DE1751542A1

DE1751542A1 - Verbrennungsverfahren einer luftverdichtenden selbstzuendenden Einspritzbrennkraftmaschine mit Vorkammer sowie Brennkraftmaschine zum Durchfuehren des Verfahrens

Info

Publication number: DE1751542A1
Application number: DE19681751542
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl-Ing Hardenberg; Heinz Dipl-Ing Hoffmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1968-06-15
Filing date: 1968-06-15
Publication date: 1971-03-18
Also published as: US3610211A

Description

jJaimler-Benz Aktiengesellschaft ~ . „_7Rr,.

Sfuttr-art-untertürkheiin 11. Juni 1968

Patentanme1 dung

Verbrenrmngsverfahren einer luftverdichtenden selbstzündenden Einspi^vitzbrennkraftmaschine mit Vorkammer sovie ^renrikraftmaschine zum Durchführen des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungsverfahren
einer luftverdichtenden sclbstzündenden Einspritzbrennkraft-. rascliino r.it eijicr iir. Zylinderkopf im wesentlichen a;iial angeorönc ton Vor].ansier mit einem nach dem Zylinderraum hin schwach verjün^Lon ^findun^Gkanal und mit um die Zylinderachse rotierend einströmender Verbrennungsluft, die während des Verdichtungshubes mit ■ erhöhter Drallgeschwindigkeit in die Vorkammer¹ übergeschoben wird und dort weiter rotiert, .bei dem der Kraftstoff durch eine in der Vorkammer angeordnete LÜncpr'itzdüse zu einem

beträchtlichen Teil luftverteilt m die verdichtete Verbrennungluff eingespritzt v/ird, sowie eine Brennkraftmaschine .zum Durchfuhren des Verfahrene.

Die üblichen VorkammerdierjelmaEchineri ermöglichen insbesondere bei kleinem jiui.voluni'jn der einzelnen Arbeitszylinder- einen vor allern bei Porrjonfinv/agcn erwünschte·!! weichen und geräuscharmen Gang■-WiV ilaschino. Trotzdem sind bei dierjen Hriijeliiiu-'n non}) (üo durch lifjii Öl)orⁱiie"'iir:...''vor'_l'.':rit_I zv;i:;clifn Zy 1 indc-rraujc uiid Vor]· elin- '■-."...

υιοί¹- j;r.»fl ing tc-ii- ΰ)ΌΓ.;.'>ί-.1.νοϊ.·1ΐι; Ι>-, nvu.'\c].iir c Lu! latirinu I ziuig und

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SAOORIGiNAL

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schlechte Rauchwerte als verbesserungsbedürftig anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verbrennungsνerfahren und die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Brennkraftmaschine so zu vervollkommnen, daß trotz Beibehaltung des angestrebten geräuscharmen weichen Ganges der Maschine auch die vorgenannten Mangel vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der mit seinem weiteren Teil in an sich bekannter Weise filmartig wandverteilt aufgebrachte Kraftstoff entgegen der in die Vorkammer rotierend einströmenden Verbrennungsluft auf die Wandung des Mündungskanals gespritzt wird, so daß eingespritzter Kraftstoff und einströmende Verbrennungsluft sich kreuzen und durch die entsprechend intensive Aufreißung des Kraftstoffstrahls der beträchtliche luftverteilte Kraftstoffanteil entsteht, der schnell aufbereitet und gezündet wird, während der wandverteilte Kraftstoffanteil durch die in die Vorkammer rotierend übergeschobene Luft und die aus dieser wieder rotierend ausströmende Ladung' dampfförmig abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird.

Dei einem solchen Vorfahren ergibt der auf die Wandung des Hündungtikanals und damit in bezug auf die Vorkammer mündungsnahe wandverteilt aufgebrachte, wiador abgelöste, verdampfte und verbrannte Kruftstoffanteil geringe Druckanstiege und einen

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ruhigen Lauf, gute Luftausnutzung und niedrige Rauchwerte. Durch die Kreuzung des eingespritzten Kraftstoffs mit der in die Vorkammer drallförmig einströmenden Verbrennungsluft ergibt sich jedoch zugleich ein beträchtlicher luftverteilter Kraftstoffanteil, der mit kleinem Zündverzug zündet und flache Druckanstiege gewährleistet. Außerdem sichert der beträchtliche luftverteilte Kraftstoffanteil ein günstiges Startverhalten der noch kalten Brennkraftmaschine.

Gemäß bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der überwiegende Kraftstoffanteil wandverteilt auf die Wandung des Mündungskanals aufgebracht und während des Verdichtungshubes in an sich bekannter Weise nahezu die gesamte Verbrennungsluft in die Vorkammer übergeschoben.

Eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verbrennungs-Verfahrens bevorzugte Brennkraftmaschine weist erfindungsgemäß einen venturiförmig auf eine lichte Weite verjüngten Mündungskanal auf₅ die im oberen Grenzbereich der lichten Weiten der bekannten Hündungskanäle liegt. Durch eine solche Ausbildung des Mündungskanals können die bei den bisher üblichen Vor-· karnmermaschinen nachteiligen Drosselverluste beim Oberschieben der Verbrennungsluft in die Vorkammer und beim Überströmen der Ladung aus der Vorkammer in den Haujrtbrennraum auf ein Minimum herabgesetzt werden.

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ßAO ORIGINAL,

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Mach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die in an sich bekannter v'eise axial zur Vorkammer angeordnete Einspritzdüse als mit ihrem Strahl auf den verjüngten Teil des "Mündungskanals gerichtete Kegelmanteldüse ausgebildet, wodurch die angestrebte Luftverteilung eines beträchtlichen Teiles des eingespritzten Kraftstoffs besonders günstig erzielt wird. Durch das Durchbrechen der nur dünnen Kegelmantelschicht des KraftstoffStrahls durch die in die Vorkammer einströmende Verbrennungsluft ergibt sich eine vrirksar'-e Aufreißung eines beträchtlichen Anteils des eingespritzten Kraftstoffs, der rasch aufbereitet wird und mit kleinem Zündverzug zündet.

In einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, daß die Einspritzdüse am freien Ende eines die Vorkammer nach dem Mündungskanal hin bis vor deren verjüngten Teil durchsetzenden Zapfens angeordnet ist. Durch ein solches Vorziehen der Einspritzdüse wird diese vom eintretenden Frischgas intensiv beaufschlagt und gespült, während das vom vorhergehenden Arbeitsspiel in der Vorkammer verbliebene Restgas in den hinter der Düse liegenden Teil der Vorkammer zurückgedrängt wird, so daß der Kraftstoff von der Einspritzdüse bis zur Auftreffstelle an der Wandung des Mündungskanals nur reine Luft durchsetzt, was eine bessere und schnellere Aufbereitung des luftverteilten Kraftstoffanteils und damit einen besonders kleinen Zündverzug und niedrige Druckanstiege ergibt.

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BAD ORIGINAL

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Schließlich ist erfindungsgemäß auch noch vorgeschlagen, die Vorkammer in an sich bekannter Weise durch einen wärmeisolierten Einsatz zu bilden, wodurch die Vorkammer auf einer für die optimale Gemischbildung erforderlichen Temperatur gehalten werden kann.

Eine filmartig wandverteilte Kraftstoffaufbringung bei Dieselbrennkraftmaschinen ist zwar längst bekannt. Sie erfolgte bisher· jedoch vor allem in Kolbenbrennräurne und damit bevorzugt in Einströmungsrichtung der drallförmig in den Kolbenbrennraum einströmenden Verbrennungsluft. Abgesehen von dem Machteil einer ex^sch v/er ten VJärmeabf ührung aus Kolbenbrennräumen bereitet ein solches Verbrennungsverfahren insbesondere bei noch kalter brennkraftmaschine auch ZündungsSchwierigkeiten, weshalb bei diesen bekannten Dieselmaschinen meist noch besondere Maßnahmen für das Anfahren erforderlich sind. Das nunmehr vorgeschlagene Verfahren einer Kreuzung des gegen eine Brennraumwandung gespritzten Kraftstoffs durch die in eine Vorkammer einströmende Verbrennungsluft konnte'-durch die bekannte Einspritzung in einen Kolbenbrennraum nicht nahegelegt werden.

In der Zeichnung in.L' dia Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungöform einer erfindungij gemäßen Vorkariimer-Dienelbrermkruftmaschine Ln cirioin din Brennraumanordnung veranschau] ic-hendexi, schema tujch

gehaltener) a?d.alep' Teilöchnitt einer,--Arboitoiayl.Inders; ι Uau 1 2/0 6 28

8AD ORlGlNM.

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Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorkammer-Dieselbrennkraftmaschine.

Die in Fig. 1 in ihrer Brennraumanordnung dargestellte, dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Vorkammer-Dieselbrennkraftmaschine weist in ihrem Arbeitszylinder 1 einen üblichen, als Flachkolben ausgebildeten Arbeitskolben 2 auf, der darin in bekannter Weise hin- und hergehend beweglich ist und die während seines Arbeitshubes auf ihn ausgeübte Druckkraft auf die dadurch rotierend angetriebene Kurbelwelle der Brennkraftmaschine als Antriebsdrehmoment überträgt.

Im Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine ist eine rotationssymmetrische, im wesentlichen etwa halbkugelförmige Vorkanunßr 4 angeordnet, die bei der Verdichtungsendstellung des Arbeitskolbens 2 nahezu die gesamte Ladung aufnimmt und an ihrer, ihrer Flachseite gegenüberliegenden Unterseite über einen venturiförmig verjüngten Mündungskanal 5 mit dem Zylinderraum 6 in Verbindung steht. Die lichte Weite des Hündungskanals 5 liegt im oberen Grenzbereich der bekannten Mündungskanäle, so daß beim Überschieber! der in den Zylihderraum G durch übliche, nicht besonders dargestellte Mittel rotierend einströmenden Verbrennungsluft in die .Vorkammer 4 mit feiivem in Fig. 1 durch den Pfeil 7 angedeuteten Drall und auch t > c im. 0 b or strömen-Ladung aus der Vorkammer' ¹I in'den Haunt brennraum nur n fi entstellen können.

JAMiSHKO 0A8

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Eine.in der Vorkammer 4 in üblicher Ueise axial angeordnete Einspritzdüse 8 ist als mit ihrem Strahl 9 auf den verjüngten Teil des Mündungskanals 5 gerichtete Kegeliaanteldüse ausgebildet,

Beim Betrieb der beschriebenen Brennkraftmaschine bewirkt die mit nur !deinem Drosselverlust drallföfjnig in die Vorkammer 4 einströmende Verbrennungsluft nicht nur eine gute Spülung der Vorkammer, sondern durchkreuzt bei ihrer Einströmung zugleich den kegelmantelförmigen Strahl 9 der Einspritzdüse 8₉ wodurch ein beträchtlicher Anteil des eingespritzten Kraftstoffs schnell aufgerissen und aufbereitet wird und damit mit nur kleinem Zündverzug zündet und damit flache Druckanstiege bewirkt. Die mündungsnahe Wandauftragung des bis zur Wandung des Mündungskanals 5 gelangenden Kraftstoffanteils ergibt ebenfalls geringe Druckanstiege und einen ruhi_en Lauf, eine gute Luftausnutzung und niedrige Rauchwerte.

Bei der in Fig. 2 dargestellten, dem zweiten Ausführungsbeispiel' entsprechenden Brennraumanordnung ist die Einspritzdüse 8 am freien Ende eines die Vorkammer M-* nach dem Mündungskanal 5 hin bis vor dessen verjüngten Teil durchsetzenden Zapfens 10 angeordnet. Eine solche vorgezogene Anordnung der Einspritzdüse 8 in Richtung des Hauptbrennraumes ergibt neben der den wandverteilten Kraftstoffanteil vergrößernden Wirkung den Vorteil, daß die Einspritzdüse 8 besser von dem in die Vorkammer· H^! eintretenden Frischgas beaufschlagt und gespült wird»

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während das vom vorhergehenden Arbeitsspiel in der Vorkammer verbliebene Restgas in den hinter der Düse liegenden Teil der Vorkammer 4' zurückgedrängt wird, so daß der Kraftstoff von der Einspritzdüse 8 bis zur Auftreffstelle an der Wandung des Mündungskanäls 5 nur durch reine Luft strömt, was eine bessere und schnellere Aufbereitung des luftverteilten Kraftstoffanteils und damit einen kleineren Zündverzüg und niedrigere Druckanstiege ergibt.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. So ist es insbesondere nicht erforderlich, daß die Vorkammer bei der Verdichtungsendstellung des Arbeitskolbens 2 nahezu die gesamte Ladung aufnimmt. Im übrigen kann die Vorkammer bei beiden Ausführungsbeispielen in an sich bekannter Weise durch einen wärmeisolierten Einsatz gebildet sein, wodurch die Vorkammer besonders günstig auf der für eine optimale Gemischbildung erforderlichen Temperatur gehalten werden kann.

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Claims

■- 9 - ■';■■ Daim 7766/4 Patentansprüche

1. Verbrennungsverfahren einer luftverdichtenden selbstzündenden Einspritzbrennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf im wesentlichen axial angeordneten Vorkammer mit einem nach dem Zylinderraum hin verjüngten Mündungskanal und mit um die Zylinderachse rotierend einströmender Verbrennungsluft, die während des Verdichtungshubes mit erhöhter Drallgeschwindigkeit in die Vorkammer übergeschoben wird und dort weiter rotiert, bei dem der Kraftstoff durch eine in der Vorkammer angeordnete Einspritzdüse zu-einem-beträchtlichen Teil luftverteilt in die verdichtete Verbrennungsluft eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit seinem weiteren Teil in an sich bekannter Weise filmartig wandverteilt aufgebrachte Kraftstoff entgegen der in die Vorkammer (4 bzw. H') rotierend einströmenden Verbrennungsluft auf die'Wandung des Mündungskanals (5) gespritzt wird, so daß eingespritzter Kraftstoff und einströmende Luft sich kreuzen und durch die entsprechend intensive Aufreißung des Kraftstoffstrahls (9) der beträchtliche luftverteilte Kraftstoffanteil entsteht, der schnell aufbereitet und gezündet wird, 'während der wandverteilte Kraftstoff anteil' durch die in die Vorkammer^4 bzw. ¹I-¹) rotierend üLergeschobene Luft und die aus dieser wieder rotierend ausströnaride Ladung damp ff öi-jnig .abgelöst, ni.it der Luft vn-fmischt unci verbrannt viivc,

■ 1 Qy t ι ,./O^ ζ β

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der überwiegende Kraftstoffanteil wandverteilt auf die V7andung des Mündungskanals (5) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verdichtungshubes in an sich bekannter Weise nahezu die gesamte Verbrennungsluft in die Vorkammer (M- bzv.⁷. 4·') übergeschoben wird.

ι+. Brennkraftmaschine zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungskanal (5) venturiförmig auf eine lichte Weite verjüngt ist, die im oberen Grenzbereich der lichten Weiten der bekannten Mündungskanäle liegt,

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise axial zur Vorkammer (4· bzw. ^Ll·') angeordnete Einspritzdüse (8) als mit ihrem Strahl auf den verjüngten Teil des Mündungskanals (5) gerichtete Kegelmanteldüse ausgebildet ist.

6, Brennkraftmaschine nach Anspruch M- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (8) am freien Ende eines die Vorkammer (¹I¹) nach dem Mündung.skanal (5) hin bis vor dessen vcTjungten Teil durchsetzenden Zapfens (10) angeordnet ist; TUr. 2.

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■7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet j daß die Vorkammer (4 bzw. 4·') in an sich bekannter Weise durch einen wärmeisolierten Einsatz gebildet ist.

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