DE2445492A1

DE2445492A1 - Verbrennungsverfahren zur durchfuehrung einer schichtladung an einem hubkolbenmotor mit direkter kraftstoffeinspritzung und fremdzuendung

Info

Publication number: DE2445492A1
Application number: DE19742445492
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Pause
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-09-24
Filing date: 1974-09-24
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2445492B2

Description

Dr.-Ing. Werner Pause 24. September 1974

8082 Grafrath
Graf-Rasso-Straße 16

Anlage zur Patentanmeldung:

Verbrennungsverfahren zur Durchführung einer Schichtladung an einem Hubkolbenmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung und Fremdzündung

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise einen Viertaktmotor mit Fremdzündung, in welcher durch eine direkte Kraftstoffeinspritzung, Anordnung der Einspritzdüse und des Einlaß- und Auslaßventils und damit durch die Gestalt des Brennraumes, eine Schichtladung ermöglicht wird, die durch eine Luft- oder Magergemisch-Zone über dem Kolben und einer Fettgemischzone außerhalb des Zylinderdurchmessers gekennzeichnet ist.

Die kraftstoffreiche Zone, der heiße Brennraumteil, die außerhalb des Zylinderdurchmessers liegt, wird vom Auslaßventil einerseits begrenzt und zielt auf eine weitgehendste Verdampfung des Kraftstoffes hin. Um die aerodynamische Zerstörung bzw. Verkleinerung der Kraftstofftröpfchen und die Reduzierung der Tropfmasse zu fördern, wird der Kraftstoff von einer Stelle eingespritzt, die einen größtmöglichen Weg des Kraftstoffstrahles bis zum Auftreffen auf die heiße Brennraumwand gewährleistet. Der Kraftstoff wird dadurch schneller verdampft. Die Zündung durch die Zündkerze erfolgt im Bereich der kraftstoffreichen Zone bzw. im heißen Brennraumteil.

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Die kraftstoffarme Zone, der kältere Brennraumteil, liegt über dem Kolben und unter dem Einlaßventil. Der Kraftstoffstrahl durchquert diese Zone, von der Einspritzdüse kommend, die in der oberen Hälfte der Zylinderwand angeordnet ist und vom heißen Teil des Brennraumes am weitesten entfernt liegt. Die einströmende Luft nimmt einen Teil des Kraftstoffes der verdampft ist oder geringe Masse hat mit und versorgt die magere Gemischzone über dem Kolben mit mehr oder weniger Kraftstoff.

Der andere Teil des Kraftstoffes wird durch die Strahlenergie in den heißen Teil des Brennraumes transportiert. Dabei wird Kraftstoff, der direkt auf den heißen Auslaßventilteller auftrifft, verdampft oder reflektiert und an den heißen Brennraumwänden weiterverdampft. Der so verdampfte Kraftstoff ergibt eine ideale Diffussion mit der Ladungsluft und ein ideales, gasförmiges Gemisch.

Um eine vollständige Verbrennung der Ladung nach dem Zünden sicherzustellen, wird Luft oder luftreiches Gemisch durch eine Quetschzone in die Flammenfront geblasen. Der Quetschspalt wird gebildet zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderkopf der über einem größerem Teil des Kolbenbodens heruntergezogen wird.

Im Teillastbereich lagert über dem Kolben immer mehr Luft und im Leerlauf nur Luft, während der heiße Brennraumteil stets zündfähiges, kraftstoff reiches Gemisch enthält. Es ist möglich im Teillastbereich und im Leerlauf ohne Luftdrosselung sicher zu zünden. Dadurch kann mit voller Verdichtung und hohem thermischen Wirkungsgrad auch in diesem Betriebsbereich gefahren werden«,

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Ein wesentlicher Teil der Erfindung ist das Aufspritzen des Kraftstoffstrahles auf den heißen Auslaßventilteller und die heißen Brennraumwände. Dem Auslaßventil wird durch das Aufspritzen soviel Verdampfungswärme entzogen, daß seine Temperatur bei Vollast von ca. 650 C auf 450 C absinkt. Eine Entzündung des Kraftstoffes wird dadurch sicher vermieden.

Die Wände im heißen Brennraumteil werden so isoliert und beschichtet, daß die Temperatur zwischen 400 C bis 500 C (bei Benzin) gehalten werden. Dies geschieht durch dicke Wandungen zum Kühlerwasserraum oder durch isolierte Oberflächenbeschichtung, die in sich eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

Es ist von Vorteil, auch die Wände und den Kolbenbodenteil der kälteren Brennraumhälfte zu isolieren oder zu beschichten, um deren Temperatur gleichmäßig hoch zu halten. Damit läßt sich das Nachverbrennen der höher siedenenden Kohlenwasserstoffe wesentlich einschränken.

Grundsätzlich ist das Verfahren auch auf den Betrieb von Zweitaktmoto-· ren anwendbar. Das Einlaßventil wird hier ersetzt durch kolbengesteuerte Einlaßschlitze. Dabei strömt die Luft durch die Schlitze an die der Einspritzdüse gegenüberliegende Zylinderwand, wird dort nach oben in Richtung Brennraum umgelenkt und wird ebenfalls vom Kraftstoffstrahl durchquert. Die Brennraumform mit Quetschzone bleibt dabei erhalten, ähnlich wie beim Viertaktprinzip.

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Beschreibung des Verfahrens:

In der beiliegenden Skizze ist das Verfahren im Prinzip an einem Viertaktmotor dargestellt.

Der Kraftstoff wird von der Einspritzdüse 1 in den Zylinder in Richtung auf das Auslaßventil 4 und in den heißen Brennraumteil 3 eingespritzt. Der Kraftstoffstrahl 8 tangiert dabei den Ventilteller des Einlaßventils 9, wobei ein Teil des Kraftstoffes vom einströmenden Luftstrom in den Zylinderraum über dem Kolben abgelenkt wird. Die Einspritzdüse 1 ist wie gezeigt in der Zylinderwand 2 angeordnet und liegt gegenüber dem Brennraumteil 3 mit der Zündkerze 10. Der Kraftstoffstrahl wird teilweise vom heißen Auslaßventil reflektiert und trifft auf die vorzugsweise wärmeisolierten Wände 5 des Brennraumteils 3 auf. Der kältere Brennraumteil liegt zwischen Einlaßventil 9 und dem Kolbenboden des Kolbens 11. Der Kolbenbodenteil der den Brennraum begrenzt ist vorzugsweise mit einer wärmeisolierten Schicht bedeckt. Die die Brennraumwände 6 und den Kolbenbodenteil 7 bedekenden Schicht besteht aus einer hochwärmeleitenden Schicht, die nach der Brennraumseite eine warmfeste, schlecht wärmeleitende Schicht trägt. Diese Schichten sind nach der wärmeabführenden Seite, meist dem Kühlwasserraum, so gestaltet, daß die Temperatur in dem geforderten Niveau möglichst konstant bleibt.

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Claims

Patentansprüche

1. ,Verbrennungsverfahren zur Durchführung einer Schichtladung an einem Hubkolbenmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung und Fremdzündung dadurch gekennzeichnet, daß der Brennsoffstrahl mittels Einspritzdüse aus einer Öffnung in der oberen Hälfte der Zylinderwand auf das gegenüber, außerhalb des Zylinderdurchmessers liegende Auslaßventil spritzt, dabei den Luftstrom des innerhalb des Zylinderdurchmessers angeordneten Einlaßorgans durchquert und im Teilbrennraum außerhalb des Zylinderdurchmessers ein vorgewärmtes, zündfähiges Gemisch bildet und das über dem Kolben lagernde magere Gemisch oder auch nahezu reine Luft, je nach Belastungsgrad beim Verdichten mittels einer Quetschspalte über dem Kolben in den verbrennenden, fetten Ladungsteil bläst und eine intensive Durchmischung bewirkt.

2. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilbrennräumen innerhalb und außerhalb des Zylinderdurchmessers keine Drosselung vorhanden ist.

3. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom durch das Einlaßventil zwischen Einspritzdüse und Auslaßventil in den Zylinder einströmt und eine Drallbewegung um die Zylinderachse weitgehend vermeidet.

4. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze sich in dem Teil des Brennraumes befindet, der unter dem Auslaßventil liegt'.

5. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil so angeordnet ist, daß der Kraftstoffstrahl den Ventilteller tangiert.

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6. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl unter einem Winkel von 40 + 20 auf den Teller des Auslaßventils auftrifft.

7. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge im wesentlichen während des Saughubes eingebracht wird und mit zunehmender Teillast und im Leerlauf teilweise auch nach Schließen des Einlaßventils oder Einlaßorgans.

8. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwände ganz oder teilweise mit hoch wärmeleitenden, von der Brennraumwand teilweise isoliert aufgebrachten Schicht ausgestattet ist und die Oberflächentemperatur 450 C nicht wesentlich überschreitet.

9. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch der den Brennraum mitbildende Kolbenbodenteil, wie die Brennraumwände mit einer entsprechenden Schicht, wie der heiße Brennraumteil, versehen ist.

10. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufteinlaßorgan für das Zweitaktprinzip aus vom Kolben gesteuerten Schlitzen besteht und der Luftstrom an der gegenüber der Einspritzdüse liegenden Zylinderwand aufgerichtet und nach oben umgelenkt wird und den Einspritzstrahl unterhalb dem Brennraum durchströmt.

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