DE2706687A1

DE2706687A1 - Im zylinderkopf angeordneter verbrennungsraum

Info

Publication number: DE2706687A1
Application number: DE19772706687
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Behrens; Christian Dipl Ing Olbrich; Franz Dipl Ing Wolf
Original assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Current assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1978-01-05
Also published as: FR2355994B1; FR2355994A1; CS196697B1; DD129352A1

Description

V U b b 8 7

Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum

Die Erfindung betrifft einen im Zylinderkopf angeordneten Verbrennungeraum, insbesondere für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung, der aus einer exzentrisch zur Mittelebene des Zylinders vorgesehenen muldenförmigen Ausnehmung besteht, in deren Längsrichtung der Kraftstoff eingespritzt wird und in der die Spül- oder Ladeluft durch Quetschströmung einen Wirbel bildet·

Zwischen den einezelnen Arbeitstakten von Zweitakt-Brennkraftmaschinen liegen im Leerlauf und geringer Belastung unterschiedlich viele Leertakte, weil nicht bei jeder Umdrehung zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoffluftgemisch an der Zündkerze vorliegt« Ursache hierfür ist die mangelhafte Spülung des Zylinders infolge geringer Frischgas zufuhr bei Drosselbetrieb· Das im Zylinder befindliche Abgas aus dem vorangegangenen Arbeitspiel wird dadurch zum Teil verdrängt·

Der Abgasrest vermischt sich mehr oder weniger mit dem Frischgas, und es sind je nach der je Arbeitsspiel zugeführten Frischgasmenge mehr oder weniger Spülvorgänge erforderlich, bis die Gemischzusammensetzung zwischen den Elektroden der Zündkerze wieder den Zündbedingungen entspricht und eine Verbrennung stattfindet· Während der übrigen Arbeitsspiele verläßt während jedes Ladungawechsels ein Teil des mit Frischgas zugeführten Kraftstoffes den Zylinder durch den Auspuff.

709881/0601

Die den Zylinder dabei verlassende Kraftstoffmenge hängt ab von dem jeweiligen Mischverhältnis zwischen Frisch- und Abgasen sowie von der Größe der Frischgaszufuhr· Dadurch ergibt sich besonders bei Leerlauf und kleinen Hotorbelastungen eine relativ große Kohlenwasserstoff-Konzentration in den Motorabgasen·

Um diese Nachteile zu vermeiden sind Brennkraftmaschinen mit im Zylinderkopf angeordneten Verbrennungsräumen, die als Wirbelkammer ausgebildet sind, bekannt·

Nach DT-PS 809 266 ist eine Diesel-Brennkraftmaschine bekannt, die im Zylinderkopf einen walzenförmigen Verbrennungsraum besitzt, der mit seiner Achse quer zur Zylinderachse angeordnet ist« Durch die Verdrängerwirkung der seitwärts des Verbrennungsraumes liegenden Quetschflächen des Zylinderkopfes und des Kolbens wird gegen Ende des Verdichtungshubes im Verbrennungsraum eine sich drehende Luftwalze erzeugt, in deren Längsrichtung der Brennstoff eingespritzt wird·

Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß der Kolbenboden und Zylinderkopf messerartige Längskanten aufweisen, die funktionell zu erhöhter Klopfneigung führen bzw· verstärkter thermischer Belastung unterliegen· Des weiteren ist die Herstellung der Wirbelkammer sehr kompliziert und kostenaufwendig· Die bekannte Ausführung ist für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung nicht ohne weiteres geeingnet.

Weiterhin ist nach DL-PS 14 028 eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf versetzt angeordneter Wirbelkammer bekannt, in die der aufsteigende Spül- oder Ladestrom etwa tangential in diese geleitet wird« Die Wirbelkammer ist exzentrisch zur Mittelebene des Zylinders sowie symmetrisch in Sichtung des Spül- oder Ladestromes maximal zwei Drittel der Kolbenoberfläche einnehmend vorgesehen· Diese tiefste Ausnehmung besitzt die Form einer nierenförmigen Fläche, die auf der einen Seite rechtwinklig but Zylinderachse und auf der

709881/0601

^VUbbBV

anderen Seite dem Auslaßkanal zugeneigt angeordnet ist. Die Einspritzdüse ist in der Wirbelkammer unter einem entsprechenden Winkel zur Zylinderachse vorgesehen, wobei der eingespritzte Kraftstoffkegel in Richtung des aufsteigenden Ladestromes geleitet wird·

Nachteilig wirkt sich bei dieser Brennkraftmaschine aus, daß die Wirbelkammer entgegengesetzt vom Auslaßkanal angeordnet ist, so daß der Spül- oder Ladestrom den aus dem Quetschraum fließenden Strom entgegengerichtet ist, so daß es zu keiner gerichteten Wirbelbildung kommt· Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wirbelkammer im Querschnitt verhältnismäßig groß ausgeführt ist und durch die nierenförmige Ausbildung keine, für die Gemischbildung - im Sinne einer Ladungsschichtung - günstige Form aufweist. Nachteilig ist weiterhin die Anordnung der Einspritzdüse, da der eingespritzte Kraftstoffkegel in Richtung des aufsteigenden Ladestromes geleitet wird, wodurch nicht immer ein zündfähiges Gemisch an der Zündkerze garantiert ist und durch den zur Zerstäubung notwendigen Einspritzdurck Kraftstoff auf Kolbenboden und Zylinderwand aufgespritzt wird.

Zweck der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Zweitakt-Brennkraftmaschinen im gesamten Betriebsbereich zu verbessern und die den Zylinder unverbrannt verlassende Kraftstoffanteile, infolge aussetzender Verbrennung und während des Ladungswechsels, zu vermeiden· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die verbesserte Ausbildung und Anordnung des Verbrennungsraumes und der Einspritzdüse in dem im Verbrennungsraum erzeugten Wirbel eine Verbrennung während jedes Arbeitsspieles bei hohem Wirkungsgrad zu ermöglichen und KraftstoffVerluste während des Ladungswechsels zu vermeiden·

709881/0601

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Verbrennungsraum im Zylinderkopf in bekannter Weise über dem Auslaßkanal, den Überströmkanälen gegenüber angeordnet ist, wobei der Verbrennungeraum die Grundfläche eines Segmentes der Zylinderbohrung und einen vorzugsweisen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der zur Quetschfläche hin in eine Ebene, zur Zylinderachse paralele Innenfläche ausläuft, so daß am Übergang zur Quetschfläche eine Quetschkante entsteht und daß die Einspritzdüse zur Achse des Verbrennungsraumes winklig angeordnet ist, so daß der austretende Strahlkegel auf die Wandpartie der Spülluftumlenkung und Wirbeleinleitung und parallel zur Innenfläche des Verbrennungsraumes gerichtet ist·

Der Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnittes des Verbrennungsraumes ist vorzugsweise kleiner als «in Drittel der Zylinderbohrung vorgesehen· Das Volumen des Verbrennungsraumes beträgt mindestens 75 % des gesamten Kompressionsvolumens, ist aber vorzugsweise so groß ausgeführt, daß im oberen Totpunkt die verdichtete Luft mit der eingespritzten Maximal-Kraftstoff menge bei angenommener homogener Verteilung ein stöchiometrisches Gemisch ergibt·

Die Zündkerze ist so angeordnet, daß sie nicht im Bereich des Strahlkegels der Einspritzdüse jedoch im Wirbelbereich des Kraftatoffgemischee liegt« Um eine bessere Strömung in Richtung des Verbrennungeraumes zu erreichen, verläuft die Quetschfläche im Zylinderkopf bzw« der Kolbenboden nach dem Übergang hin leicht geneigt, so daß zwischen der Quetschfläche und dem Kolben in der oberen Totpunktlage ein im Querschnitt düsenförmiger Quetschraum entsteht«

709881/0601

-f- r/06687

Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird in unmittelbarer Näche der Zündkerze während jedes Arbeitsspieles in jedem Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein zündfähiges Gemisch durch Einspritzung und Schichtung zu einer Zeit erzeugt, zu der KraftstoffVerluste während des Ladungswechsels vermieden werden. Der gute Schichtungseffekt wird wirksam durch die Anordnung und Ausbildung des Verbrennungsraumes und der Einspritzdüse. Der Verbrennungsraum ist symmetrisch über dem Auslaßkanal angeordnet, so daß die ebenfalls symmetrisch einströmende Spülluft an der Quetschfläche des Zylinderkopfes umgelenkt wird und somit bereits die Richtung der später einsetzenden Quetschströmung besitzt. Durch das Vorbeistreichen an dem scharfkantigen Übergang wird das Abgas aus dem Verbrennungsraum gerissen. Nach dem Schließen des Auslasses strömt die Spülluft in den Verbrennungsraum und durch die Verdrängungswirkung an der Quetschfläche wird der Wirbel im Verbrennungsraum erzeugt. In den Wirbel wird der Kraftstoff eingespritzt, so daß der sich bildende Kraftstoffdampf noch während der Einspritzdauer an die Zündkerze gelangt.

Das Einspritzende ist bei niedrigen Drehzahlen etwa mit dem Zündzeitpunkt gleichgesetzt und liegt bei maximalen Drehzahlen zweckmäßigerweise nicht vor der unteren Totpunktstellung des Kolbens, damit die Spülverluste an unverbranntem Kraftstoff vermieden werden.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigent

Pig. 1 - einen Ausschnitt aus einem Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine ,

Pig. 2 - einen Schnitt I - I nach Fig. 1, Pig. 3 - einen Schnitt II - II nach Pig. 1.

709881/0601

Eine Zweitaktbrennkraftmaschine besteht aus einem Zylinder 1, einem Zylinderkopf 2 und einem Kolben 4. Unterhalb des Zylinders 1 befindet sich ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Kurbelgehäuse mit einer Kurbelwelle und einer Pleuelstange. Im Zylinder 1 sind Überströmkanäle 3 und ein Auslaßkanal 5 angeordnet. Im Zylinderkopf 2 ist ein Verbrennungsraum 6 über dem Auslaßkanal 5» den Überströmkanälen 3 gegenüber, vorgesehen. Der Verbrennungeraum 6 «eist die Grundfläche eines Segmentes 13 der Zylinderbohrung und einen vorzugsweise halbkreisförmigen Querschnitt auf, der zur Quetschfläche 7 hin in eine Ebene, zur Zylinderachse parallele Innenwandfläche 14 ausläuft, so daß am übergang zur Quetschfläche 7 eine scharfe Quetschkante 8 entsteht. Die Einspritzdüse 9 ist zur Mittelachse 11 des Verbrennungeraumes 6 winklig angeordnet, so daß der auetretende Strahlkegel auf die Außenwandfläche 15 der Spülluftumlenkung und Wirbeleinleitung und parallel zur Innenfläche 14 des Verbrennungsraumes 6 gerichtet ist.

Die Zündkerze 10 ist im Verbrennungsraum 6 im oberen Bereich an der Wandfläche 12 angeordnet, so daß sie nicht im Bereich des Strahlkegels der Einspritzdüse 9 jedoch im Wirbelbereich des Kraftstoffluftgemisches liegt. Die Quetschfläche 7 im Zylinderkopf 2 nähert sich zur Quetschkante 8 hin dem Kolbenboden, so daß zwischen der Quetschfläche 7 und dem Kolben 4 in der oberen Totpunktstellung ein im Querschnitt düsenförmiger Quetschraum 16 entsteht. Der Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnittes des Verbrennungsraumes 6 ist vorzugsweise kleiner als ein Drittel der Zylinderbehrung ausgeführt, wobei das Volumen mindestens 75 % des gesamten Kompressionsvolumens beträgt.

Die aus dem Überströmkanal 3 ausströmende Spülluft wird an der Quetschfläche 7 umgelenkt und besitzt bereits die Richtung der später einsetzenden Quetschströmung· Durch das Vorbeistreichen an der Quetschkante 8 wird das Abgas aus dem Verbrennungsraum 6 gerissen, so daß eine einwand-

709881/0601

freie Spülung erfolgt und nur unbedeutende Röstgase im Verbrennungeraum 6 verbleiben· Die Abgase «erden durch die Spülluft mit in den Auelaßkanal 5 gefördert. Nach Schließen des Auslafikanales 5 wird die Spülluft durch den hochgehenden Kolben 4- in den Verbrennungsraum 6 gedrückt« Durch die Verdrängungswirkung des Kolbens 4 an der Quetschfläche 7 wird schließlich der Wirbel im Verbrennungsraum erzeugt« Durch die leicht geneigt verlaufende Quetschfläche 7 nach der Quetachkante 8 wirkt der Quetschraum wie eine Düse, so daß die Wirbelung im Verbrennungsraum 6 erhöht wird. In den Verbrennungsraum 6 wird durch die Einspritzdüse 9 Kraftstoff eingespritzt, wobei der Strahlkegel so gerichtet ist, daß auf die Außenwandfläche 15 und parallel zur Innenwandfläche 14 gespritzt wird· Das Einspritzende fällt bei kleinen Drehzahlen etwa mit dem Zündzeitpunkt zusammen, während es bei maximaler Drehzahl nicht vor der unteren Totpunktstellung des Kolbens 4 liegt· Dadurch werden die Spülverluste an unverbranntem Kraftstoff vermieden. Auf die Zündkerze 10 wird kein Kraftstoff direkt aufgespritzt, der in Wandnähe befindliche Kraftstoff gelangt jedoch durch die Wirbelung in deren Bereich·

709881/0601

of*

Leerseite

Claims

270668? Patentansprüchet

1./Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum, insbeson- ^ dere für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung der aus einer exzentrisch zur Mittelebene des Zylinders vorgesehenen muldenförmigen Ausnehmung besteht, in deren Längsrichtung der Kraftstoff eingespritzt wird und in der die Spül- oder Ladeluft durch Quetschströmung einen Wirbel bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (6) im Zylinderkopf (2) in bekannter Weise über dem Auslaßkanal (5), den Überströmkanälen (3) gegenüber angeordnet ist, wobei der Verbrennungsraum (6) die Grundfläche eines Segmentes (13) der Zylinderbohrung und,einen vorzugsweise halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der zur Quetschfläche (7) hin in eine Ebene, zur Zylinderachse (17) prallele Innenwandfläche (14) ausläuft, so daß am Übergang zur Quetschfläche (7) eine Quetschkante (8) entsteht und daß die Einspritzdüse (9) zur Mittelachse (11) des Verbrennungsraumes (6) winklig angeordnet ist, so daß der austretende Strahlkegel auf die Außwenwandflache (15) der Spülluftumlenkung und Wirbeleinleitung und parallel zur Innenfläche (14) des Verbrennungsraumes (6) gerichtet ist«

2· Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des halbkreisförmigen Querschnittes des Verbrennungsraumes (6) vorzugsweise kleiner als ein Drittel der Zylinderbohrung vorgesehen ist.

3· Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Verbrennungsraumes (6) mindestens 75 % des gesamten Kompressionsvolumens beträgt, vorzugsweise aber so groß ausgeführt ist, daß im oberen Totpunkt die verdichtete Luft mit der eingespritzten Maxima1-Kraftstoffmenge bei angenommener homogener Verteilung ein stöchiometrischea Gemisch ergibt«

709881/0601

f r/06687

4. Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (10) so angeordnet 1st, daß sie nicht im Bereich des Strahlkegels der Einspritzdüse (9) jedoch im Wirbelbereich des Kraftstoffluftgemisches liegt·

5· Im Zylinderkopf angeordneter Verbrennungsraum nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschfläche (7) im Zylinderkopf (2) bzw. der Kolbenboden nach der Quetschkante (8) hin leicht geneigt verläuft, so daß zwischen der Quetschfläche (7) und dem Kolben (4) in der oberen Totpunktlage ein im Querschnitt düsenförmiger Quetschraum (16) entsteht.

Hierzu gehören 1 Blatt Zeichnungen·

709881/0601