Bodenbereich des Kolbenbrennraumes und von dort in den sich mit Verbrennungsgasen füllenden heißen Mittelkern des Brennraumes gelangen kann.

Die Zündquelle kann in an sich bekannter Weise entweder als Zündkerze oder als Glühkerze ausgebildet sein.

Nach einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung kann schließlich das Verdichtungsverhältnis so gewählt werden, daß bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit selbstzündwilligen Kraftstoffen die Fremdzündung ausgeschaltet und die Maschine mit Selbstzündung betrieben werden kann. Dies ist insofern von Vorteil, als mit einer derartigen Brennkraftmaschine selbstzündwillige Kraftstoffe mit Selbstzündung und selbstzündungsunwillige Kraftstoffe mit Fremdzündung verbrennt werden können, ohne daß das Verdichtungsverhältnis - wie bisher bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung für Vielstoffbetrieb erforderlich -mit Rücksicht auf Kraftstoffe hoher Selbatzündungsunwilligkeit sehr hoch gewählt werden muß. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: Fig. 1 eine dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Einspritzbrennkraftmaschine in einem Teillängsschnitt durch ihren den Gesamtverbrennungsraum bildenden Teil; Fig. 2 den Kolben der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht (zur besseren Veranschaulichung der Einspritzung ist die über dem Kolben befindliche Einspritzdüse mit eingezeichnet); Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung des Kolbens der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 3.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine weist der

in einem Arbeitszylinder 1 in üblicher Weise hin- und herbeweg-

liche Kolben 2 einen axialen, im wesentlichen zylindrischen

Kolbenbrennraum 3 auf, während im Zylinderkopf 4 der Brennkraft-

Maschine noch ein als etwa halbkugelartige Mulde ausgebildeter

Nebenbrennraum 5 angeordnet ist, dessen Volumen 5 bis 2096 des

gesamten Brennraumes beträgt. Der Nebenbrennraum 5 liegt mit

seiner Mitte gerade etwa über einer Randstelle des Kolbenbrenn-

raumes 3, womit er in der nach dem Kolben 2 hin gerichteten

Projektion mit dem größeren Teil seines Öffnungsquerschnittes

noch außerhalb des Kolbenbrennraumes 3 über dem diesen umgebenden

Teil der Kolbenkrone liegt, wie es insbesondere aus fig. 2 er-

sichtlich iet.

In dem an seinem Rand eine die Öffnung einschnürende innere Ringschulter 6 aufweisenden Nebenbrennraum 5 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel am Grunde der Mulde eine Zündkerze 7 und in dem der Mitte des Kolbenbrennraumes 3 abgelegenen Seitenwandbereich eine Zweiloch-Einspritzdüse 8 angeordnet, deren einer. Strahl 9 schräg gegen die Wand des Nebenbrennraumes 5 und dessen anderer Strahl 10 schräg gegen die obere Seitenwand 11 des Kolbenbrennraumes 3 auftrifft; vergl. Fig. 2.

Die lichte Weite des Kolbenbrennraumes 3 ist dicht über dessen Boden 12 auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt, wobei die dadurch gebildete Ringschulter 13 in die obere Seitenwand 11 über eine rotationssymmetrische Abrundung 1¢ übergeht. An den inneren Rand der Ringschulter 13 schließt die untere Seitenwand 15 des golbenbrennraumes 3 scharfkantig an.

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine verhindert

>renn-

die Ringschulter 6 des Nebenraumes ein Abtropfen von mit dem

Strahl 9 in den Nebenbrennraum eingespritzten Kraftstoffes in

den Zylinderraum. Außerdem wird durch die Ringschulter verhindert,

daß der auf die obere Seitenwand 11 des Kolbenbrennraumes schräg

aufgespritzte Kraftstoff in den mittleren Bereich des Bodens 12

des Kolbenbrennraumes gelangt, von wo aus er in den sich mit

Verbrennungsgasen füllenden heißen Mittelkern des Brennraumes

gelangen könnte.

Das Verdichtungsverhältnis der beschriebenen Brennkraftmaschine

ist so gewählt, daß bei Betrieb der Brennkraftmasehine mit selbst-

zündwilligen Kraftstoffen die Fremdzündung ausgeschaltet und die

Maeehine mit Selbstzündung betrieben werden kann. Die Brennkraft-

maschine kann ferner mit Fremdzündung geetartet und gegebenen-

falle warmgefahren werden, um sie anschließend nach Abschalten

der Zündung mit Selbstzündung zu betreiben.

Die in den Fig. 3 und ¢ dargestellte, dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Brennkraftmaschine unterscheidet sich von der bereits beschriebenen lediglich dadurch, daß statt einer Lochdüse eine Zapfendüse 16 als Einspritzdüse vorgesehen ist. Der im wesentlichen in den Kolbenbrennraum 3 gerichtete Strahlkegel 17 der Zapfendüse 16 ist mit einem Teil 18 seines Kegelmantels noch gegen die Ringschulter 6 des Nebenbrennraumes 5 gerichtet, wodurch eine Teilmenge Kraftstoff über die Ringschulter in den Nebenbrennraum 5 abgelenkt wird und dort zur Aufbereitung eines zündfähigen Gemisches vor der Zündkerze 7 zur Verfügung steht. In dem zuletzt erwähnten Beispiel wird der größere Kraftstoffanteil in den Kolbenbrennraum eingebracht. Es ist aber unabhängig von der Art der verwendeten Einspritzdüse auch möglich, daß die in den Nebenbrennraum eingespritzte Kraftstoffteilmenge gleichgroß oder größer ist als die in den Kolbenbrennraum eingespritzte Kraftstoffteilmenge. Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Um die Verdampfung des auf die Nebenbrennraumwand gespritzten Kraftstoffes zu beschleunigen, kann der Nebenbrennraum in an sich bekannter Weise gegenüber den übrigen Wandteilen des Zylinderraumes auch weniger gekühlt und z.B. als wärmeisolierter Einsatz ausgebildet siin. Insbesondere für den Fall, daß eine Fremdzündung nur vorübergehend, beispielsweise beim Anlassen und während des Warmlauts der Brennkraftmaschine, benötigt wird, kann statt einer Zündkerze als Zündquelle auch eine Glühkerze vorgesehen sein, ohne daß dadurch der in den nachstehenden insprüchen niedergelegte Schutzbereich verlassen wird.

Claims

Ansprüche 1. huftverdichtende Einapritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und Qualitätsregelung mit einem im Kolben angeordneten, wenig- stens annähernd rotationssymmetrischen Brennraum, in dem gegen Ende des Verdichtungshubes eine durch bekannte Maßnahmen er- zeugte luftdrehbewegung um die Brennraumachse vorhanden ist, und auf dessen Wand Kraftstoff etwa in Richtung der Luftbe- wegung und etwa tangential bei nicht zu vernachlässigender freier Strahllänge auftrifft und an dieser entlangstreicht, und mit einem im Zylinderkopf angeordneten Nebenbrennraum mit Einspritzdüse und Zündquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum (5) die Form einer etwa halbkugelartigen Mulde mit einem 5 bis 20% des gesamten Brennraumes betragenden Volu- mens aufweist und im Bereich einer des Kolben- brennraumes (3) angeordnet ist, und daB die Einspritzdüse (8 bzw. 15) im Nebenbrennraum (5) so angeordnet und auch so ausgebildet ist, daß außer einer in den Kolbenbrennraum ge- spritzten Kraftstoffteilmenge (Strahl 10 bzw. Strahlteil 17) eine weitere Kraftatoffteilmenge (Strahl 9 bzw. Strahlteil 18) schräg gegen Wandteile des Nebenbrennraumes (5) gespritzt wird. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse in an sich bekannter Weise als Zwei- lochdüse (8) ausgebildet ist, deren eine loehrichturig schräg gegen die Wand des Nebenbrennraumes (5) gerichtet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse in an sich bekannter Weise als Zapfendü- se (16) ausgebildet ist, deren Strahlkegel mit einem Teil (18)

seines Kegelmantels gegen Wandteile (Ringschulter 6) des Nebenbrennraumes (5) gerichtet ist. 4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum (5) an seinem Rand eine die Öffnung wenigstens entlang einem Teil ihres Umfanges einschnürende innere Ringschulter (6) aufweist. 5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum (5) in an sich bekannter Weise gegenüber den übrigen Wandteilen des Zylinderraumes weniger gekühlt und z.B. als wärmeisolierter Einsatz ausgebildet ist. 6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum (5) in der nach dem Kolben (2) hin gerichteten Projektion mit dem größeren Teil seines Öffnungsquerschnittes noch außerhalb des Kolbenbrennraumes (3) über dem diesen umgebenden Teil der Kolbenkrone liegt. 7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Kolbenbrennraumes (3) dicht über dessen Boden (12) auf einen etwas kleineren Durchmesser abgesetzt ist und die dadurch gebildete Ringschulter (13) in die obere Seitenwand (11) des Kolbenbrennraumes (3) über eine rotationssymmetrische Abrundung (14) übergeht. B. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle in an eich bekannter Weise als Zündkerze (7) ausgebildet ist. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle in an sich bekannter Weise als Glühkerze ausgebildet ist. 10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis so gewählt ist, daß bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit selbstzündwilligen Kraftstoffen die Fremdzündung ausgeschaltet und die Maschine mit Selbstzündung betrieben werden kann.