DE2746774C3

DE2746774C3 - Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2746774C3
Application number: DE2746774A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Ing.(Grad.) 4052 Korschenbroich Horstmann
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2008188A; GB2008188B; DE2746774A1; FR2406721A1; DE2746774B2

Description

Gegenstand des Patents 26 33 531 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit um die Zylinderachse kreisender Luftbev-egung, Einspritzung des Brennstoffs mittels einer am Zylinderkopf befestigten Einspritzdüse und zwei über einen Durchlaß miteinander in Verbindung stehenden, im Kolben angeordneten Brennkam-

)"> mern, in deren eine, einer unvollkommenen und mit niedriger Verbrennungstemperatur ablaufenden Verbrennung zugeordneten der Brennstoff durch die Einspritzdüse einspritzbar ist, während in der zweiten nachfolgend eine vollkommene und rasche Verbrennung stattfindet.

Bei der Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem älteren Patent erfolgt die Steuerung des die beiden Brennkammern miteinander verbindenden Durchlasses über den Weg, und zwar in der Weise, daß in den Durchlaß ein Zapfen bzw. die Einspritzdüse selbst eingeführt wird. Durch ein entsprechendes Überschneiden des Zapfens bzw. der Einspritzdüse einerseits und der zylindrischen Einschnürung im Durchlaß andererseits ist es möglich, die gewünschte optimale Trennung

^r,n der ersten von der zweiten Brennstufe zu erreichen. Bei einer großen Überschneidung ergibt sich eine späte Einleitung der zweiten Brennstufe und dadurch ein geringer Verbrennungsspitzendruck, ein erhöhter spezifischer Kraftstoffverbrauch, aber eine geringe NO2-

v, Emission. Dagegen bedeutet eine kleine Überschneidung eine frühe Einleitung der zweiten Brennstufe mit einem erhöhten Verbrennungsspitzendruck, geringem spezifischem Kraftstoffverbrauch und einer erhöhten NOrEmission. Je nach den vorherrschenden Bedingun-

M) gen und/oder gewünschten Ergebnissen läßt sich somit die jeweils optimale Überschneidung einstellen bzw, erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten

.,-, Art dahingehend zu verbessern, daß eine automatische Anpassung des Verhrennungsablaufs, insbesondere in der zweiten Brennkammer, an die jeweils vorherrschenden Verhältnisse erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Steuerung des Durchlasses eine die Einspritzdüse umfassende, axial verschiebbare Hülse dient, die auf der einen Seite von einer Feder, auf der anderen Seite vom Brennkammerdruck beaufschlagt wird.

Durch die Hülse kann die zweite Brennstufe bei einem genau definierten Druck innerhalb der Einspritz-Brennkammer eingeleitet werden. Dadurch wird ein steiler Druckanstieg in der ersten Brennkammer vermieden unu Geräusche, die Kolbenbelastung und die NO-Emission gesenkt. Darüberhinaus bildet die Hülse einen guten Wärmeschutz für die Düsenkuppe. Dadurch, daß die Hülse die Einspritzdüse umfaßt, ergibt sich eine gute und verkantungsfreie Lagerung der Hülse.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse in axialer Richtung einstellbar gelagert. Dadurch hat man es in der Hand, das Einleiten der zweiten Brennstufe bei verschiedenen Drücken in der ersten Brennkammer zu ermöglichen.

Die Einstellung der Hülse läßt sich auf mannigfache Art und Weise verwirklichen. So können zur Einstellung der Hülse Unterlegscheiben verwendet werden. Die Einstellung der Hülse kann aber auch durch ein Gewinde erfolgen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Hülse Vorsprünge, Flansche oder Ansätze zum Abstützen an einem Abstützkörper. Dieser Abstützkörper kann als über ein Außengewinde mit der Hülse verschraubbare, auf dem Düsenkörper geführte Scheibe ausgebildet sein.

Der Abstützkörper kann aber auch als mit nach innen abgewinkeltem Flansch versehene Ringbuchse ausgebildet sein, die über ein Gewinde mit einer zur Verschraubung der Einspritzdüse dienenden Überwurfmutter verschraubbar ist.

Für die Erfindung ist ferner wesentlich, daß durch die Feder die Hülse in einer den Durchlaß abschließenden Lage gehalten wird. Der Abstützkörper kann dabei zur Abstützung des einen Endes der Feder dienen, deren anderes Ende sich an der Überwurfmutter abstützt. Die Federn können aber auch direkt zwischen der Überwurfmutter und der Hülse angeordnet sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Teilschnitt durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine und

Fig.2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Ausbildung und Lagerung der Hülse auf der Einspritzdüse.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Kurbelgehäuses 1 einer nicht näher dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt. Im Kurbelgehäuse 1 ist eine Zylinderlaufbuchse 2 angeordnet, in der ein Kolben 3 hin und her beweglich gelagert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Kolben J in der oberen Totpunktlage. Der Kolben 3 besitzt eine erste, im wesentlichen kugel- oder kalottenförmig ausgebildete Brennkammer 4 und eine zweite, im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildete Brennkammer 5. Die beiden Brennkammern 4 und 5 stehen über einen Durchlaß 6 miteinander in Verbindung. Oberhalb der Brennkammer 5 befinden sich ein Einlaßventil 7, ein Auslaßventil 8 sowie eine Einspritzdüse 9. Die Ventile 7, 8 sowie die Einspritzdüse 9 sitzen in einem Zylinderkopf 11, der unter Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung 12 mit dem Kurbelgehäuse 1 in nicht dargestellter Weise verschraubt ist.

Das Einlaßventil 7 bzw. dessen nicht dargestellter Einlaßkanal im Zylinderkopf 11 ist so ausgebildet, daß beim Ansaughub des Kolbens 3, d. h. wenn dieser sich in F i g. 1 nach unten bewegt, die angesaugte Frischluft zur

) Erzeugung einer Wirbelbewegung um die Achse 13 des Zylinders eine Draübewegung ausführt.

Der als Einschnürung bzw. Drosselstelle ausgebildete Durchlaß 6 besitzt einen sich in Richtung der Achse 13 erstreckenden zylindrischen Teil 14 sowie an dessen der

κι Brennkammer 5 zugewandtem Ende eine Abiasung 15, die parallel zu der Umfangsfläche 16 des vorderen konischen Endes 17 einer auf der Einspritzdüse 9 axial verschiebbar gelagerten Hülse 18 verläuft. Die Höhe des zylindrischen Teils 14 der Einschnürung im Durchlaß 6 ist in F i g. 1 mit ASi izeichnet.

Die Hülse 18 ist auf einem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse 9 axial verschiebbar gelagert und durch eine Feder 21 abgestützt, die sich mit ihrem der Hülse 18 abgewandien Ende an einer zur Verschraubung der Einspritzdüse 9 dienenden Überwurfmutter 22 abstützt.

Eine erste Ausführungsform du Ausbildung und

Lagerung der Hülse 18 ergibt sich aus 7 ig. 2. Dort ist

die Überwurfmutter 22 über ein Gewinde 23 in einem Düsenhalter 24 der Einspritzdüse 9 eingeschraubt. Die

2ϊ Überwurfmutter 22 besitzt eine Bohrung 25, durch die sich de<· Düsenkörper 19 erstreckt. Die Feder 21 ist in F i g. 2 schematisch angedeutet und, wie dort hervorgeht, stützt sich die Feder 21 einmal an der Überwurfmutter 22 und zum andern an einem als

in Scheibe ausgebildeten Abstützkörper 26 ab.

Der Abstützkörper 26, durch dessen Bohrung 27 der Düsenkörper 19 hindurchgeführt ist, besitzt ein Außengewinde 28, über das er mit der Hülse 18 verschraubt ist. Die axiale Relativlage der Hülse 18 zum

r> Abstützkörper 26 wird durch Ansätze 29, die etwa im mittleren Teil der Hülse 18 auf deren Innenseite angeordnet sind, begrenzt. Nach oben hin besitzt die Hülse 18 einen Mantelteil 31, der teilweise die Feder 21 umgibt. Innerhalb der Hülse 18 sitzt au/ dem

κι Düsenkörper 19 ein Sicherungsring 32, zwischen dem und der der Feder 21 abgewandten Seite des ALstützkörpers 26 mehrere Unterlegscheiben 33 angeordnet sind. Durch Hinzufügen bzw. Wegnahme einer oder mehrerer dieser Unterlegscheiben 33 kann

i") die relative Axiallage der Hülse 18 gegenüber dem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse 9 verändert werden.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Unterlegscheiben 33 in einer Sackbohrung 34 der Hülse 18 angeordnet. Dort befindet sich der auf dem

vi Düsenkörper 19 sitzende Sicherungsring 32, an dem sich der Abstützkörper 26 abstützt, in Höhe der Unterlegscheiben 33. Der weitere Aufbau entspricht weitgehend der Ausführungsform gemäß F i g. 2.

Bei d;m Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erfolgt die

v, axiale Arretierung der Hülse 18 gegenüber dem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse 9 djrch zwei Kontermuttern 35,36, die über ein Gewinde 37 auf dem Düsenkörper 19 aufgeschraubt sind. Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung entspricht grundsätzlich

u> derjenigen gemäß F i g. 3.

Das Austührungsbeispiel gemäß F i g. 5 unterscheidet sich von den übrigen im wesentlichen dadurch, daß die Feder 21 unmittelbar zwischen der Überwurfmutter 22 und einem Flansch 38 der Hülse 18 angeordnet ist.

d. Mittels des Flansches 38 stützt sich die Hülse 18 an dem als Ringbuchsc ausgebildeten Abstü.'zkörper 39 ab, der über ein Gewinde 41 mit der Überwurfmutter 22 verschraubt ist. Zur axialen Beerenzune der Einschraub-

bewegung dient eine Anschlagmutter 42, die auf der Überwurfmutter 22 sitzt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist wie folgt:

Während des Verdichtungshubs, bei dem der Kolben 3 in seine in Fig. 1 dargestellte obere Totpunktlage fährt, wird der Drall der angesaugten Frischluft in den beiden übereinanderliegenden Brennkammern 4, 5 in zwei getrennte, aber gleichgerichtete Luftwirbel aufgeteilt. Am Ende des Verdichtungshubs wird die Brennkammer 4 gegenüber der Brennkammer 5 durch die Hülse 18 abgesperrt. Die Hülse 18 ist in dem Durchlaß 6 so dicht wie möglich geführt, um durch die hierbei auftretende Drosselung eiti nennenswertes Überströmen der Gase von der einen in die andere Brennkammer zu vermeiden Durch die Einspritzung des gesamten Kraftstoffs in die Brennkammer findet aufgrund des dort herrschenden Luftmangels eine nur unvollkommene und mit niedriger Verbrennungstemperatur ablaufende Verbrennung statt. Dies bedeutet eine hohe CH- und CO-Schadstoffkonzentration, jedoch fast keine NO-Bildung. Aufgrund des in der Brennkammer 4 herrschenden Gasdruckes wird die Hülse 18 entsprechend der Kraft der Feder 21 bei einem ganz bestimmten Druck entgegen der Wirkung der Feder 21 nach oben verschoben und dadurch der Weg AS zurückgelegt, so daß eine Verbindung zwischen der Brennkammer 4 und der Brennkammer 5 erfolgt. In der Brennkammer 5 findet infolge der d»,rt vorhandenen Frischluft eine Oxydation der CH- und CO-Bestandteile zu den unschädlichen Produkten CO₂ und HjO statt.

Die Ansprechempfindlichkeit der Hülse 18 kann durch entsprechendes Einstellen der Hülse 18. d. h '' Hinzufügen oder Wegnahme der Unterlegscheiben 32 oder unterschiedlich weites Einschrauben geregel; werden, so daß die gewünschte Verbrennungsphase in der zweiten Stufe zum gewünschten Zeitpunkt eingeleitet werden kann. In der zweiten Verbrennungsphase

in verteilen sich die Gase über den gesamten Kolbenboden, ohne daß an der durch die Einschnürung am Durchlaß 6 gebildeten Drosselstelle merkliche Verluste durch Überströmarbeit der Gase auftreten.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf die

ι "> dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. sondern im Rahmen der Ansprüche Abänderungen zuläßt. So können die Brennkammern 4 und 5 auch anders als dargestellt ausEebildet sein, da ihre EezciEte Ausbildung auf die Funktion der Zweiphasenverbrennung von

-'«' untergeordneter Bedeutung ist; wesentlich ist vielmehr die Ausgestaltung des Durchlasses 6 und die Einstellbarkeit der Hülse 18. Ferner können anstelle einer Feder 21 auch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Federn verwendet werden. Schließlich kann der

r> Überströmquerschnitt am Durchlaß 6 gegebenenfalls auch noch durch Änderung des c-Wertes der Feder 21 geändert werden. Letztlich braucht die Einspritzdüse 9 auch nicht zentrisch zu den Brennkammern 4, 5 und der Zylinderachse 13 angeordnet zu sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit um die Zylinderachse kreisender Luftbewegung, Einspritzung des Brennstoffs mittels einer am Zylinderkopf befestigten Einspritzdüse und zwei über einen Durchlaß miteinander in Verbindung stehenden, im Kolben angeordneten Brennkammern, in deren eine, einer unvollkommenen und mit niedriger Verbrennungstemperatur ablaufenden Verbrennung zugeordneten der Brennstoff durch die Einspritzdüse einspritzbar ist, während in der zweiten nachfolgend eine vollkommene und rasche Verbrennung stattfindet, wobei die Brennkammern in Richtung der Zylinderachse hintereinander angeordnet sind und der Durchlaß als zentrisch zwischen den beiden Brennkammern liegende, zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckung zylindrische Einschnürung ausgebildet ist, die durch einen kurz vor Erreichen der oberen Totpunktlage des Kolbens und des Einspritzbeginns in ihre öffnung einfahrenden, von der vorzugsweise gekühlten Einspritzdüse gebildeten Zapfen in ihrem Durchlaßquerschnitt weitgehend abschließbar steuerbar ist, nach Patent 26 33 531, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Durchlasses eine die Einspritzdüse (9) umfassende, axial verschiebbare Hülse (18) dient, die auf der einen Seite von einer Feder (21), auf der anderen Seile vom Brennkammerdruck beaufschlagt wird.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch I.dac :rch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) in axialer Richtung einstellbar f^lagert ist.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Hülse (18) Unterlegscheiben (33) vorhanden sind.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Hülse (18) durch ein Gewinde (28, 37, 41) erfolgt.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,daß die Hülse (18J¹ Vorsprünge (29), Flansche (38) oder Ansätze zum Abstützen an einem Abstützkörper (26,39) aufweist.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (26) als über ein Außengewinde (28) mit der Hülse (18) verschraubbare, auf dem Düsenkörper (19) geführte Scheibe ausgebildet ist.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (26) zum Abstützen des einen Endes einer Feder (21) dient, deren anderes Ende sich an einer zum Verschrauben der Einspritzdüse (9) dienenden Überwurfmutter (22) abstützt.

8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) an ihrem der Düsenspitze abgewandlen Ende einen die Feder (21) zumindest teilweise abdeckenden Mantelteil (31) aufweist,

9. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (29) etwa auf halber Länge der Hülse (t8) auf deren Innenseite angeordnet sind.

10. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegscheiben (33) zwischen der der Feder (21) abgewandten Seite des Abstützkörpers (26) und einem auf dem Düsenkörper (19) sitzenden Sicherungsring (32) angeordnet sind.

H. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegscheiben (33) in einer Sackbohrung (34) der Hülse (18) angeordnet sind.

12. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 5, 7 und 10, gekennzeichnet durch *uf dem

ίο Düsenkörper (19) aufgeschraubte Kontermuttern (35,36) zum Abstützen des Abstützkörpers (26).

13. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder

(21) direkt zwischen der Überwurfmutter (22) und is der Hülse (18) angeordnet ist.

14. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (39) als mit nach innen abgewinkeltem Flansch (40) versehene Ringbuchse ausgebildet ist,

die über ein Gewinde (41) mit der Überwurfmutter

(22) verschraubbar ist.

15. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine auf der Überwurfmutter (22) sitzende Anschlagmutter (42).