DE2517066C2

DE2517066C2 - Fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als einzigem Kraftstoff

Info

Publication number: DE2517066C2
Application number: DE2517066A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 7301 Deizisau Binder; Klaus Dipl.-Ing. 7050 Waiblingen Drexl; Erwin Prof. Dr. 7000 Stuttgart Eisele
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-04-17
Filing date: 1975-04-17
Publication date: 1983-02-24
Also published as: US4086878A; DE2517066A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als einzigem Kraftstoff, bei der reine Luft um die Zylinderachse rotierend eingebracht und der Wasserstoff unter Bildung eines zentralen Wasserstoffkernes im Brennraum eingeblasen wird.

Bei einer aus der US-PS 2183 674 bekannten so fremdgezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als einzigem Kraftstoff wird der Wasserstoff von radial außen im wesentlichen in Drehrichtung der im Zylinder rotierenden Luft eingeblasen. Wenn durch diese Art der Einblasung von Wasserstoff mit Rücksicht auf die Einströmbedingungen von Gas bei einer aus MTZ 35 (1974) 8, Seiten 251 -254 entnehmbaren Brennkraftmaschine mit Schichtladung nicht ausgeschlossen werden kann, daß sich ein Wasserstoffkern bildet, der von einem Luftring umgeben ist, soll in der Hauptsache eine gute Mischung zwischen Wasserstoff und Luft erreicht werden, um zur Unterbindung von Kurbelgehäuseexplosionen Anreicherungen von Wasserstoff an der Zylinderwandung zu vermeiden. Die Zündung des Wasserstoff-Luftgemisches erfolgt durch eine Zündkerze, die dicht unter dem Zylinderkopf am Z> linder angeordnet ist.

Demgegenüber macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, bei einer Brennkraftmaschine mit zentralem Wasserstoffkern und um die Zylinderachse rotierender reiner Luft eine gesicherte Zündung und zur Vermeidung harter Triebwerkschläge ein gleichmäßiges Durchbrennen zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zündung im Obergangsbereich zwischen dem Wasscrstoffkern und der rotierenden Luft eingeleitet wird.

Im Obergangsbereich vom zentralen Wasserstoffkern zum außen rotierenden Luftring entsteht aufgrund von Diffusion ein zündwilliges Gemisch, von dem aus die gewissermaßen geschichtete Ladung deshalb nicht schlagartig durchbrennen kann, weil für die vollständige Verbrennung erst eine wechselseitige Durchdringung von Wasserstoff und Luft erfolgen muß.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Brennkraftmaschine nach dem Hauptanspruch sind in den Unteransprüchen enthalten, von denen die Ansprüche 3, 6 und 8 aus der US-PS 2183 674 entnehmbare Merkmale umfassen.

Die Erfindung wird in folgendem, anhand eines Ausführungsbeispieles mit weiteren Einzelheiten, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Zyünderkopfbereich einer mit Wasserstoffeinblasung arbeitenden Hubkolben-Brennkraftmaschine in einer Svhnittdarstellung, wobei in zwei voneinander unabhängigen Schnittführungen einerseits ein Einlaßventil mit zugeordnetem Drallkanal und andererseits die Anordnung der Einblasdüse und der Zündquelle gezeigt sind, und

F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie 11-11 in F i g. 1, wobei Einblasdüse und Zündquelle im Hinblick auf ihre Lage angedeutet sind und wobei weiter die sich ergebende Schichtung zwischen Wasserstoff und Luft veranschaulicht ist.

In Fig. 1 ist mit 1 der Zylinderblock bezeichnet, in dessen Bohrung 2 ein Kolben 3 angeordnet ist, der über ein Pleuel 4 in nicht näher dargestellter Weise mit der Kurbelwelle der Maschine verbunden ist. Der Kolben 3 ist mit einer Kolbenmulde 5 versehen, die symmetrisch zur Zylinderachse 6 ausgebildet ist und die einen Teil des Verdichtungsraumes bildet, der nach oben durch den Zylinderkopf 7 begrenzt ist.

Im Zylinderkopf 7 ist neben wenigstens einem hier nicht dargestellten Auslaßventil ein Einlaßventil 8 angeordnet, dem ein Einlaßkanal 9 zugeordnet ist, der als Drallkanal ausgebildet ist, so daß über den Einlaßkanal 9 und das Einlaßventil 8 angesaugte Luft eine um die Zylinderachse 6 kreisende Bewegung ausführt, also ein sich drehender Luftring entsteht, der aufgrund der bei der Rotation auftretenden Massenkräfte im Bereich der Wandung der Bohrung 2, also im Bereich der Zylinderwandung 10 seine größte Dichte aufweist. Das Ventil 8 kann in üblicher, hier nicht weiter dargestellter Weise betätigt werden.

Im Ausführungsbeispiel ist ferner eine Einblasdüse 11 für den Wasserstoff vorgesehen, der in üblicher, hier nicht gezeigter Weise der Wasserstoff zugeführt wird und die zentral auf die Bohrung 2 ausmündet. Die Mündungsöffnung 12 liegt dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Zylinderachse 6. Radial außerhalb ist als Zündquelle eine Zündkerze 13 angeordnet, und zwar, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. derart, daß die^ Zündung in dem Übergangsbereich zwischen Luft und Wasserstoff vorgenommen wird, in dem die wechselseitige Durchdringung und die Mischung von Luft und Wasserstoff im wesentlichen

erfolgt.

Die Rotation des Luftringes wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Kolbenform (Kolbenmulde 5) und den im Obergang zwischen der Mulde 5 und dem Außenrand des Kolbens 3 vorgesehenen Quetschspalt 14 verstärkt.

In F i g. 2 ist der rotierende Luftring mit seiner radial nach außen zunehmenden Dichte durch die Pfeile 15 symbolisch angedeutet, während der zentral eingeblasene Wasserstoff als zunächst im wesentlichen ruhender Kern 16 angedeutet ist.

Fig. 1 zeigt somit das Prinzip, bei dem Luft und Wasserstoff im Zylinder durch die zentrale Einblasung des Wasserstoffes und durrh die Rotation der Luft stark geschichtet sind. Aufgrund der großen Diffusionsfreudigkeit des Wasserstoffes ergibt sich im weiteren Verlauf eine Vermischung, die von dem Übergangsbereich zwischen dem Kern 16 und dem äußeren Luftring 15 ausgeht, wobei die Zündquelle 13 in diesem Obergangsbereich angeordnet ist und diese Vermischung .letztlich auch zu einer Durchdringung der äußeren Luftschichten mit Wasserstoff führt, ·η denen allerdings nur ein verhältnismäßig mageres Gemisch zustandekommt. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Verbrennung allmählich abläuft und daß explosionsartige Verbrennungserscheinungen ausgeschlossen sind, und zwar bsi gleichzeitig: optimalen Voraussetzungen für eine sichere Zündung wegen der weiten Zündgrenzen der Luft/Wasserstoffgemische.

Bei der an die Zündung anschließenden Verbrennung bildet sich als Hauptprodukt der Verbrennung überhitzter Wasserdampf, der sich in seinem spezifischen Gewicht vor allem im Vergleich zum sehr leichten, innenliegenden Wasserstoff von der Luft nur wenig unterscheidet und sich mit dieser vermischt, so daß die Verbrennung in ihrem Ablauf vor allem im Hinblick auf Druckanstieg und Brenndauer durch die erreichte Schichtung kontrolliert wird.

Vor allem wenn der Wasserstoff so eingebracht wird, daß er mit dem drehenden Luftring um die Zylinderachse stark mitrotiert, ist aufgrund der großen Dichteunterschiede zwischen Wasserstoff und Luit die angestrebte Schichtung gewährleistet Eine schnellere Aufbereitung, eine schnellere Durchdringung von Wasserstoff und Luft, wie sie u. U. bei relativ s. >Uer Einblasung wünschenswert sein kann, ließe sich daöc i in einfacher Weise dadurch erreichen, daß der Wasserstoff entgegen der Luft-Drehrichtung eingeblasen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als einzigem Kraftstoff, bei der reine Luft um die Zylinderachse rotierend eingebracht und der Wasserstoff unter Bildung eines zentralen Wasserstoffkerns im Brennraum eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung im Obergangsbereich zwischen dem Wasserstoffkern und der rotierenden Luft eingeleitet wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff axial in den zentralen Bereich des Luftringes eingeblasen wird.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Wasserstoffeinblasung zwischen Auslaßschluß und 60° vor dem oberen Totpunkt liegt, in dem der Obergang von der Kompression zur Expacsion stattfindet

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Beginn der Wasserstoffeinblasung im Saugtakt

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Beginn der Wasserstoffeinblasung nach Einlaßschluß.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Beginn der Wasserstoffeinblasung im frühen Kompressionstakt

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasdüse t«VI) maximal in einem dem halben Zylinderradius entsprechend ;<i Abstand von der Zylinderachse (6) liegt

8. Brennkraftmaschine nach . nspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle (12) in einem zumindest dem Absland der Einblasdüse (11) entsprechenden Radialabstand von der Zylinderachse (6) angeordnet ist.

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