DE2635847C3

DE2635847C3 - Luftverdichtende, selbstzündende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2635847C3
Application number: DE2635847A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Buddenhagen
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-08-10
Filing date: 1976-08-10
Publication date: 1980-02-07
Also published as: HU175123B; JPS5321312A; DD131574A1; DE2635847A1; US4273079A; DE2635847B2; FR2361536B1; FR2361536A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, selbstzündende, direkteinspritzende Brennkraftmaschi ne mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten, am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte, in Drehung um die Zylinderachse versetzte Verbrennungsluft aufnehmenden rotationskörperförmigen Brennraum, bei der ein wesentlicher Teil des flüssigen Kraftstoffs als dünner Film auf die Brennraumwand aufgebracht, dort aufbereitet, von der Verbrennungsluft abgetragen, mit ihr vermischt und verbrannt wird, und bei der in der Brennraumwand zum leichteren Aufbereiten bzw. zum Erreichen einer Voroxydalion des Kraftstoffes zusätzliche Mittel in Stufenform mit einem zumindest nahezu senkrecht zur Lüftströmungs* richtung Verlaufenden Abschnitt atisgebildet sind.

Derartige Brennkraftmaschinen, die nach dem Ver* fahren der KraflstofNWandauftragurtg arbeiten, sind bereits hinreichend bekannt Sie haben eine Reihe von Vorteilen; wobei insbesondere die geringe Abgastril· büng, der günstige Kraftstoffverbrauch, die hohe spezifische Leistung und die Gangruhe zu erwähnen sind. Da sich schon frühzeitig herausstellte, daß bei diesen Motoren insbesondere nach dem Starten oder bei Betriebszuständen, in denen die Brennraumwand nicht die zur ausreichend schnellen Aufbereitung des Kraftstoffes erforderliche Temperatur aufweist, eine Weiß- und/oder Blaurauchbildung auftritt, die belästigend und sichtbehindernd, ja sogar für den menschlichen Organismus schädigend wirkt, hat man sich >o bemüht, diesen Nachteil zu beseitigen, indem man zusätzliche Mitte! vorsah, durch die eine schnellere Kraftstoffaufbereitung bzw. eine Voroxjdation desselben erfolgte.

So wurde gemäß der DE-PS 96 750 vorgeschlagen, einen längeren freien Kraftstoffstrahl zu wählen und hinter dem Auftreffpunkt desselben in der Brennraumwand eine abfallende Stufe vorzusehen, durch die der sich infolge seiner kinetischen Energie und der drehenden Luftschichten fortpflanzende Kraftstoffilm wenigstens zum Teil abreißt und sich unmittelbar mit der Luft vermischt. Eine örtliche Wirbelbildung an der Stufe erhöht die Voroxydation eines Teiles des Kraftstoffes.

Durch die DE-AS 15 26 316 ist es bekannt, als zusätzliche Mittel zum Erreichen einer Voroxydation des Kraftstoffes in der Brennraumwand mehrere, quer zur Strömungsrichung der Luft verlaufende, ebenfalls abfallende Stufen im Bereich des ^uftreffpunktes des Kraftstoffes in dem Teil der Brennraumwand vorzusehen, an dem die Filmbildung erfolgt. Der Kraftstoff springt also zunächst von einer Stufe zur anderen, wird so veroxydiert und breitet sich dann als Film aus. Es erfolgt also eine laufende Abhebung des Kraftstoffes von der Brennraumwand.

J5 Schließlich ist durch die DE-AS 10 29 613 noch eine selbstzündende Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der der über den ersten Teil seines Weges durch die Brennraumwand geführte Krafntoffjlm durch eine oder mehrere, an der Brennraumwand ν -rgesehene, achsparallel oder spiralförmig nach innen gekrümmte Ablösekanten von der Wand abgehoben und durch Umlenkung in den im Brennrauminneren rotierenden Luftwirbel eingemischt wird. Bei dieser Anordnung wird also der Kraftstoff zur Luft geführt. Durch die stark nach der

« Brennraummitte 'nn gekrümmten Ablösekanten erfolgt in ihrem Bereich eine nahezu vollkommene Zerstörung der Luftrotation, der Kraftstoff verbrennt nicht mehr geordnet unmittelbar in der Nähe der Brennraumwand, sondern durch die Wirbelbildungen mehr ungeordnet im

5·> Inneren des Brennraumes, wodurch mit einer schlechteren Ausnützung der an der Wand hinter den Ablösekanten befindlichen Luft zu rechnen ist.

Die Anbringung derartiger Zusatzmittel hat /war mehr oder weniger zu einer Verbesserung geführt.

jedoch nur zum Teil. Es wurde nämlich vielfach auch festgestellt, daß in bzw. hinter den Stufen oder Rillen, die im Bereich des Kraftstoffilms liegen, immer wieder Ansammlungen von Kraftstoff auftreten, dessen Verbrennung sich dann den örtlichen Gegebenheiten entsprechend lange hinauszieht, wodurch der durch die Anbringung der Zusatzmittel erreichte Vorteil Zürn Teil öder sogar ganz wieder aufgehoben werden kann. Hinzu kömmt, daß bei den beschriebenen Ausführungen immer nur ein Teil des Kraftstoffilms, nämlich der im Bereich der Stufe oder Stufen liegende Teil einer Voroxydatiori unterliegt.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde Hegt, bei einer Brennkraftmaschine der

eingangs beschriebenen Art die genannten Nachteile zu vermeiden, d.h. die Aufbereitung, Abtragung und Verbrennung des gesamten filmartig auf die Brennraumwand aufgetragenen Kraftstoffes zu verbessern, ohne daß die der Brennkraftmaschine anhaftenden Vorteile verringert werden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß, in Richtung der Luftdrehung gesehen, eine oder mehrere jewe-ls zur Brennraummitte hin ansteigende Stufen vorgesehen sind, die derart vor dem Kraftstofffilm angeordnet sind, daß eine laminare Grenzschichtströmung über dem Kraftstoffilm ohne oder nahezu ohne Beeinflussung der Lufthauptströmung im Brennraum verhindert wird.

Mit anderen Worten wird also nach der Erfindung eine Stolperwelle außerhalb des Kraftstoffilms vorgesehen und so ausgebildet, daß dieser in seiner Gesamtheit, nicht mehr wie bisher nur teilweise, gleichmäßig aufbereitet und abgetragen wird bzw. einer gleichmäßigen Voroxydation unterliegt, zumal irgendwelche KraftsioffansarnmJungen nicht mehr auftreten können. Die Folge ist eine gleichmäßigere, bessere Verbrennung, durch die vor allem die Schadstoffkonzentration in den Abgasen wesentlich verringert wird. Auch eine Steigerung der Motorleistung konnte festgestellt werden.

Die Länge der Stufen soll dabei wenigstens der Breite des Kraftstoffilms entsprechen, damit auch tatsächlich eine Zerstörung der laminaren Grenzschicht über dem gesamten Film erfolgen kann. Die Höhe und die Lage ω der Stufe oder der Stufen sind dabei unterschiedlich und jeweils auf Grund der Betriebsparameter des Motors zu optimieren. Es kann so ohne weiteres vorteilhaft sein, eine Stufe — in Richtung der Luftdrehung gesehen — aus mehreren, zueinander versetzten Teilabschnitten zu bilden oder dieselbe, ebenfalls in Richtung der Luftdrehung gesehen, bogenförmig auszubilden. In einer Projektion zur Brennraumachse gesehen kann die Stufe schließlich in einem Winkel zu dieser angeordnet sein, der kl.iner als 70° ist. Die Lage richtet sich ganz nach der Form des Kraftstoffilms.

Den Gegenstand der Erfindung weitere ausgestaltende Einzelheiten können der nachfolgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch dtn oberen Teil eines Kolbens, der einen Brennraum mit den erfindungsgemäßen Mitteln aufweist,

Fig. 2 einen Schnitt II-II durch den Kolben bzw. Brennraum nach Fig. 1,

Fig.3 bis 5 verschiedene Brennräume mit dem erfindungsgemäßen Merkmalen in verschiedenen Variationen.

In Fig. 1 ist im Boden 1 eines nur angedeuteten Kolbens 2 ein kugelförmiger, mit einem eingeschnürten Hals 3 versehener Brennraum 4 angeordnet. Der Brennraum 4 nimmt, sobald der Kolben 2 seine oben; Totpunktstellung erreicht hat, hahezu die gesamte Verbrennungsluft auf, welche durch hier nicht dargestellte Mittel wie Schirmventile, Drallkanäle o. au entsprechend dem Pfeil 5 (Fig.2) in eine schnelle Drehbewegung um die Brennraumachse χ versetzt wird In der Brennraumwand 6 ist, in Richtung der Luftdrehung 5 gesehen, eine allmählich in radialer Richtung zunehmende Aussparung 7 vorgesehen, welche schließlich durch eine radial zur Brennraummitte hin ansteigende, als Stolperschwelle ausgebildete Stufe 8 beendet wird. (Siehe insbesondere Fig. 2). Wiederum in Richtung der Luftdrehung 5 gese'· η hinter der Stufe 8 ist der auf die Brennraumwand 6 aufgebrachte und bereits voll ausgebreitete Kraftstoffilm 9 angedeutet, der eine Breite # aufweist.

Wie anhand der F i g. 2 wohl am deutlichsten zu sehen ist, wirr¹ die laminare Grenzschicht der rotierenden Luft durch die Stufe zerstört, was zu einer besseren Aufbereitung und Abtragung des Kraftstoffes führt. Die Hauptströmung wird durch diese Maßnahme praktisch nicht beeinflußt, der Gemischbildung":.- und Verbrennungsvorgang erfolgt also in geordneter Weise.

In den Fig. 3 bis 5 sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen.

Fig. 3 zeigt wiederum einen kugelförmigen Brennraum, in dessen Brennraumwand die Stufe 8 in Richtung der Luftdrehung gesehen aus drei jeweils zueinander versetzten Teilabschnitten 8a, Sb, 8c besteht. Dies kann den Vorteil haben, daß die Aufhebung der laminaren Strömung in der Grenzschicht dem Kraftstoffilm 9 besser anzupassen ist.

Aus dem gleichen Grund kann die Stufe 8 auch, wie es in ^cig. 4 dargestellt ist. in Richtung der Luftdrehung gesehen bogenförmig ausgebildet sein. Der Brennraum 4 ist in dieser Figur ebenfalls rotationskörperförmig ausgebildet, und zwar als Zylinder.

Fig. 5 schließlich zeigt einen unttn abgeflachten Brennraum 4. in dessen Brennraumwand 6 die Stufe 8. bezogen auf die Projektion der Brennraumachse χ in einem Winkel zu dieser verläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

«J T / Patentansprüche:

1. Luftverdichtende, selbstzündende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten, am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte, in Drehung um die Zylinderachse versetzte Verbrennungsluft aufnehmenden rotationskörperförmigen Brennraum, bei der ein wesentlicher Teil des flüssigen Kraftstoffs als dünner Film auf die Brennraumwand aufgebracht, dort aufbereitet, von der Verbrennungsluft abgetragen, mit ihr vermischt und verbrannt wird, und bei der in der Brennraumwand zum leichteren Aufbereiten bzw. zum Erreichen einer Voroxydation des Kraftstoffs zusätzliche Mittel in Stufenform mit einem zumindest nahezu senkrecht zur Luftströmungsrichtung verlaufenden Abschnitt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Luftdrehung (5) gesehen, ei .ie oder mehrere jeweils zur Brennraummitte hin ansteigende Stufen (8) vorgesehen sind, die derart vor dem Kraftstoffilm (9) angeordnet sind, daß eine laminare Grenzschichtströmung über dem Kraftstoffilm ohne oder nahezu ohne Beeinflussung der Lufthauptströmung im Brennraum (4) verhindert wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stufen (8) wenigstens der Breite (B) des Kraftstoffilms (9) entspricht

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (8), in Richtung der Luftdrenung (S/ gesehen, aus mehreren, zueinander versetzten Teilabschnitten (8a. 8b. Sc) besteht.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (8) in Richtung der Luftdrehung (5) bogenförmig ausgebildet ist.

5 Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (8) in einer Projektion zur Brennraumachse (x) gesehen in einem Winkel («) zu dieser angeordnet ist. der weniger als 70° beträgt.