DE2249766C3

DE2249766C3 - Einspritzbrennkraftmaschine mit Wirbelkammer

Info

Publication number: DE2249766C3
Application number: DE19722249766
Authority: DE
Inventors: B.E. Suryakant 5000 Köm Joshi
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1977-03-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einer rotationssymetrischen, teilweise im Zylinderkopf eingegossenen Wirbelkammer mit tangential einmündendem Schußkanal, deren Länge geringfügig größer als der größte Rotationsdurchmesser ist und in die der Kraftstoff annähernd parallel zur Wirbelkammerlängsachse in die Peripherie eingespritzt wird, wobei ein Teil der inneren Mantelfläche der Wirbelkammer von einem gut wärmeisolierten, den Schußkanal aufnehmenden Einsatz aus wärmebeständigem Werkstoff gebildet wird.

Derartige Brennkraftmaschinen sind bekannt und haben sich in der Praxis gut bewährt. In letzter Zeit wurden jedoch durch die Vorschriften über Schadstoffemissionen neue Maßstäbe gesetzt, so daß auf diesem Gebiet weitere Verbesserungen angestrebt werden müssen.

Es sind wassergekühlte Einspritzbrennkraftmaschinen mit Wirbelkammer bekannt (A.Pischinger »Gemischbildung und Verbrennung im Dieselmotor«, Wien 1957, Seite 48, Abb. 77, bei der ein Teil der inneren Mantelfläche der Wirbelkammer von einem gut Wärmeisolierten, den Schußkanal aufnehmenden Ein- $atz aus wärmebeständigem Werkstoff gebildet wird. Dieser Einsatz bildet ungefähr die Hälfte der inneren Mantelfläche der kugelförmigen bzw. ellipsoidförmigen Wirbelkammer. Durch die Wärmeisolation des Einsatzes erreicht man, daß die angrenzenden Bauteile kühler bleiben, während sich der Einsatz selbst aufheizt und feeine gespeicherte Wärme an die durch den Schußkanal einströmende Verbrennungsluft abgibt, wodurch die Zündbedingungen in der Wirbelkammer verbessert Werden. Ferner wird bei der bekannten Brennkraftmaschine zur Verbesserung der Zündung der Kraftstoff-Strahl auf den heißen Einsatz gerichtet. Dies hat zur Folge, daß der flüssig auf den überhitzten Einsatz •uftreffende Kraftstoff unter Sauerstoffmangel verkrackt und nicht mehr vollständig verbrennt. Die unverbrannten Bestandteile führen zu einem erhöhten Schadstoffanteil im Abgas.

Es sind ferner luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Wirbelkammer bekannt (DT-PS 1023 922). bei denen die Wirbelkammerwandung mit Kühl- und' Heizvorrichtung versehen ist, durch die eine beliebige in Abhängigkeit einer Betriebsgröße regelbare Wandtemperatur erzielt werden kann. Diese Maßnahme, die einen hohen Bauaufwand erfordert, dient zur Verbesserung der Verbrennung in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine.

Es sind wassergekühlte Brennkraftmaschinen bekannt (GB-PS 4 01 024) bei denen der Kraftstoff-Ein-

spriizstrahl quer durch die Wirbelkammer auf die gekühlte Wand gerichtet ist Durch die infolge der Kraftstoffstrahlrichtung relativ geringe Vermischung des Kraftstoffes mit dem wandnahen Luftwirbel und durch die relativ niedrige Temperatur der Auftreffstelle

an der Wirbelkammerwand erfolgt die Kraftstoffaufbereitung verzögert, so daß außer verschlechterten Zündbedingungen ebenfalls erhöhte Schadstoffanteile im Abgas auftreten.
Außerdem ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit Wirbelkammer bekannt (US-PS 21 89 082), bei der der Kraftstoff zwar in die Peripherie der Wirbelkammer eingespritzt wird, jedoch auf den Heißpunkt einer Glühkerze gerichtet ist Ferner ist der Einsatz zwar im Bereich des Zylinderkopfbodens wärmeisoliert, nicht aber im Bereich der Wirbelkammer, so daß die Wärme unmittelbar in die angrenzenden Wandungen der Wirbelkammer abgeleitet wird. Eine gezielte Temperaturführung läßt sich dadurch nicht erreichen.

Es sind schließlich wassergekühlte Brennkraftmaschinen mit Wirbelkammern bekannt (DT-PS 6 67 508, GB-PS 10 51 667 und US-PS 30 92 087), bei denen der Einsatz im Vergleich zur Wirbelkammer relativ klein ist. Die Einsätze sind aber nicht wärmeisoliert. Ferner sind die Kraftstoffstrahlen auf sehr heiße Punkte der Wirbelkammer gerichtet, so daß mit den oben geschilderten Nachteilen gerechnet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen der eingangs be-

schriebenen Art die Verbrennung insbesondere in bezug auf Schadstoffbestandteile im Abgas mit einfachen Mitteln zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei luftgekühlter Brennkraftmaschine der Einsatz einen vom Einspritzstrahl nicht getroffenen Teil der inneren Mantelfläche der Wirbelkammer bildet, der kleiner als ^]/4 der ineren Mantelfläche ist und daß die mittlere Höhe des Einsatzes '/4 bis '/3 und sein mittlerer Durchmesser Vi bis Vi des größten Rotationsdurchmessers beträgt.

Durch die erfindungsgemäße Gestalung ist es gelungen, im Abgas die Bestandteile an Schadstoffen, insbesondere Kohlenmonoxyd, Stickoxyd und Kohlenwasserstoff wesentlich zu verringern. Die Verwendung eines wärmeisolierten Einsatzes bewirkt, daß die Wandtemperaturen der übrigen inneren Mantelfläche der Wirbelkammer um maximal 60° herabgesetzt werden. Die Wandtemperaturen der kühleren Mantelfläche, auf die der Kraftstoffstrahl gerichtet ist, liegen damit bei Vollast in dem für die Zündung und Gemischaufbereitung optimalen Temperaturbereich von 320° C bis 370" C. Diese für die Verbrennung günstige Wandtemperatur an der Auftreffstelle des Einspritzstrahles wird dadurch erreicht, daß der von dem Einsatz gebildete Teil der inneren Mantelfläche der

⁶S Wirbelkammer auf die Luftkühlungsverhältnisse abgestimmt und kleiner als ein Viertel der gesamten Mantelfläche ist. Hierdurch wird ferner vermieden, daß die überhitzten Wandungsteile des wärmeisolierten

Einsatzes unmittelbar mit dem flüssigen Kraftstoff in Berührung kommen, so daß Krackreaktionen des Kraftstoffes, die zu einer verstärkten Rußbildung und erhöhten Kohlenmonoxydkonzentration im Abgas führen, nicht stattfinden. Auf die wärmeregulierende Wirkung des Einsatzes wird dagegen nicht verzichtet, wodurch der in die Wirbelkammer einströmende Teil der Verbrennungsluft gleichmäßig erwärmt wird und dem aus der Wirbelkammer unter erhöhtem Druck ausströmenden Gemisch aus Luft, Kraftstoff und Verbrennungsprodukten, bedingt durch die Größe des wärmeisolierten Einsatzes, nur so viel Wärme entzogen wird, wie zur Aufheizung der Verbrennungsluft erforderlich ist Dadurch wird neben der Verbesserung der Laufruhe des Motors, vor allem eine wesentliche Verringerung der Stickoxyd- und Kohlenwasserstoffkonzentrationen im Abgas erzielt werden. Um diese wärmeregulierende Wirkung in der für die Verbrennung günstigen Weise zu gestalten, ist die Wärmespeicherkapazität sowie die Größe der mit der Verbrennungsluft in Berührung kommenden Flächen des Einsatzes in Abhängigkeit von der Wirbelkammergröße festgelegt. Da die Form der Wirbeikammer sowie die des Einsatzes häutig geringfügig von regelmäßigen Rotationskörpern abweicht, wurden die Angaben auf mittlere Durchmesser und Höhen bezogen, durch die in erster Näherung die Volumina der Körper bestimmt sind. Durch die mittlere Höhe des Einsatzes wird im wesentlichen auch die Länge des Schußkanals und damit der Wärmeübergang vom Einsatz auf die Verbrennungsluft bestimmt.

In der Zeichnung ist ein AusführungsbeLpiel der Erfindung dargestellt.

Die Abbildung zeigt einen teilweisen Querschnitt durch einen Zylinder und Zylinderkopf mit eingegossener Wirbelkammer.

In einem Zylinderkopf 1 ist eine Wirbelkammer 2 eingegossen, die aus zwei Teilen 3 und 4 besteht. Das Teil 4 weist Öffnungen5 und 6 zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Einspritzdüse bzw einer Zündvorrichtung auf.

Ein Teil der inneren Mantelfläche der Wirbelkammer 2, der vom Einspritzstrahl nicht getroffen wird und kleiner als ein Viertel der inneren Mantelfläche 7 ist, wird von einem gut wärmeisolierten, einen Schußkanal

8 aufnehmenden Einsatz 9 gebildet, dessen mittlere Höhe ein Viertel bis ein Drittel und dessen mittlere

Durchmesser zwei Drittel bis zu einem Ganzen des größten Rotationsdurchmessers 10 der Wirbelkammer 2 beträgt Die Wärmeisolation wird gebildet durch einen Luftspalt 11 am Umfang des Einsatzes 9. Während zwischen der wirbelkammersekigen Stirnfläche des

ίο Einsatzstückes 9 und dem Zylinderkopf ebenfalls ein Luftspalt 12 vorgesehen ist, liegt das Einsatzstück 9 mit der brennraumseitigen Stirnfläche teilweise auf dem oberen Rand 13 eines Zylinders 14 auf. Das Einsatzstück

9 wird mit einem Bund 15 zwischen der Auflagefläche 16 am Zylinder 14 und einem Vorsprung 17 im Zylinderkopf 1 gehaltea Zur Kühlung von Zylinder 14 und Zylinderkop' 1 sind Kühlrippen 18 vorgesehen.

Bei dem Verdichtungshub wird ein Teil der Verbrennungsluft durch einen Kolben 20 aus dem

Zylinder 14 in die Wirbelkammer 2 verdrängt Dabei durchströmt sie den Schußkanal 8 und erwärmt sich an den heißen Wandungsteilen des Einsatzes 9. Gegen Ende der Verdichtung wird durch die nicht näher dargestellte Einspritzdüse Brennstoff in den Bereich 19

der Wirbelkammer 2 eingespritzt Bei Erreichen der Zündtemperatur zündet der Brennstoff und führt zu einer Teilverbrennung in der Wirbelkammer. Die Verbrennungsprodukte und das restliche Kraftstoffluftgemisch strömen unter dem erhöhten Druck in der Wirbelkammer durch den Schußkanal in den Hauptbrennraum aus, in dem die zweite Stufe der Verbrennung bei niedrigerem Druck — und Temperaturniveau stattfindet. Durch das durch den Schußkanal strömende heiße Gemisch aus Verbrennungsprodukten, Luft und Kraftstoff wird die vom Einsatz an die Verbrennungsluft abgegebene Wärme wieder auf den Einsatz übertragen. Die auftretenden hohen Temperaturen im Einsatz 9 begünstigen beim Verdichtungshub den Wärmeübergang auf die durch den Schußkanal 8 strömende Verbrennungsluft, während der unmittelbare Kontakt des Brennstoffs mit den überhitzten Wandungsstellen vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einspritzbrennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen, teilweise im Zylinderkopf eingegossenen Wirbelkammer mit tangential einmündendem Schußkanal, deren Länge geringfügig größer als der größte Rotationsdurchmesser ist und in die der Kraftstoff annähernd parallel zur Wirbelkammerlängsachse in die Peripherie eingespritzt wird, wobei ein Teil der inneren Mantelfläche der Wirbelkammer von einem gut wärmeisolierten, den Schußkanal aufnehmenden Einsatz aus wärmebeständigem Werkstoff gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei luftgekühlter Brennkraftmaschine der Einsatz (9) einen vom Einspritzstrahl nicht getroffenen Teil der inneren Mantelfläche (7) der Wirbelkammer (2) bildet, dei kleiner als '/4 der inneren Mantelfläche (7) ist und daß die mittlere Höhe des Einsatzes ¹A bis '/3 und sein mittlerer Durchmesser Vi bis Vi des größten Rotationsdurchmessers beträgt.