DE2753266A1

DE2753266A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2753266A1
Application number: DE19772753266
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Binder; Klaus Dipl Ing Drexl
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2009315B; FR2410732B1; IT7852038A0; FR2410732A1; IT1106410B; GB2009315A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Stuttgart-Utertürkheim Daim 11 48o/4

25.11.77

Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere eine mit Selbstzündung arbeitende Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff Über eine Einspritzdüse in eine Nebenkammer eingespritzt wird, die über einen etwa tangential in sie einmündenden Oberströmkanal mit dem in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung volumenveränderlichen Hauptbrennraum verbunden ist und in der etwa zentral ein Prallkörper vorgesehen ist, der zumindest von einem Teil des in Richtung auf den dem Hauptbrennraum zugelegeften Nebenkammerwandteil eingespritzten Kraftstoffes beaufschlagt ist.

Bei einer bekannten Maschine der vorgenannten Art dient als Prallkörper der GlUhstift einer Glühkerze, der von einem Teil der eingespritzten Kraftstoffmenge beaufschlagt wird. Diese Teilbeaufschlagung ist in allen Betriebszuständen der Maschine im wesentlichen gleich und wirkt sich in den

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verschiedenen Betriebszuständen durchaus unterschiedlich aus. So ist eine solche Teilbeaufschlagung in der Startphase zumindest kein Optimum, da ein wesentlicher Anteil des Kraftstoffes immer noch gegen die kalte Nebenkammerwand gespritzt und dementsprechend schlecht aufbereitet wird. Sie ist des weiteren aber auch im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ungünstig, da hier, bei heißen Nebenkammerwänden, an sich ein möglichst großer Wandanteil angestrebt wird und die Beaufschlagung des Prallkörpers zu einer an sich unerwünschten Steigerung des Kraftstoff-Luftanteiles führt. Diese führt nämlich zu einer schlagartigeren Verbrennung mit entsprechend steilem Druckanstieg, höheren Geräuschen und höherem Stickoxidanteil. Darüber hinaus besteht im Bereich des Prallstiftes in diesen Bereichen die Gefahr der Überfettung und dadurch bedingt der Rußgefahr, was zur Begrenzung des effektiven Mitteldruckes zwingt (DT-PS 1 526 291) .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Betriebsverhältnisse sowohl für die Startphase und den unteren Last- und/oder Drehzahlbereich als auch für den oberen Last- und/oder Drehzahlbereich optimiert werden.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art durch die Kombination der teilweise an sich bekannten Merkmale erreicht, daß bei über die Einspritzdüse zumindest teilweise in einem gegen den Prallkörper gerichteten Nebenstrahl eingespritzten Kraftstoff die

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Nebenstrahlmenge last- und/oder drehzahlabhängig derart gesteuert ist, daß in der Startphase und im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich zumindest ein wesentlicher Teil des Kraftstoffes als Nebenstrahl eingespritzt wird. Diese erfindungsgemäße, last- und/oder drehzahlabhängige Steuerung des Anteiles des eingespritzten Kraftstoffes, der auf den Prallkörper bzw. in Richtung auf die Nebenkammerwand gespritzt wird, führt dazu, daß in der Startphase ebenso wie im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich der auf die Wand gespritzte Kraftstoffanteil zumindest klein gehalten wird, so daß, bezogen auf die jeweils eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge, durch die über den Prallkörper erreichte Versprühung oder Verdampfung ein besonders großer Luftanteil erreicht wird, was zu verbesserten Zündbedingungen und insbesondere im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich trotz insgesamt mageren Gemischen auch zu einer guten Durchbrennung des Gesamtgemisches führt. Umgekehrt wird bei der erfindungsgemäßen Lösung im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich der Wandanteil, bezogen auf die gesamte eingespritzte Kraftstoffmenge, wesentlich vergrößert, so daß die vorgeschilderten, in diesen Betriebsbereichen durch hohen Luftanteil bedingten Nachteile vermieden werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei, daß insbesondere in Verbindung mit einem gesonderten Einspritzkanal für den Nebenstrahl keine zusätzlichen und aufwendigen Steuereinrichtungen notwendig sind, wenn zur Aufteilung auf Haupt- und Nebenstrahl von den Zeitdifferenzen Gebrauch gemacht wird, die sich/Aufbau des Einspritzdruckes im unteren und oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ergeben.

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Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung im Zylinderkopfvereich zeigt, während in

Fig. 2 schematisch und vergrößert das Kopfteil

einer einen gesonderten Spritzkanal für Haupt- und Nebenstrahl aufweisenden Einspritzdüse gezeigt ist.

In den Figuren ist mit 1 der Zylinderkopf einer selbstzündenden Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem eine Nebenkammer 2 angeordnet ist, in die über eine Einspritzdüse der gesamte Kraftstoff eingespritzt wird. Der Nebenkanuner ist ferner eine Glühkerze 4 zugeordnet. Mit dem Hauptbrennraum 5, der volumenveränderlich ist und teilweise durch den Kolben 6 begrenzt ist, steht die Nebenkammer 2 über einen Oberstrumkanal 7 in Verbindung, der tangential auf die Nebenkammer 2 ausmündet und der mit dem Hauptbrennraum 5 Über Brennerlöcher 8 in Verbindung steht. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, daß der Oberstrumkanal frei auf den Hauptbrennraum ausmündet, so daß die Nebenkammer eine herkömmliche Wirbelkammer bildet, obwohl die hier gezeigte Konstruktion eine bevorzugte Lösung darstellt.

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In der Nebenkammer 2 ist zentral ein Prallkörper 9 angeordnet, der bevorzugt als Kugel ausgebildet ist und der Einspritzdüse 3 zugewandt eine abgeplattete Fläche 1o aufweist.

Die Einspritzdüse 3 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß der Kraftstoff in einem Hauptstrahl 11 und einem Nebenstrahl 12 in die Nebenkammer 2 eingespritzt wird, wobei der Nebenstrahl 12 winklig zum Hauptstrahl verläuft und auf den Prallkörper 9 bzw. dessen abgeplattete Fläche 1o gerichtet ist. Der Hauptstrahl 11 verläuft im wesentlichen in Richtung der Achse 13 der Einspritzdüse 3, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in Annäherung parallel zur Achse 14 des Oberströmkanales 7 verläuft, wobei die Achsen 13 und 14 in der dargestellten Zeichenebene auf verschiedenen Seiten des Prallkörpers 9 liegen. Der Hauptstrahl 11 ist damit gegen einen dem Hauptbrennraum 5 zugelegenen unteren Wandbereich der Nebenkammer gerichtet, der der Mündung des Oberströmkanales 7 in die Nebenkammer in bezug auf eine zentrale, zur Zeichenebene senkrechte Querebene etwa gegenüberliegt. In diesem Wandbereich 15 kann die Nebenkammer, wie in der Zeichnung dargestellt, einen stufenförmigen Absatz 16 aufweisen.

Die Aufteilung des eingespritzten Kraftstoffes auf Hauptstrahl 11 und Nebenstrahl 12 ist erfindungsgemäß nun last- und/oder drehzahlabhängig, wobei in unteren Last- und/oder Drehzahlbereich ebenso wie bevorzugt auch in der Startphase zumindest ein wesentlicher Teil des Kraftstoffes, bevorzugt der überwiegende Teil, über den Nebenstrahl 12 eingespritzt

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wird, der gegen den Prallkörper 9 gerichtet ist. Im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich kehren sich die Verhältnisse erfindungsgemäß um und es wird hier zumindest ein wesentlicher, bevorzugt aber der überwiegende Teil des Kraftstoffes über den Hauptstrahl 11 eingespritzt. Eine besonders bevorzugte Lösung besteht darin, im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich praktisch den gesamten Kraftstoff über den Nebenstrahl 12 einzubringen, während auf den Hauptstrahl 11 im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich die gesamte Kraftstoffmenge bevorzugt konzentriert ist.

Eine Düsenart, die eine solche Aufteilung des Kraftstoffes auf Hauptstrahl 11 nnd Nebenstrahl 12 ermöglicht, ist schematisch in Fig. 2 angedeutet, wobei im Düsenkörper 17 die Hauptbohrung 18 vorgesehen ist, in die ein Zapfen 19 der Düsennadel 2o in wesentlichen passend hineinragt. Der Zapfen 19 geht über einen stufenförmigen Absatz in einen im Durchmesser größeren Nadelteil 21 über, der bei über den Zapfen 19 abgeschlossener Düsenhauptbohrung 18 passend in einem kegeligen Obergangsbereich 22 der Düsenkörperbohrung 23 sitzt, die die Düsennadel 2o aufnimmt und die nach unten in dem durch die Düsenhauptbohrung 18 gebildeten Haupteinspritzkanal ausläuft. Der gegenüber dem zylindrischen Zapfen 19 stufenförmig abgesetzte, ebenfalls zylindrische Nadelteil 21 geht über einen weiteren stufenförmigen Absatz in einen zylindrischen Führungsteil 24 der Düsennadel über, der im Durchmesser auf die Düsenkörperbohrung als Aufnahme- und Führungsbohrung abgestimmt ist.

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Durch die stufenförmigen Obergänge entstehen bei in der gezeigten Ruhestellung befindlicher Düsennadel 2o im Obergangsbereich 22 zwei Ringräume 25, 26, wobei von dem unteren, zwischen dem Nadelteil 21 und dem Zapfen 19 liegenden Ringraum 2Sf schräg zu dem durch die Hauptbohrung 18 gebildeten Haupteinspritzkanal verlaufend, eine Bohrung 27 ausgeht, die den dem Nebenstrahl zugeordneten Einspritzkanal bildet.

Auf den im Obergang zwischen dem Nadelteil 21 und dem zylindrischen Führungsteil 24 liegenden Ringraum 26 mündet in der gezeigten, schematischen Darstellung der Kraftstoffzufuhrkanal 28 aus, der in hier nicht dargestellter Weise an die Einspritzpumpe angeschlossen ist.

Geht man für die Erläuterung der Funktion davon aus, daß der Düse der Kraftstoff über eine mechanische Einspritzpumpe zugeführt wird, deren Drehzahl in einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Maschine steht, so ergibt sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl ein langsamerer oder schnellerer Druckaufbau in dem Ringraum 26, auf den der Kraftstoffzufuhrkanal 28 ausmündet. Oberschreitet der Druck dabei einen gewissen oberen Grenzwert, so wird die Düsennadel 2o angehoben, so daß der Kraftstoff vom Ringraum 26 in den Ringraum 25 überströmen kann, und zwar bei über den Zapfen 19 noch geschlossenem Haupteinspritzkanal 18. Demzufolge kann der zugeführte Kraftstoff zumindest zunächst im wesentlichen nur über die den Nebenstrahl-Einspritzkanal bildende Bohrung 27 austreten. Erfolgt der Druckaufbau im Ring-

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raum 26 in Abhängigkeit von der drehzahl- bzw. lastabhängig zugeführten Kraftstoffmenge dabei nur so schnell, daß ein Abgleich durch das gleichzeitige Abströmen über den Nebenstrahl-Einspritzkanal (Bohrung 27) möglich ist, dann erfolgt die Einspritzung zunächst nur über diesen Nebenstrahl-Einspritzkanal. Erst wenn ein Abgleich nicht mehr möglich ist, wird die Düsennadel 2o soweit angehoben, daß auch der Haupteinspritzkanal, also die Hauptbohrung 18 freigegeben wird. Erfolgt umgekehrt der Druckaufbau so schnell, daß die Düsennadel 2o praktisch von vornherein voll geöffnet wird, so wird im wesentlichen nur über den Haupteinspritzkanal eingespritzt. Anstelle einer derartig druckgesteuerten Einspritzung ist selbstverständlich auch eine anderweitige mechanische und/oder elektrisch gesteuerte Einspritzung möglich, mit der sich die erfindungsgemäßen Abläufe verwirklichen lassen.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim Daim 11 48o/4

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Ansprüche

M.I Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere mit Selbstzündung arbeitende Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff über eine Einspritzdüse in eine Nebenkammer eingespritzt wird, die über einen etwa tangential in sie einmündenden Oberströmkanal mit dem in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung volumenveränderlichen Hauptbrennraum verbunden ist und in der etwa zentral ein Prallkörper vorgesehen ist, der zumindest von einem Teil des in Richtung auf den dem Hauptbrennraum zugewandten Nebenkammerwandteil eingespritzten Kraftstoffes beaufschlagt ist, gekennzeichnet durch die Kombination der/an sicn bekannten Merkmale, daß bei über die Einspritzdüse (3) zumindest teilweise in einem gegen den Prallkörper (9) gerichteten Nebenstrahl (12) eingespritztem Kraftstoff die Nebenstrahlmenge last- und/oder drehzahlabhängig derart gesteuert ist, daß in der Startphase und im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich zumindest ein wesentlicher Teil des Kraftstoffes als Nebenstrahl eingespritzt wird.
2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Startphase und im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich der überwiegende Teil des Kraftstoffes als Nebenstrahl (12) eingespritzt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Startphase die gesamte Einspritzmenge als Nebenstrahl (12) gegen den Prallkörper (9) eingespritzt wird.
4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzdüse (3) für den Nebenstrahl (12) ein gesonderter Einspritzkanal (Bohrung 27) zugeordnet ist.

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