DE1601327A1

DE1601327A1 - Dieselbrennkraftmaschine mit Einspritzung des Kraftstoffs in einen Kolbenbrennraum

Info

Publication number: DE1601327A1
Application number: DE19681601327
Authority: DE
Inventors: Gerhard Danneberg
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1968-02-02
Publication date: 1970-11-19

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Palm 7671/4

Stuttgart-Untertürkheim 31 Jan. 1968

Patentanmeldung

Dieselbrennkraftmaschine mit Einspritzung des Kraftstoffs

in einen Kolbenbrennraum

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dieselbrennkraftmaschine mit Einspritzung des Kraftstoffs während des Verdichtungshubes in einen rotationssymmetrischen Kolbenbrennraum durch eine zentral über dem Brennraum angeordnete und den Kraftstoff in einem Kegelmantelstrahl großen Kegelwinkels oder in mehreren, entlang einem Kegelmantel großen Kegelwinkels verteilten Einspritzstrahlen einspritzende Einspritzdüse.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um den Verbrennungsvorgang beim Dieselverfahren zeitlich etwas zu strecken und dadurch zu plötzliche Druckanstiege mit entsprechenden mechanischen Beanspruchungen und Klopfgeräuschen zu vermeiden. In zahlreichen Abwandlungen ist es z.B. vorgeschlagen worden, den Kraftstoff zunächst an Wandungsteile des Brennraumes anzulagern, damit die Verbrennung erst nach der Wiederablösung und Verdampfung des Kraftstoffs von der Brennraumwand einsetzt. Abgesehen jlavon, daB ein solches Verfahren insbesondere bei schnell laufenden Brennkraftmaschinen zu große Verzögerungen des Verbrennungseinsatzee mit sich bringen kann, die infolge :*.Υ?;^%-ΪΛε>'"^;5 Μ-ΛΤ

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der schnellen Stellungsünderungen des Kolben3 gegenüber der Einspritzdüse auch durch eine Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes nicht ohne v/eiteren ausgeglichen vier den können, bedürfen nach diesem Verfahren betriebene Brennkraftmaschinen besonderer Maßnahmen für den Kaltstart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz der Verbrennung bei eingangs genannten Dieselbrennkraffcnaschinen auf eine andere Ueise zu verzögern, ohne daß hierbei mit Schwierigkeiten beim Kaltstart oder bei höheren Drehzahlen gerechnet werden müßte.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist von einer eingangs genannten altbekannten Einsrritzanordnung ausgeaan^en, bei der der Kraftstoff von einer zentral zum Brennraum angeordneten Lochdüse in mehreren, entlang einen Kegelnantel großen Kegelwinkels verteilten Einspritzstrahlen gegen die Seitenwand des rotationssymmetrischen Brennraumes eingespritzt wird, die jedoch noch keinerlei Maßnahnen zu einer Verzögerung des Verbrennungsbeginns aufweist. Bei der eingangs genannten Dieselbrennkraftmaschine wird die Erfindung demgegenüber darin gesehen , daß der Brennraum im wesentlichen als Ringbrennraum ausgebildet ist und der von diesem eingeschlossene, im wesentlichen zylindrische Kolbenbodenteil eine in ihrem Kegelwinkel dem Kegelwinkel des Kegelmantelstrahles etwa angeglichene bzw· "

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Lix\ rallo mehrerer entlang einem Kegelmantel verteilter Einspritzstrahlfin eine öem genannten Kegelwinkel mindestens an den im ntrahlbernich der Einspritzstrahlen gelegenen stellen etwa anqorjlichene Kegelspitze aufweist und mit dieser Spitze während aer Einspritzung bis in den unteren Kegelmantelbereich des KecTfilstantolstrahls bzw. des durch die entlang dem Kegelmantel verteilten Strahlen gebildeten Kegels ragt«

;:ei einer solchen Ausbildung des Kolbenbrennraumes bewirkt ler ini Augenblick der Einspritzung in den genannten Regelinantelberelch gelangende mittlere Kolbenbodenteil, gegen dessen Spitze ein Teil aus dem unteren Randbereich des Kegelmantelstrahls bzw. der unteren Randbereiche der entlang dem Kegelmantel verteilten llinspritzstrahlen auftrifft, eine Verzögerung der Verbrennung ' -d damit den angestrebten geringeren Druckanstieg. Trotzdem gelangt der Hauptteil des eingespritzten Kraftstoffs nach einer verhältnismäßig langen freien Weglänge mit einer entsprechend gut aufgelockerten strahlspitze in den eigentlichen Ringbrennraum', wo die Verbrennung nach einer entsprechend günstigen Aufbereitung des Kraftstoffs ohne weitere Verzögerung einsetzen kann·

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Einspritzung in mehreren Einspritzstrahlen die zwischen den die Kegelspitze bildenden Teilen und zugleich zwischen

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den Einspritzstrahlen befindlichen Teile des vom Ringbrennraum eingeschlossenen Kolbenbodenteils in den Strahlquerschnitten etwa angepaßten Krümmungen bis zur Spitze der Kegelspitze nach oben verlängert, wodurch ein Zutritt von Luftsauerstoff zu den über dem mittleren Kolbenbodenteil befindlichen Strahlenwurzeln der Einspritzstrahlen besonders wirksam verhindert wird.

Eine gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Abrundung der Spitze des vom Ringbrennraum eingeschlossenen Kolbenbodenteils entlang ihrem in dessen zylindrische Seitenwand übergehenden Rand soll Einströmungsverluste beim Einströmen der Verbrennungsluft in den Ringbrennraum vermeiden.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung noch mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur Erzielung einer DralleinstrÖ-raung der Verbrennungsluft in den Kolbenbrennraum versehen sein, falls eine solche Unterstützung der Gemischaufbereitung bei der erfindungsgemäßen Einspritzanordnung überhaupt noch Vorteile, bringen sollte.

In der Zeichnung- ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht? es zeigens ^c

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine in einem die Verbrennungsanordnung eines Zylinders gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichenden Teillängsschnitt;

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Fig.. 2 Μ±ηα der Fig. 1 entsprechende Teilschnittdariitellung einer Einspritzanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; -

Fig. 3 den Kolben der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 in einer Draufsicht;

Fig. 4 eine Teilansicht des Kolbens gemäß Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 3.

Im Arbeitszylinder 1 der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine ist in üblicher Weise hin- und herbeweglich ein. Kolben 2 angeordnet, der an der Seite seines Kolbenbodens 3 einen Ringbrennraum 4 aufweist. Ein vüblicher, das äußere Ende des Arbeitszylinders 1 abdeckender Zylinderkopf 5 nimmt axial zum Ringbrennraum 4 und zugleich axial zum Arbeitszylinder 1 eine Einspritzdüse 6 auf, die gemäß; dem Ausführungs-beispiel als-Lochdüse ausgebildet ist und mit ihrer die Düsenbohrungen aufnehmenden Spitze 7 noch etwas in den Arbeitszylinder 1, und damit bei in seiner oberen Totpunktstellung befindlichem Kolben 2 auch noch etwas in den Ringbrennraum 4 hineinragt, der in seiner oberen Totpun'ctsteilung" nahezu das ganze Volumen des Verdichtungsraumes aufnimmt.

Die Einspritzdüse 6 weist bei dem dargestellten Äusführungsbeispiel vier in Umfangsrichtung der Düse gleichuiäßig verteilt angeordnete Düsenbohrungen auf, durch welche dor Kraftstoff in vier Einspritzstrahlen-8 eingespritzt wird, deren- Achsen

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gemeinsam auf einem Kegelmantel mit einen Tie'felvinkel Qi" von 150 liegen. Mit Rücksicht auf die spitze 'Ccrelforri jedes einzelnen Einspritzstrahles 8 liegen deren' untere Ränder qeneinsan auf einem Kegelmantel mit einen Kegelwinkel ρ von etv;a 135°.

Mxe aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, raat der vom -tingbrennraum 4 eingeschlossene zentrale Kolbenbodenteil 10 bei der dargestellten oberen Totpunktstellung des Kolbens 2 bis dicht unter die Spitze 7 der Einspritzdüse 6 und weist eine Kegelspitze 11 auf, deren Kegelwinkel J ebenfalls 135° beträgt. Die Kegelspitze 11 ist an ihrer Kuppe und entlang ihren in die zylindrische Seitenwand 12 des Kolbenbodenteils 10 übergehenden ?.and abgerundet. Ebenso ist der Kolbenbodenteil IO auch nach de~a ringförmigen Boden 13 des Ringbrennraumes 4 hin abgerundet.

Beim Betrieb der beschriebenen Dieselbrennkraftmaschine bewirkt die bis unmittelbar an die v^Tur2elteile der Cinspritzstrahlen 8 heranbewegte Kegelspitze 11_r die von unteren Randteilen der Strahlwurzeln auch bespritzt werden kann, ein Fernhalten des Luftsauerstoffs von den Strahlwurzeltailen und fiatiit eine entsprechende Verzögerung der Verbrennung und entsprechend verringerte Druckspitzen des Verbrennungsdruckes.

Bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten zweiten Äusführunc/sbeispiel bildet der mittlere Kolbenbodenteil 10a an den Stellen

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der "iinspritzstrahlen Sa ebenfalls eine Kegelspitze lla. Die zwischen den liinsoritzstrahlen 8a befindlichen Teile des Kolben-

bodenteils 10a sind hier jedoch in den Strahlquerschnitten etwa angepaßten Kritamungen 14 (vgl. Fig* 4) bis zur Spitze 15 der Keaelsnitze lla nach oben verlängert, womit für jeden Einspritzstrahl Sa eine diesem angepaßte Mulde 16 und zwischen diesen :IuIden je ein Höcker 17 (vgl. auch Flg. 3) gebildet wird. Fig; l.'iRt.weiterhin erkennen, daß die dargestellte Brennkraftmaschine qenäp dem Ausführungsbeispiel je Arbeitszylinder 1 vier Ventile, und zwar zwei Einlaßventile 18 und zwei Auslaßventile 1-9 aufweist.

in den Mulden

Durch die Aufnahme der Strahlwurzeln der Dinsprltzstrahlen Sa / 16 wird eine Verbrennung in der Nähe der Einspritzdüse 6 noch wirksanier als bei dem ersten Ausführuncisbeispiel verhindert und die Einspritzstrahlen 8a gelangen vor dem Einsatz der Verbrennung zum großen Teil bis an die Außenwand 20 des Ringbrennraumes 8a, '-."-.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. So könnte die Einspritzdüse statt als Loehdüse auch als Kegeldüse ausgebildet sein* die den Kraftstoff entlang einem Kegelmantel großen KegeIwinkels ausspritzt. Auch könnte die Brennkraftmaschine noch mit einer üblichen Vorrichtung zur Erzielung einer Dralleinströmung

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der Verbrennungsluft In den Ringbrennraum 8 bzw. 8a versehen sein» Wenn die beschriebene zentrale Anordnung des Ringbrenn-, raumes 8 auch bevorzugt wird, so könnte doch auch eine exzentrische Anordnung des Brenn raumes, jedoch -bei. Beibehaltung einer zum Brennraum axialen Anordnung der Einspritzdüse vorgesehen sein, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen v/ird.

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Claims

1. Dfeselbrennkraftmaschine mit Einspritzung des Kraftstoffs während des Verdichtungshubes in einen.rotationssymrnetrischen Kolbenbrennraum durch eine zentral über dem Brennraum angeordnete und den Kraftstoff in einem Kegelmantelstraji! großen Kegelwinkels oder in mehreren,, entlang einem Kegelmantel großen Kegelwinkels verteilten Einspritzstrahlen einspritzende Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum im wesentlichen als Ringbrennraum (8 bzw. 8a) ausgebildet ist und der von diesem eingeschlossene, im wesentlichen zylindrische Kolbenbodenteil (10 bzw. IQa) >ine in ihrem Kegelwinkel dem vom Kegelmantelstrahl eingeschlossenen Kegelwinkel bzw. im Falle mehrerer entlang einem Kegelmantel verteilter Einspritzstrahlen (8 bzw. Oa) eine dem genannten Kegelwinkel Cp) mindestens an den im Strahlbereich der Einspritzstrahlen (8 bzw. 8a) gelegenen Stellen etwa angeglichene Kegelspitze (11-bzw» lla) aufweist und mit dieser Spitze während der Einspritzung bis in den unteren Kegelmantelbereich des Kegelmantelstrahls -bzw." des durch die entlang dem Kegelmantel verteilten Einspritzstrahlen (8 bzw. 8a) eingeschlossenen Kegels ragt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet,

daß bei einer Einspritzung in mehreren Einspritzstrahlen (8 bzw. 8a) die zwischen' den die Kegelspitze (lla) bildenden Teilen und

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zugleich zwischen den Einspritzstrahlen (?a) befindlichen Teile des vom Ringbrerinraum (4a) eingeschlossenen Kolbenbodenteils (10a) in den Strahlquerschnitten etwa angepaßten Krümmungen-(14) bis zur Spitze (15) der l'egelspitze (Ha) nach oben verlängert sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des vom Ringbrennraum (4 bzw. 4a) eingeschlossenen Kolbenbodenteils (IO bzw» 10a) entlang ihreiri in dessen zylindrische Seitenwand (12) übergehenden Rand abgerundet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur Erzielung einer Dralleinströmung der Verbrennungsluft in den Kolbenbrennraum versehen ist.

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