DE2703228C2

DE2703228C2 - Luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2703228C2
Application number: DE2703228A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Hofbauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1977-01-27
Publication date: 1984-08-23
Also published as: DE2703228A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige auch als Wirbelkammer-Dieselmotor bekannte Ausführung einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung M 26 336 la/46a² (veröffentlicht am 27. Sept. 1956) beschrieben. Don besteht der in den Innenraum der Vorkammer hineinragende Vorsprung aus einem relativ schmalen Stab, der als gesondertes Bauteil durch eine Verschraubung im Zylinderkopf befestigt wird. Er ragt dabei etwa durch die Mitte der gesamten Brennkammer und behindert daher trotz einer möglicherweise strömungsgünstigen Ausbildung in den nicht von dem Kraftstoffeinspritzstrahl getroffenen Bereichen in unnötiger Weise die in der Vorkammer stattfindende Luftströmung.
Während bei der Ausführung nach dem DE-GM 18 31 025 der Kraftstoffstrahl gegen eine aus der Wand der Vorkammer herausragende Glühkerze gerichtet wird, wird bei den Brennkraftmaschinen-Ausführungen nach der DE-PS 6 84 394 und GB-PS 2 24 518 bereits ein aus der Wand der Vorkammer herausragender Vorsprung benutzt, um angeblich eine bessere Verteilung des Kraftstoffes in die Vorkammer zu bewirken.

Aus dem DE-GM 70 20 741 ist schließlich ein Wirbelkammer-Dieselmotor bekannt, bei dem die Vorkammer zum Hauptbrennraum hin durch einen Einsatz begrenzt ist, der einen in dem Sprühstrahl der Einspritzdüse liegenden kugelförmigen Aufprallkörper trägt, der sich als innerhalb der Vorkammer liegendes Teil schneller erwärmen und dadurch für eine bessere Verdampfung des aufgespritzten Kraftstoffes sorgen soll.

Bei anderen bekannten Brennkraftmaschinen-Ausführungen (G B 7 77 870 und GB 7 86 329) weist der Vorkammereinsatz auf der der tangentialen Einmündungsstelle des Verbindungskanals in die Vorkammer gegenüberliegenden Seite eine unter einem Winkel gegenüber der Vertikalen konisch sich verjüngende Wand mit einer daran anschließenden, zur Verbindungskanalöffnung führenden horizontalen Fläche auf. Ein besonderer Vorsprung, auf den die Kraftstoffeinspritzdüse den Kraftstoff strahl aufspritzen könnte, ist dort jedoch nicht vorhanden. Der Kraftstoffstrahl trifft dort vielmehr etwa in dem Übergangsbereich zwischen der konischen Innenkontur und der horizontalen Fläche an der der tangentialen Einmündungsstelle des Verbindungskanals gegenüberliegenden Seite der Vorkammer auf.

bo Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe steht nun darin, eine luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des IV lentanspruchs angegebenen Art weiterzubilden und dalici insbesondere durch einen kürzeren Zündver/iig ein

h^ri leiseres Motorgeräusch tinier Vermeidung einer wesentlichen Behinderung der Luftströmung in iler Vor kammer zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem

Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Anordnung des nasenförmigen Vorsprunges bewirkt, daß der Auftreffpunkt des Kraftstoffeinspritzstrahles strömungsgünstig zur Mitte der Vorkammer hin vorverlegt wird, so daß sich ein kürzerer Zündverzug und damit eine Verringerung des Verbrennungsgeräusches ergibt Durch die erfindungsgemäße Ausbildung dieses nasenförmigen Vorsprunges mit zwei im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufenden Kanten, bei denen eine im wesentlichen horizonial ausgerichtete Begrenzungskante etwa in Höhe der Mitte der Vorkammer verläuft und die andere im wesentlichen vertikal ausgerichtete Begrenzungskante von der der tangentialen Einmündungsstelle des Verbindungskanals in die Vorkammer gegenüberliegenden Wandseite des Verbindungskanals ausgeht, wird eine bezüglich der Rotationsbewegung der Verbrennungsluft in der Vorkammer günstige und kaum störende Anordnung erreicht.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen e'er Erfindung ergeben sich gemäß den Kennzeichen der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Bereich der Vorkammer eines Wirbelkammer-Dieselmotors,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Vorkammereinsatz gemäß Schnittlinien H-Il nach Fig. 1,

Fig.3 eine Draufsicht auf den Vorkammereinsat/, und

F i g. 4 eine Darstellung des Verbindungskanalquerschnitts.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinder, mit 2 ein Kolben und mit 3 ein Zylinderkopf einer mehrzylindrigen luftverdichtenden, selbstzündenden Einspritz-Brennkraftmaschine bezeichnet. Wie weiter insbesondere in der Fig. 1 der Zeichnung angedeutet ist, weist die Stirnfläche des Kolbens 2 eine eingearbeitete Kolbenmulde 4 auf, die zusammen mit dem im oberen Totpunkt des Kolbens zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderkopf 3 verbleibenden Raum 5 die Hauptbrennkammer der Brennkraftmaschine bildet.

Die Kolbenmulde 4 ist dabei in dem Bereich des Kolbens 2 angeordnet, der etwa unterhalb der in dem Zylinderkopf 3 angeordneten Vorkammer 6 liegt. Diese eine Kraftstoffeinspritzdüse 7 aufweisende Vorkammer 6 ist im wesentlichen kugelförmig ausgebildet und zur Hauptbrennkammer 4,5 hin durch einen aus einem wärmedämmenden Material, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff wie Siliziumnitrid, bestehenden Einsatz 8 begrenzt. Der Einsat/, weist einen die Vorkammer 6 mit der Hauptbrennkammer 4, 5 verbindenden Verbindungskanal 9 auf, dessen Querschnitt in der Fig. 4 gezeigt ist. Dieser Verbindungskanal 9 ist gegenüber der horizontal ausgerichteten Kolbenstirnfläche um einen Winkel von beispielsweise 35° geneigt und mündet mit seiner von der Kolbenmitte entferntesten Wandkonturlinie tangential in die kugelförmig ausgebildete Innenkontur 11 des Vorkammereinsatzes 8 ein, die ein Teil der Wand der Vorkammer 6 bildet.

Auf der dieser tangentialen Einmündungsstelle des Verbindungskanals 9 in die Vorkammer 6 diametral gegenüberliegenden Seite weist der Vorkammereinsatz 8 eine unter einem kleinen Winkel gegenüber der Vertikalen sich nach unten /u konisch verjüngende Wand 12 auf. aus der ein nasenfi'rmiger Vorsprung 13 in die Vorkammer 6 hineinragt. ')er nascnförmigc Vorsprung 13 isi nach oben durch i''ne im wesentlichen horizontale Begrenzungskante 14 und zur Mitte der Vorkammer 6 durch eine im wesentlichen vertikale Begrenzungskante 15 begrenzt, so daß sich an deren Treffpunkt eine etwa rechtwinklige, abgerundete Spitze 16 bildet, die direkt im Sprühstrahl der Kraftstoffeinspritzdüse 7 liegt Wie aus den F i g. 2 und 3 weiter ersichtlich ist ist dieser nasenförmige Vorsprung 13 relativ schmal ausgebildet und steht im wesentlichen vertikal in einer Ebene, die dui-ch die Mitte des Verbindungskanals 9 verläuft Der

ίο nasenförmige Vorsprung behindert dadurch nicht die infolge der tangentialen Einmündung des Verbindungskanals 9 in der im wesentlichen kugelförmig ausgebildeten Vorkammer 6 erzeugte Rotationsbewegung (Pfeil 17) der während des Verdichtungshubes des Kolbens in die Vorkammer hineingedrückten Verbrennungsluft Andererseits verkürzt der nasenförmige, der Einspritzdüse 7 entgegengerichtete Vorsprung 13 die Zeit, die der Kraftstoffeinspritzstrahl bis zum Auftreffen auf Wandpartien der Vorkammer benötigt, was zu einer Verkürzung des Zündverzuges und damit zu einer Verringerung des Verbrennungsgeräuschs der Brennkraftmaschine führt

Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung weiter ersichtlich ist, ist am Fuß der konisch sich verjüngenden Wand 12 des Voi kammereinsatzes 8 eine senkenartige Vertiefung 19 dadurch gebildet, daß die von dem Fußbereich /u der Einmündungsstelle des Verbindungskanals 9 in die Vorkammer 6 führende ebene Fläche 18 um einen spitzen Winkel gegenüber der Horizontalen geneigt an-

jo steigt Diese senkenartige Vertiefung 19 hat dabei die Aufgabe, die an den Wänden 12 der Vorkammer und insbesondere an dem nasenarligen Vorsprung 13, vorzugsweise während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine, in flüssigem Zustand herablaufenden, unverbrannten Kohlenwasserstoffe aufzufangen und zurückzuhalten. Dadurch wird verhindert, daß diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe, beispielsweise beim Expansionshub, durch den Verbindungskanai 9 in die Hauptbrennkammer 4,5 gesaugt und von dort über das Auslaßventil in die Abgasleitung und damit in die Atmosphäre ausgestoßen werden.

Um zu erreichen, daß der Verbindungskanai 9 in etwa venturiartig ausgebildet ist, soll vorgesehen sein, daß auf der Wandseite 20 des Verbindungskanals 9, die der tangentialen Einmündung in die Vorkammer 6 gegenüberliegt, im Bereich der Einmündung in die Vorkammer 6 ein relativ kleiner Radius 21 von z. B. R — 0,5 mm und im Bereich der Einmündung in die Hauptbrennkammer 4, 5 ein relativ großer Radius 22 von z. B. R = 12 mm

V) vorgesehen ist. In dem zwischen diesen beiden Radien liegenden Bereich verlaufen die Wände des Verbindungskanals 9 in etwa parallel zueinander. Weiterhin ist vorgesehen, daß dieser im Bereich der Einmündung des Verbindungskanals 9 in die Hauptbrennkammer 4, 5 vorgesehene Radius 22 über den Umfang des Verbindungskanals 9 betrachtet kontinuierlich von seinem Maximalwert von z. B. R = 12 mm an der Wandkonturlinie 20 auf einen Minimalwert von z. B. R = 0,2 mm an der Wandkonturlinie 10 abnimmt.

bo Insgesamt gesehen läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorkammereinsatzes eine Verkürzung des Zündverzuges und dadurch eine Verminderung lies Verbrennungsgeräusches der Diesel-Brennkraftmaschinc sowie eine Verringerung der in den Ab-

ti^r> gasen enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen erreichen. Durch die venturiartige Ausbildung des Verbindungskanals wird weiterhin trot/ Aufrechu-rhaltung einer gewünschten guten Ausrichtung der durch den

—mmataaasaii^rX

Verbindungskanal tretenden Strömung eine Verringerung der Wärmeverluste an die umgebenden Wandpartien sowohl beim Einschieben der Verbrennungsluft in die Vorkammer als auch beim Herausschießen der verbrennenden Gase aus der Vorkammer erreicht. Dies kann zudem durch Fertigung des Vorkammereinsatzes 8 aus einem wärmedämmenden, vorzugsweise keramischen Material wie Siliziumnitrid oder dergleichen, wirkungsvoll unterstützt werden.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Luftverdichtendc, selbsuündcnde Einspritz-Brennkraftmaschine mit einem in jedem Zylinder gleitenden Kolben und mit einem jedem Kolben zugeordneten Verbrennungsraum, der aus einer zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf angeordneten Hauptbrennkammer und einer mit der Hauptbrennkammer über einen im wesentlichen tangential einmündenden Verbindungskanal verbundenen, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufweisenden Vorkammer besteht, wobei die im wesentlichen kugelförmige Vorkammer in dem Zylinderkopf angeordnet ist und einen in den Innenraum hineinragenden, seiimalen Vorsprung aufweist, der in einer im wesentlichen vertikalen, durch den Verbindungskanal laufenden Mittelebene ausgerichtet und im Sprühstrahl der Kraftstoffeinspritzdüse liegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (13) nasenförmig ausgebildet und durch im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufende Kanten (14,15) begrenzt ist, von denen eine im wesentlichen horizontal ausgerichtete Begrenzungskante (14) etwa in Höhe der Mitte der Vorkammer (6) verläuft und die andere, im wesentlichen vertikal ausgerichtete Begrenzungskante (15) von der der tangentialen Einmündungsstelle (10) des Verbindungskanals (9) in die Vorkammer (6) gegenüberliegenden Wandseite (20) des Verbindungskanals ausgeht.

2. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Zylinderkopf (3) gehaltener Einsatz (8) vorgesehen ist, der den Verbindungskanal (9) und den einstückig aus einer die Vorkammer (6) zum Hauptbrennraum (4,5) begrenzenden Wand (12) nasunförmig herausragenden Vorsprung (13) aufweist.

3. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Voikammereinsatz (8) auf der der tangentialen Einmündungsstelle (10) des Verbindungskanals (9) in die Vorkammer (6) gegenüberliegenden Seite eine unter einem Winkel gegenüber der Vertikalen konisch sich verjüngende Wand (12) mit einer daran anschließenden, zur Verbindungskanalöffnung führenden ebenen Fläche (18) aufweist, die gegenüber der Horizontalen derart geneigt ist, daß sich am Boden der Vorkammer eine senkenartige Vertiefung (19) bildet.

4. Einspritz-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der tangential in die Vorkammer (6) einmündenden Wandkontur (10) gegenüberliegende Wandkontur (20) des Verbindungskanals (9) im Bereich der Einmündung in die Vorkammer einen relativ kleinen Radius (21) und im Bereich der Einmündung in die Hauptbrennkammer (4,5) einen relativ großen Radius (22) aufweist.

5. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (22) im Bereich der Einmündung in die Hauptbrennkammer (4, 5) über den Umfang de Verbindungskanals (9) ausgehend von einem Maximalwert an der der tangentialen Kinniündungsstelle (10) des Verbindungskanal!. (9) in die Vorkammer (b) gegenüberliegenden Wandkontur (20) kontinuierlich bis zu einem Minimalwert an der tangential in die Vorkammer einmündenden Wandkonturlinie (10) abnimmt

6. Einspritz-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammereinsal/. (8) aus einem wärmedämmen- dzn Material besteht.

7. Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammercinsatz (8) aus einem keramischen Material besteht.