DE1576008C3 - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und Güteregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende j Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und Güteregelung mit einem im Kolben angeordneten, wenigstens annähernd rotationssymmetrischen Brennraum, in dem gegen Ende des Verdichtungshubes eine Luftdrehbewegung um die Brennraumachse vorhanden ist, und mit einem im Zylinderkopf angeordneten, gegenüber dem Kolbenbrennraum wesentlich kleineren, in seinem vom Kolben abgewandten Bereich durch eine kugelige Fläche begrenzten Nebenbrennraum, der mit einer Umfangsstelle des Kolbenbrennraumes in Verbindung steht und in dem eine Zündquelle und eine Einspritzdüse angeordnet sind, von der aus im Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens kurz vor dem Zündzeitpunkt eine Kraftstoffteilmenge etwa tangential in Richtung der Luftdrehbewegung auf die Wand des Kolbenbrennraumes und eine weitere Kraftstoffteilmenge in den Nebenbrennraum gespritzt wird.

Bei einer vorgenannten bekannten, in der DT-AS 10 31 573 beschriebenen Brennkraftmaschine steht der vorzugsweise kugelförmige Nebenbrennraum mit dem Zylinderraum über einen gegenüber dem Durchmesser des Nebenbrennraumes wesentlich engeren Schußkanal in Verbindung, der bei am Ende seines Verdichtungshubes befindlichem Kolben der Brennkraftmaschine vollständig in den Kolbenbrennraum ausmündet. Die Einspritzdüse ist als Zweilochdüse ausgebildet, deren einer Strahl mitten in den Nebenbrennraum gerichtet ist und damit durch die während der Einspritzung durch den Schußkanal in diesen Raum mit hoher Geschwindigkeit einströmende Verbrennungsluft im wesentlichen luftverteilt verwirbelt wird. Auf diese Weise soll im Nebenbrennraum eine günstige Vorbedingung für die Selbstzündung geschaffen werden, nach der die Verbrennungsgase durch den Schußkanal in bekannter Weise in den Kolbenbrennraum expandieren und überströmen, wo sie das dortige Kraftstoffgemisch zuverlässig zünden und damit auch eine weitere vollständige Verbrennung des dortigen Gemisches sicherstellen. Wenn sich eine solche Brennkraftmaschine dadurch auch grundsätzlich für eine Güteregelung eignet, so ist doch noch nachteilig, daß der zur optimalen Verwirbelung des in den Nebenbrennraum gerichteten Einspritzstrahles benötigte enge Verbindungskanal zum Zylinderraum nach der Zündung und Verbrennung im Nebenbrennraum eine dortige optimale Ausspülung von den Verbrennungsgasen erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Brennkraftmaschine so zu vervollkommnen, daß auch der Nebenbrennraum zuverlässig ausgespült wird und die erste Zündung im Nebenbrennraum trotzdem selbst bei Verwendung von Kraftstoffen stark unterschiedlicher Zündwilligkeit, sichergestellt wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch

gelöst, daß der Nebenbrennraum eine etwa halbkugelförmige, mit dem größeren Teil ihres Öffnungsquerschnittes noch seitlich des Kolbenbrennraumes befindliche Mulde im Boden des Zylinderkopfes mit einem 5 bis 20% des gesamten Brennraumes betragenden VoIumen bildet und die weitere Kra/tstoffteilmenge schräg gegen Wandteile des Nebenbrennraumes gespritzt wird. ■ . . . '•■'-s^'ik^^is-wss^rr^y--- '^y' ~ '

Durch diese Ausbildung der Brennkraftmaschine wird erreicht, daß die kurz-vor der Zündung in den unmittelbaren Bereich der im Nebenbrennraum befindlichen Zündquelle eingespritzte Teilmenge des Kraftstoffes in diesem Bereich an die Wand des Nebenbrennraumes 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. Es entfällt also die Notwendigkeit einer intensiven Verwirbelung eines luftverteilt eingespritzten Kraftstoffanteils im Nebenbrennraum und damit die Notwendigkeit eines Schußkanals für diesen Zweck, was den großen Vorteil mit sich bringt, daß nach erfolgter Zündung und Verbrennung während des Expansionshubes des Kolbens eine zuverlässige vollständige Spülung des Nebenbrennraumes sichergestellt wird. Dadurch, daß die den Nebenbrennraum bildende Mulde sich mit dem größeren Teil ihres Öffnungsquerschnittes noch seitlich des Kolbenbrennraumes befindet, wird aber trotzdem erreicht, daß nach der Zündung die Flammenfront aus dem teilweise abgedeckten 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.

Durch die DT-AS 10 65 660 ist es zwar bereits bekannt, eine Teilmenge eines in einen im Zylinderkopf befindlichen rotationssymmetrischen Brennraum eingespritzten Kraftstoffs an die Wand dieses Brennraumes etwa tangential in Richtung der dortigen Luftdrehbewegung anzulagern. Da es sich dort jedoch nicht um einen Nebenbrennraum, sondern um den einzigen Hauptbrennraum handelt, offenbart dieser Stand der Technik mit der vorgenannten Offenbarung nicht mehr als die längst übliche Wandanspritzung eines Brennraumes. Mit der vorliegenden Erfindung, die ausschließlich auf die Gestaltung eines zusätzlich zum Hauptbrennraum vorgesehenen Nebenbrennraumes und auf die dortige Zündeinleitung gerichtet ist, hat dieser Stand ^; der Technik nichts zu tun.

Weiterhin ist es durch die DT-PS 8 30 583 und die DT-AS 10 25 669 bereits bekannt, einen Teil des eingespritzten Kraftstoffs gegen Wandbereiche eines Nebenbrennraumes einer Brennkraftmaschine einzuspritzen, während der Hauptteil des Kraftstoffs in den Zylinderraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da es sich in beiden Fällen jedoch um gemischverdichtende Brennkraftmaschinen handelt, bei denen die Einspritzung somit in den Saughub der Brennkraftmaschine erfolgt und das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende, nur bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen gegebene Problem nicht angesprochen ist, hat auch dieser Stand der Technik mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung kann in an sich bekannter Weise die Ein- ;pritzdüse entweder als Zweilochdüse ausgebildet sein, ieren eine Lochrichtung schräg gegen die Wand des Nebenbrennraumes gerichtet ist, oder als Zapfendüse, deren Strahlkegel mit einem Teil seines Kegelmantels gegen Wandteile des Nebenbrennraumes gerichtet ist Dabei ist es insbesondere im letztgenannten Fall vorteilhaft, wenn der Nebenbrennraum an seinem Rand eine die öffnung wenigstens entlang einem Teil ihres Umfangs einschnürende innere Ringschulter-aufweist, weil eine solche Ringschulter dazu beiträgt daß der an dieser Stelle auftreffende Kraftstoffanteil schräg gegen die dortige Wandung auftrifft und an der· Wand ent-f langstreicht, 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 Hauptbrennraum abtropft und im Nebenraum als Zündmenge zurückgehalten wird. · ; ■ ■:··.· ";.·:.·-- "~-f%v^;-ixi_ Die günstige Aufbereitung des an der Wand des Ne-" benbrennraumes entlangstreichenden Kraftstoffanteils kann weiterhin verbessert werden, wenn der Neben-"y brennraum gemäß einer weiteren Ausgestaltung der i Erfindung in an sich bekannter Weise gegenüber den" übrigen Wandteilen des Zylinderraumes weniger gekühlt und z. B. als wärmeisolierter Einsatz ausgebildet

ISt. · · · ■■:.■:.-■ -.-■>-■ ■-■-·■- r:

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die lichte Weite des Kolbenbrennraumes dicht über dessen 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 verbrannt werden können, ohne daß das Verdichtungsverhältnis — wie bisher bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung für Vielstoffbetrieb erforderlich -r'mit Rücksicht auf Kraftstoffe hoher Selbstzündungsunwilligkeit sehr hoch gewählt werden muß. :

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt -.■·.-..·..

F i g. 1 eine dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Einspritzbrennkraftmaschine in einem Teillängsschnitt durch ihren den Gesamtverbrennungsraum bildenden Teil,

F i g. 2 den Kolben der Brennkraftmaschine gemäß F i g. 1 in einer Draufsicht (zur besseren Veranschauli-

chung 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 F i g. 3. '.:.

Bei der in F i g. T dargestellten Brennkraftmaschine weist der in einem Arbeitszylinder 1 in üblicher Weise hin- und herbewegliche Kolben 2 einen axialen, im we- ίο sentlichen zylindrischen Kolbenbrenriraum 3 auf, während im Zylinderkopf 4/der Brennkraftmaschine noch ein.als etwa halbkugelartige Mulde ausgebildeter Nebenbrennraum 5 angeordnet ist, dessen Volumen 5 bis 20% des gesamten^ Brennraumes beträgt Der Nebenbrennraum 5 liegt mit seiner Mitte gerade etwa über einer Randstelle des Kolbenbrennraumes 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 F i g: 2 ersichtlich ist ■ ·^:

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 Kolbenbrerinraumes 3 abgelegenen Seitenwandbereich eine Zweilöch-Einspritzdüse 8 angeordnet, deren einer Strahl 9 schräg gegen" die Wand des Nebenbrennraumes 5' und deren anderer Strahl 10 schräg gegen die obere Seitenwand 11 des Kolbenbrennraumes 3 auftrifft; yerg!.;F i g: 2.

Die lichte Weite des Kolbenbrehnraumes 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 14 übergeht An den inneren Rand der Ringschulter 13 schließt die untere Seitenwand 15 des Kolbenbrennraümes 3 scharfkantig an.

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine verhindert die Ringschulter 6 des Nebenbrennraumes ein Abtropfen von mit dem Strahl 9 in den Nebenbrennraum eingespritztem Kraftstoff in den Zylinderraum. Außerdem wird durch'die Ringschulter verhindert, daß der auf die obere Seitenwand 11 des Kolben- brennraumes 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. ':'.'■ __'-- /Lr

Das Verdichtungsverhältnis der beschriebenen" Brennkraftmaschine ist so gewählt, daß bei Betrieb der=T Brennkraftmaschine mit selbstzühdwilligen .Kraftstoff! fen die Fremdzündung ausgeschaltet und die Maschine I mit Selbstzündung betrieben werden kann. Die Brenn-1 kraftmaschine kann ferner mit Fremdzündung gestartet und gegebenenfalls warmgefahren werden, um sie 'än-Π schließend nach Abschalten der Zündung mit Selbst-ΐ zündung zu betreiben.' "-^:.:: ~_r ■,' /^ ;r; v{,- ":

Die in den F i g. 3 und'4 dargestellte, dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Brennkraftmaschine unterscheidet sich von der bereits beschriebenen lediglich dadurch, daß statt einer Lochdüse ejne 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 hoch 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 gleich groß 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 sein. Insbesondere für den Fall, daß eine Fremdzündung nur vorübergehend, beispielsweise beim Anlassen und während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine, benötigt wird, kann statt einer Zündkerze als Zündquelle auch eine Glühkerze vorgesehen sein, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich verlassen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und Güteregelung mit einem im Kolben angeordneten, wenigstens annähernd rotationssymmetrischen Brennraum, in dem gegen Ende des Verdichtungshubes eine Luftdrehbewegung um die Brennraumachse vorhanden ist, und mit einem im Zylinderkopf angeordneten, gegenüber dem Kolbenbrennraum wesentlich kleineren, in seinem vom Kolben abgewandten Bereich durch eine kugelige Fläche begrenzten Nebenbrennraum, der mit einer Umfangsstelle des Kolbenbrennraumes in Verbindung steht und in dem eine Zündquelle und eine Einspritzdüse angeordnet sind, von der aus im Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens kurz vor dem Zündzeitpunkt eine Kraftstoffteilmenge etwa tangential in Richtung der Luftdrehbewegung auf die Wand des Kolbenbrennraumes und eine weitere Kraftstoffteilmenge in den Nebenbrennraum gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum (5) eine etwa halbkugelförmige, mit dem größeren Teil ihres Öffnungsquerschnittes noch seitlich des Kolbenbrennraumes (3) befindliche Mulde im Boden des Zylinderkopfes (4) mit einem 5 bis 20% des gesamten Brennraumes betragenden Volumen bildet und die weitere Kraftstoffteilmenge (Strahl 9 bzw. Strahlteil 18) schräg gegen Wandteile des Nebenbrennraumes (5) gespritzt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Einspritzdüse als Zweilochdüse (8) ausgebildet ist, deren eine Lochrichtung schräg gegen die Wand des Nebenbrennraumes (5) gerichtet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Einspritzdüse als Zapfendüse (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 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.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Zündquelle als Zündkerze (7) ausgebildet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Zündquelle als Glühkerze ausge bildet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorherge-l henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß! das Verdichtungsverhältnis so gewählt ist, daß bei i Betrieb der Brennkraftmaschine mit selbstzündwilli-1 gen Kraftstoffen die Fremdzündung ausgeschaltet j und die Maschine mit Selbstzündung betrieben wer- j den kann.