DE1576030B2

DE1576030B2 - Brennkraftmaschine mit als zuendkerzenvorkammer ausgebildeter verdampfungskammer

Info

Publication number: DE1576030B2
Application number: DE19671576030
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr 8502 Zirn dorf Stumpfig (verstorben)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-01-27
Filing date: 1967-01-27
Publication date: 1973-02-08
Also published as: DE1576030C3; DE1576030A1; FR1554123A; GB1210101A; US3661125A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, bei der mindestens der. zur Zündung erforderliche Brennstoff in eine zum Brennraum hin offene, als Zündkerzenvorkammer ausgebildete Verdampfungskammer eingebracht und darin auf einer heißen, nicht gekühlten Verdampfungskammerwand niedergeschlagen, verdampft und nach Zündung durch eine Zündkerze als Feuerstrom in den Brennraum geblasen wird.

Die bekannten Maschinen dieser Art können wegen der erzielten Gemischschichtung und wegen der Brennstoffverdampfung sowohl im Leerlauf als auch bei Teillast mit Luftüberschuß arbeiten. Deshalb zeichnen sie sich in diesem Bereich schon durch einen niedrigen Brennstoffverbrauch und einen geringen Giftgehalt in den Abgasen aus. Mangelhaft an ihnen ist aber, daß das Verdampfen des Brennstoffs noch zu langsam für das Arbeiten mit hohen Drehzahlen und großer Brennstoffeinbringung erfolgt.

Diese Mangel werden mittels der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß der Brennstoff schon etwas vor oder ungefähr beim Beendigen der Brenngasentspannung durch einen seitlich an der Verdampfungskammerwand vorgesehenen Ventilraum auf Verdampfungskammerwandteile umlaufend eingebracht wird, die zum Brennraum hin vor der Zündstelle liegen.

Einige besonders vorteilhafte Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt .,

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Zylinderkopfteilstück mit eingeschraubter Vorrichtung zum Einspritzen, Verdampfen und Zünden des Brennstoffs,

Fig.2,3 und 4 je einen Längsschnitt durch eine in einem Zylinderkopf einschraubbare Vorrichtung zum Einblasen, Verdampfen und Zünden des Brennstoffs,

Fig.5 ein Beispiel für das Einschalten des Arbeitsverfahrens einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in den Druckverlauf einer Viertaktmaschine.

Bei der in der F i g. 1 dargestellten Anwendungsform der Erfindung wird mindestens der zur Zündung erforderliche Brennstoff oder der ganze Brennstoff mittels einer Hochdruckpumpe absatzweise in Pfeilrichtung I durch die Leitung α in die im Gehäuse b angeordnete Hochdruckeinspritzdüse c gefördert und von dieser tangential in den länglichen, z. B. zylindrisch gestalteten Verdampfungsraum d eingespritzt. Mit dem Einspritzen des Brennstoffs kann schon etwas vor oder kurz nach dem Beendigen des Arbeitshubes begonnen werden. Zu dieser Zeit strömt aus dem rechts gelegenen Ende des Verdampfungsraums d noch ausgebranntes, d.h. nicht mehr brennendes Brenngas in der Pfeilrichtung II durch den Verdampfungsraum d und dessen Mündung e hindurch in den Brennraum / der Maschine. Bei dieser Spülung des Verdampfungsraums wird der tangential in den Verdampfungsraum eingespritzte Brennstoff darin in Pfeilrichtung III umlaufend zur Mündung e des Verdampfungsraums hin bewegt und dabei auf der Länge und dem Umfang der im Betrieb heißen Wand des Verdampfungsraums verteilt niedergeschlagen. Deshalb und weil das verteilte Niederschlagen des Brennstoffs ziemlich lange vor der Zündung erfolgt, weiter weil die Wand des länglichen Verdampfungsraums eine besonders große Verdampfungsfläche bildet und schließlich weil während des Verdichtungshubes die vorher in den Zylinderraum ohne oder mit Brennstoff eingeführte Luft aus dem Brennraum / in den Verdampfungsraum d gedrückt wird und dadurch der auf der Verdampfungsraumwand verdampfte Brennstoff zusammen mit etwas Luft zur Zündstelle g hin geschoben wird, entsteht auch bei.einer sehr hohen Maschinendrehzahl und bei einer großen Brennstoffeinbringung stets ein sicher zündfähiges Gemisch, das nach der Entzündung an der Zündstelle g als gebündelter Feuerstrom mit sehr großer Geschwindigkeit durch den Verdampfungsraum d hindurch in den Brennraum/ hinausfoläst, dabei die im Verdampfungsraum etwa noch niedergeschlagenen Brennstoffreste schnell verdampft und in den, Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch enthaltenden Brennraum / mitreißt, wo dann die weitere Verbrennung unter kräftiger Wirbelung rasch und vollständig verläuft. Infolge der schnellen Brennstoffverdampfung und der Verdampfungsraumspülung sowie infolge der im Brennraum erzeugten kräftigen Wirbelung erfolgt jede Verbrennung so schnell, daß eine Selbstzündung des. dar-

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auf in den Verdampfungsraum d einzubringenden umlaufend zur Verdampfungsraummündung e hin. Brennstoffs noch weniger erfolgen kann als bei einer Es wird dabei der Brennstoff ebenfalls auf der im üblichen Zweitaktmaschine mit Gemischspülung des Betrieb heißen Wand des Verdampfungsraums verZylinders, teilt niedergeschlagen und verdampft, so daß nun bei Um den Gebrauch einer teueren Hochdruck- 5 jedem folgenden Verdichtungshub Luft oder Brennpumpe für die Brennstoffeinbringung zu erübrigen, stoff-Luft-Gemisch sowie etwas Brennstoffdampf kann an. Stelle einer Zündkerze auch die Vorrichtung durch den Kragenschlitz I in den, geförderten Brenn-" gemäß Fig.2 in den Zylinderkopf einer Maschine stoff enthaltenden Ventilraum,Λ Mneingedrückt wereingeschraubt werden. Hier wird der zur Zündung den und gleichzeitig der Hauptteil des im .Verdampf erforderliche Brennstoff oder der ganze Brennstoff io fungsraum verdampften Brennstoffs zusammen mit mittels einer Niederdruckpumpe, z. B. einer bei den verdichteter Luft oder verdichtetem Brennstoff-Luftmeisten Kraftfahrzeugen vorhandenen, mit der Ma- Gemisch aus dem Brennraum an die Zündstelle g geschine gekuppelten Tankförderpumpe, absatzweise schoben wird, der Brennstoff dort entzündet wird oder fortlaufend in Pfeilrichtung I durch die Lei- und darauf . brennendes Gemisch als ^: Feuerstrom tung α in den, im Gehäuse b angeordneten zylin- 15 durch den Verdampfungsraum d und dessen Mtindrischen Ventilraum h gefördert. Zwischen letzterem dung e hindurch in den Brennraum und den Zylin- und dem länglichen Verdampfungsraum d ist das derraum der Maschine hinausgeblasen, wird, wo dann Ventil/ angeordnet, das zu seiner Führung einen lose die weitere Verbrennung unter kräftiger ,Wirbelung in den Ventilraum h hineinragenden Kragen besitzt schnell und vollständig erfolgt. Weil der zu verdamp- und das durch die dagegen federnde Druckfeder k ein 20 fende Brennstoff auf der Wand des Verdampfungswenig von dem Ventilsitz am linken Ende des Ventil- raums niedergeschlagen und dort zuerst gespeichert raums ή abgehoben wird, wie dies die F i g. 2 zeigt. wird, kann während des Auspuffhubes noch kein In dieser Lage steht der Ventilraum h durch den Brennstoffdampf in den Brennraum und in die Ausschmalen Kragenschlitz / mit dem Verdampfungs- puffleitung gelangen. Erst während des Ansaughubes raum d in Verbindung. Die Weite des Kragenschiit- 25 ist ein Übertreten von Brennstoffdampf aus dem zes Z und die Federstärke sind so bemessen, daß das Verdampfungsraum in den Brennraum möglich und Ventil / bei geringem Überdruck im Zylinderraum, besonders bei hohen Maschinendrehzahlen und groim Brennraum und im Verdampfungsraum ei noch ßer Brennstoffeinbringung zum Vermeiden eines zu geöffnet bleibt und bei starkem Überdruck in den ge- brennstoffreichen Gemisches im Verdampfungsraum nannten Räumen geschlossen wird. Deshalb werden 3° sogar erwünscht. . . .;
bei einer Viertaktmaschine mit dem in F i g. 5 darge- In der gleichen Weise wie die Anwendungsform stellten Druckverlauf im Zylinderraum vom Verdich- nach F i g. 2 arbeiten auch die Anwendungsformen tungsbeginn C an bis zum Erreichen der Druckhö- nach den F i g. 3 und 4, bei denen der Brennstoff he D verdichtete Luft oder verdichtetes Brennstoff- ebenfalls fortlaufend mit niedrigem Druck durch die Luft-Gemisch aus dem Zylinderraum und dem 35 Leitung« in den Ventilraum Λ eingebracht und von Brennraum durch die Mündung e hindurch in den da absatzweise in den länglichen Verdampfungs-Verdampfungsraum d hineingeschoben und ein Teil raum d hineingeblasen wird. Die hier kragenlosen davon durch den Kragenschlitz I in den, geförderten und darum leichteren Ventile i bewegen sich beim Brennstoff enthaltenden Ventilraum h hineingedrückt Öffnen und Schließen in einem zylindrischen Raum, sowie gleichzeitig und anschließend das im Verdamp- 4P an den sich der tangential in den Verdampfungsfungsraum befindliche, ausgebrannte Brenngas entge- raum d mündende Kanal I anschließt, so daß sich der gen der Pfeilrichtung II nach rechts in das geschlos- aus dem Ventilraum h in den Verdampfungsraum d sene Ende des Verdampfungsraums verdrängt. Wäh- hineinblasende Brennstoff darin gleichfalls in Pfeilrend der darauf im Zylinderraum, im Brennraum so- richtung III umlaufend zu der Mündung e des Verwie im Verdampfungsraum auftretenden weiteren 45 dampfungsraums d hin bewegt und dabei auf dessen und stärkeren Drucksteigerung von D auf E schließt Wand verteilt niedergeschlagen wird. Anschließend sich das Ventil/ schlagartig entgegen der Federwir- folgen die gleichen Vorgänge wie bei der Anwenkung und bleibt vom Zündzeitpunkt E an bis zum dungsform nach der F i g. 2. — An Stelle der Schrau-Verringem der Druckhöhe auf A, d. h. ungefähr bis benfederA: kann nach Fig. 4 auch die sehr dünnwanzum Beendigen der Brenngasentspannung im Zylin- 50 dige, elastische Wellenrohrfeder k gebraucht werden, derraum geschlossen. Dann wird das Ventil i durch deren Hohlraum nach außen abgeschlossen ist, wesden Druck der vorher aus dem Verdampfungsraum halb hier das Schließen des Ventils i durch den vom in den Ventilraum h hineingedrückten Ladung sowie Verdampfungsraum d her auf das Ventil wirkenden durch den Federdruck wieder geöffnet, so daß jetzt Gasdruck und durch den im Ventilraum/? auf den bei geöffnetem Ventil i die etwas verdichtete Ventil- 55 Federhohlraum wirkenden Gasdruck erfolgt, so daß raumladung sowie der durch die Leitung α in den der Druckanstieg im Ventilraum h auch bei niedriger Ventilraum eingebrachte Brennstoff während des Maschinendrehzahl nicht übermäßig groß ist. Bei Druckverlaufs A bis B und C durch den Kragen- dieser Anwendungsform erfolgt die Brennstoffejnschlitz/ hindurch tangential in den Verdampfungs- bringung in den Ventilraum h in Pfeilrichtung I raum d hinausblasen. Weil zur gleichen Zeit noch 60 durch die seitlich in den Ventilraum mündende Leiausgebranntes Brenngas aus dem rechten Ende des tunga. ■ ■ ■■ ■■■■■'■■.<:■ ■■■■■■■■ ^-■ -.·-.
Verdampfungsraums d in Pfeilrichtung II durch den Die Anwendungsform nach der* F i g, 2,3 und 4 Verdampfungsraum und dessen Mündung e hindurch sind sehr billig herzustellen, weil sie zusätzlich im in den Brennraum der Maschine abströmt und dabei wesentlichen nur ein Ventil von der Einfachheit eines den Verdampfungsraum spült, bewegt sich auch hier 65 Autoluftschlauchventils erfordern und dessen Kosten die aus dem Ventilraum h tangential in den Ver- im Vergleich zu den erreichten Vorteilen ganz unbedampfungsraum d hinausblasende Ladung zusammen deutend sind. Ein Arbeiten ihrer Ventile in der bemit dem beigefügten Brennstoff in Pfeilrichtung III schriebenen Weise wird dadurch gewährleistet, daß

die Ventile klein und leicht sein können, sie nur einen geringen Hub haben, vom einzubringenden Brennstoff gekühlt werden, für ihr Öffnen sowie für das Einblasen, Niederschlagen und Verdampfen des Brennstoffs im Verdampfungsraum eine sehr lange Zeit zur Verfügung steht und ein rechtzeitiges Schließen der Ventile durch den hohen Druckanstieg im Verdampfungsraum vor dem Zündzeitpunkt bewirkt wird. ; :■ : /■

Selbstverständlich können die Maschinenformen für die Anwendung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auch noch andersartig gestaltet sein. Zum Beispiel kann der Kerzenisolator m in der Nähe der Zündstelle g verdickt sein, so daß der Gasdurchfluß zum hinteren Teil desVerdampfungsraums d bei hohen Maschinendrehzahlen stärker gedrosselt wird als bei niedrigen Drehzahlen und daher der Druckanstieg im Ventilraum h immer ziemlich gleich groß bleibt. — Bei der Anwendungsform nach der F i g. 2 kann an Stelle der Druckfeder k auch eine Zugfeder gebraucht werden, die das Ventil i immer so lange nach rechts gegen den Ventilsitz zieht und das Ventil schließt, bis der Druck im Verdampfungsraum d auf ungefähr 2atü gesunken ist und nun das Ventil/ durch den Druck des fortlaufend in Pfeilrichtung I mit etwas mehr als 2atü in den Ventilraum h eingeführten Brennstoffs sowie durch die Mitwirkung eines im Ventilraum h eingeführten Brennstoffs sowie durch die Mitwirkung eines im Ventilraum h sich bildenden Luft- oder Gaspolsters geöffnet und der Brennstoff durch eine Öffnung tangential in den Verdampf ungsraum d eingespritzt bzw. hinausgeblasen wird, wo er sich, wie bei der Anwendungsform nach der F i g. 1 in Pfeilrichtung III umlaufend weiterbewegt und dabei niedergeschlagen wird. — Möglich ist es auch, die in den Abbildungen dargestellten Ventilräume und Ventile durch ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil zu ersetzen und den zu verdampfenden Brennstoff durch dieses, Ventil in den Verdampfungsraum einzulassen, z.B. einzusaugen. — An Stelle des seitlich neben dem Verdampfungsraum d angeordneten Ventilraums h kann im Gehäuse b auch ein ringförmig um den Verdampfungsraum angeordneter Ventilraum gebraucht werden und dann eine als Ventil und als Ventilfeder wirkende, elastische Federringscheibe aus dünnem, vollwandigem Metallblech so benützt werden, daß der Brennstoff auch ohne eine Umlaufbewegung im Verdampfungsraum verteilt niedergeschlagen wird. — Bei besonders großen Zylindergrößen empfiehlt es sich, zusätzlich noch einen länglichen, von einer Wand umschlossenen Verdampfungsraum im Brennraum der Maschine so anzuordnen, daß eine in den Zylinderkopf eingeschraubte Vorrichtung der beschriebenen Art tangential in den zusätzlichen Verdampfungsraum mündet. Hierfür kann jedes Ende dieses Verdampfungsraums eine Öffnung besitzen und jede Öffnung gleich weit von der tangentialen Mündung entfernt sein.

Wenn stets der ganze Brennstoff im Verdampfungsraum verdampft werden soll und nur Luft in den Zylinderraum eingeführt wird, muß in der Brennstoffzuleitung α eine einfache, den Brennstoffdurchfluß regelnde Vorrichtung, z.B. eine bewegbare, konische Düsennadel eingebaut sein. Es werden dadurch der übliche Vergaser und eine Luftvorwärmung erübrigt. — Weniger vorteilhaft, aber grundsätzlich möglich ist es auch, nur den zur Zündung erforderlichen Brennstoff in stets gleichbleibender Menge in den Verdampfungsraum einzubringen und die zur Erzielung der Maschinenleistung erforderliche, wechselnde Brennstoffmenge auf andere bekannte Weise direkt in den Brennraum und in den Zylinderraum einzuführen. Dabei kann die letztgenannte Brennstoffmenge gegen eine Wandfläche des Brennraums geleitet werden, über die der aus dem Verdampfungsraum hinausströmende Feuerstrom hinweg strömt, damit auch diese Brennstoffmenge noch verdampft wird.

Die mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die längliche Form des Verdampfungsraums und die ihn umschließende Wand schon bei einem kleinen Verdampfungsraum ein verteiltes Niederschlagen und Verdampfen des Brennstoffs auf einer verhältnismäßig großen Verdampfungsfläche ermöglichen. Außerdem wird durch den länglichen Verdampfungsraum und durch die ihn umschließende Wand das Hindurchblasen des Feuerstroms durch den Verdampfungsraum so beschleunigt, daß der Feuerstrom auch etwa noch im Verdampfungsraum niedergeschlagene Brennstoffreste sehr schnell verdampft, die Verdampfungsraumwand im Betrieb ständig aufheizt und im Brennraum der Maschine eine kräftige Wirbelung erzeugt. AU diese Vorgänge bewirken zusammen einen sehr raschen Ablauf der einzelnen Verbrennungen, weswegen der Brennstoff ohne die Gefahr einer Selbstzündung frühzeitiger als bei den bekannten Maschinen in den Verdampfungsraum eingebracht und dadurch die Verdampfungszeit verlängert werden kann. Erreicht wird mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmaschine, daß auch bei sehr hohen Maschinendrehzahlen und großer Brennstoffeinbringung noch ein sicher zündfähiges Gemisch an der Zündstelle gebildet und der eingebrachte Brennstoff beim Arbeitshub vollständig verbrannt wird, was den Brennstoffverbrauch und den Giftgehalt in den Abgasen wieter verringert sowie das Drehmoment und die Maschinenleistung steigert.

Durch die Einbringung des Brennstoffs in die Verdampfungskammer hinter der Zündstelle wird ein sicheres Niederschlagen entlang der Verdampfungskammerwand erreicht und dadurch ein Auftreffen des Brennstoffs auf die Zündelektroden verhindert, so daß eine nicht erwünschte Kühlung der Elektroden wie auch deren Verkoken vermieden wird.

Wenn in den Zylinderraum nur reine Luft eingeführt und im Brennraum der Maschine verdichtet wird, der ganze Brennstoff aber in den Verdampfungsraum eingebracht und darin mittels des Arbeitens gemäß der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sehr schnell und vollständig verdampft wird, entstehen noch die wichtigen Vorteile, daß auch das Entweichen von Kohlenwasserstoffen aus dem Zylinderraum in das Kurbelgehäuse und die daraus sich ergebende Luftvergiftung weitgehend verhindert werden, weiter daß bei der Zylinderspülung einer Zweitaktmaschine jeder Brennstoffverlust vermieden wird und schließlich daß das in manchen Ländern besonders billige, kaum feuergefährliche Dieselöl in einer leichten, billigen und sehr leistungsstarken Zweitaktmaschine oder Viertaktmaschine verarbeitet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine, bei der mindestens der zur Zündung erforderliche Brennstoff in eine zum Brennraum hin offene, als Zündkerzenvorkammer ausgebildete Verdampfungskammer eingebracht und darin auf einer heißen, nicht gekühlten Verdampfungskammerwand niedergeschlagen, verdampft und nach Zündung durch eine Zündkerze als Feuerstrom in den Brennraum geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff schon etwas vor oder ungefähr beim Beendigen der Brenngasentspannung durch einen seitlich an der Verdampfungskammerwand vorgesehenen Ventilraum (ti) auf Verdampfungskammerwandteile eingebracht wird, die zum Brennraum (/) hin vor der Zündstelle (g) liegen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Mündung (e) der Verdampfungskammer (d) im gesamten Querschnitt zum Brennraum (/) hin offen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung des Brennstoffs in den Ventilraum (ti) fortlaufend mittels einer Niederdruckpumpe erfolgt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen dem Ventilraum (ti) und der Verdampfungskammer (d) ein Ventil vorgesehen ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff — wie an sich bekannt — mittels einer Hochdruckeinspritzdüse (c) absatzweise eingespritzt wird.