DE2838130C2

DE2838130C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2838130C2
Application number: DE2838130A
Authority: DE
Inventors: Helmut 5204 Lohmar Busch; Heinz 5210 Troisdorf Küpper
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1981-12-24
Also published as: FR2434926A1; IT1122486B; JPS5535194A; DE2838130A1; GB2029898A; IT7925075A0; US4274375A; FR2434926B1; GB2029898B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.

Die Erfindung geht von einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wie sie aus der DD-PS 39 916 bekannt ist, aus. Hierin werden zwei mögliche Ausführungsformen beschrieben, von denen die erste lehrt, als Brennraum ein Rotationsellipsoid mit einer öffnung gegen den Arbeitszylinder zu verwenden, die Brennstoffdüse nahezu diagonal gegenüber der Zündvorrichtung anzubringen und im Brennraum einen Kanal vorzusehen, der etwa in der Brennraummittelebene beginnt und von unten zu der Zündvorrichtung führt. Die ZJndvorrichtung und die Brennstoffdüse sind derart angeordnet, daß Einbuchtungen in der Öffnung vorgesehen werden müssen. Durch diese wird die rotationsellipsoidartige Form der Brennraummulde gestört. Es treten teilweise Hintersehneidungen auf. Zusätzlich ist bei der Brennrtoffdüse eine Einbuchtung vorgesehen, die zur Brennraummuldenmittelebene führt.

Die zweite Ausführungsform weist ebenfalls einen rotationsellipsoidartigen Brennraum auf und ordnet die Brennstoffdüse und die Zündhilfe hintereinander in einem Kanal im Kolben an, der vom Kolbenboden geneigt in Richtung Brennraummuldenmittelebene verläuft. Die Brennstoffdüse ist hierbei derart angeordnet, daß der Brennstoff in diesen geneigten Leitkanal eingespritzt wird, von dem ein Stichkanal ausgeht, in den die Zündvorrichtung hineinragt Auf der Höhe des Stichkanals weist der Leitkanal eine Schaufel, Mulde oder dergl. auf, daciit Brennstoffteilchen gegen die Zündvorrichtung abgelenkt werden.

Der Nachteil der ersten Ausführungsform besteht darin, daß durch den großen Abstand der Brennstoffdüse von der Zündvorrichtung sich erst ein Gemisch in der Mulde bilden muß, das dann entzündet wird. Die Gemischbildung ist jedoch sehr stark drehzahl- und lastabhängig, so daß eine sichere Zündung zu einem

J5 vorgegebenen Zündzeitpunkt nicht gewährleistet ist. Daneben wird der Brennstoff in Drehrichtung der Luft gesehen am äußeren Ende seiner Ausbreitung gezündet, wobei sich die Verbrennung entgegen der Luftbewegung ausbreiten, wodurch die Zündung des übrigen Brennstoffs erschwert wird und die Verbrennung mit erheblichen Druckschwankungen erfolgt.

Der Nachteil der zweiten Ausführung besteht darin, daß die Mulde nur als Luftspeicher dient, so daß kein Wandauftrag des Brennstoffs in der Mulde möglich ist.

Aufgrund der Anordnung der Zündkerze muß der Brennstoffstrahl zu Beginn der Einspritzung gezündet werden und dringt als Stichflamme in die Brennraummulde.

In der weiterhin bekannt gewordenen DE-OS 15 76 021 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer im Kolben angeordneten Brennraummulde, in deren oberen Randbereich eine Einbuchtung für eine Brennstoffdüse vorgesehen ist, beschrieben. Hierbei rotiert die Verbrennungsluft während der Einspritzung

T> um eine in Kolbenlängsrichtung liegende Achse. Die Einbuchtung für die Brennstoffdüse ist geneigt zu einer Mantellinie der Mulde in Richtung der Drehbewegung der Luft weisend angeordnet und der Brennstoff wird mit einer Richtungskomponenten in Bewegungsrich-

M) tung der Luft auf die Brennraummuldenwand gespritzt. Hierbei ist jedoch nur die Brennraummuldenoffnung mit einem zylindrischen Wandteil versehen, die Brennraummulde selbst weist eine kugelförmige Form auf. Weiterhin ist es aus dieser Schrift bekannt, daß die

h-i Einbuchtung für die Brennstoffdüse auch in dem zylindrischen Öffnungsteil vorgesehen ist und daß sie in Richtung zum Muldenboden hin mit kantigen Scitenwänclen läuft. Die Zündhilfc ist hierbei zwar in

Drehrichtung der Luft hinter der Einbuchtung angeordnet, jedoch nicht in enger Nachbarschaft, sondern vielmehr nahezu diametral gegenüber. Die Achse der Brennstoffeinspritzdüse und die Achse der Zündhilfe konvergieren zum Muldenboden hin und weisen zylinderkopfseitig eine Richtungskomponente nach außen auf. Hierbei ist jedoch die Zündhilfe in einer Bohrung im Kolbenboden angeordnet. Die Verbindung zwischen dieser Bohrung im Kolbenboden und der Brennraummulde wird durch eine separate Bohrung hergestellt.

Diess Anordnung weist den Nachteil auf, daß aufgrund der Brennraumform der Brennstoff, um wandangelagert zu werden, eine große freie Strahllänge aufweisen muß. Dadurch wird die Gemischbildung drehzahl- und lastabhängig, so daß eine sichere Zündung in allen Betriebsbereichen nicht mehr gewährleistet ist.

Weiterhin wurde die DE-OS 26 11 624 bekannt, die eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer im Kolben angeordneten Brennraummuide beschreibt. Hierbei sind im oberen Randbereich Einbuchtungen für eine Brennstoffdüse und eine Zündhilfe vorgesehen, wobei die Einbuchtung für die Brennstoffdüse geneigt zu einer Mantellinie der Mulde in Richtung der Drehbewegung der Luft weisend und am Ende flach auslaufend ausgebildet ist und der Brennstoff mit einer Richtungskomponenten in Bewegungsrichtung der sich während der Einspritzung um eine in Kolbenlängsrichtung liegenden Achse rotierenden Luft auf die Muldenwand gespritzt wird. Auch hierbei ist die Brennraummulde im wesentlichen kugelförmig und weist nur eine zylindrische Öffnung auf.

Aufgrund der Anordnung der Brennstoffdüse und der Zündhilfe in Einbuchtungen sind diese auch den zylindrischen Öffnungsteil, wobei die Achse der Brennstoffeinspritzdüse und die Achse der Zündhilfe zum Muldenboden hin konvergieren und darüberhinaus die Achse der Brennstoffdüse zylinderkopfseilig einer Richtungskomponenten nach außen aufweist. Die Einbuchtung für die Brennstoffdüse läuft in Richtung Muldenboden hin und ist scharfkantig ausgebildet. Auch hierbei ist die Einbuchtung für die Zündhilfe in enger Nachbarschaft in Drehrichtung der Luft hinter der Einbuchtung für die Brennstoffdüse angeordnet.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß der Brennstoffstrahl eine große freie Strahllänge aufweist und in die Tiefe der Brennraummulde gerichtet ist. Aufgrund der engen Nachbarschaft zur Zündhilfe, kann der Brennstoffstrahl durch die sich drehende Verbrennungsluft gegen die Zündhilfe geweht werden, so daß diese feucht wird und dadurch zu Zündaussetzern neigt. Um hierbei eine sichere Zündung zu erreichen, müssen aus dem Kraftstoffstrahl durch die sich drehende Verbrennungsluft Kraftstoffteilchen herausgelöst werden und diese mit der Verbrennungsluft der Zündhilfe zugeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zündsicherheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art im gesamten Drehzahl- und Laslbereich zu verbessern und Druckschwankungcn bei der Verbrennung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Hierbei besteht die erfindungsgemäße Lösung ein/ig und allein in Jir Zusammenfassung aller Merkmale des Anspruchs I.

Durch die Einbuchtung für die Brennstoffdüse und die zylindrische Wand, auf deren Wandung der Brennstoff mit kurzer freier Strahllänge gespritzt wird, gelangt ein großer Teil des Brennstoffs zunächst geschützt gegenüber der rotierenden Verbrennungsluft in die Tiefe der Mulde und wird in günstiger Weise großflächig an der Brennraummuldenwand angelagert Dies ist mit der Anordnung gemäß der DD-PS 33 916 nicht möglich, da dort die Ausnehmung für die Brennstoffdüse zwar in der

to Nähe zum Kolbenboden eine Komponente in Richtung zum Muldenboden aufweist, jedoch am Äquator des Rotationsellipsoides in etwa tangential ausläuft.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung hingegen wird nur ein geringerer Teil des Brennstoffs von der Einbuchtungswand reflektiert bzw. löst sich an den scharfkantigen Steg zur zweiten Einbuchtung für die Zündhilfe ab und wird in der Verbrennungsluft erfaßt, der Zündhilfe zugeführt. Durch die kurze freie Brennstoffstrahllänge sowie durch die enge Naehbarschaft von Brennstoffdüse und ZünHH-lfe, die Zündhilfe liegt im Windschatten der Brennstoffdüse, können sich die drehzahlabhängigen Einflußfaktoren auf die Brennstoffeinspritzung und Gemischbildung nur wenig auf die Zündbedingungen auswirken, so daß im ganzen Drehzahl- und Lastbereich eine sichere Zündung gewährleistet ist.

Da die Kante der Einbuchtung immer zum gleichen Zeitpunkt die günstigste Lage der Zündhilfe erreicht, kann für alle Last- und Drehzahlpunkte ein konstanter Zünd- und Einspritzzeitpunkt beibehalten werden. Ferner ist die Verwendung üblicher Zündkerzen bei geringer Einschraubtiefe als Zündhilfe möglich, da durch die Ausnehmung für die Zündhilfe verhindert wird, daß die Zündkerze direkt mit unverdampftem Brennstoff angespritzt wird. Weiterhin breitet sich nach erfolgter Zündung die Verbrennung in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft aus, wodurch der Verbrennungsvorgang beschleunigt wird und Druckschw^nkungen vermieden werden.

■to Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Einbuchtung für die Brennstoffdüse mit der Mantcllinie einen Winkel von ca. 45° einschließt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Einbuchtung ungefähr bis zur halben Muldenhöhe reicht. Im Gegensatz zu Dekannten Brennkraftmaschinen, bei der der iJrennstoffstrahl tangential die Brennraummuldenwand trifft, lassen sich in Ausgestaltung der Erfindung günstige Betriebskennwerte erreichen, wenn der Brennstoffstrahl unter einem Winkel von 45° bis 90° auf die Wand der Einbuchtung

5ü auftrifft.

Besonders günstige Betriebskennwerte ergeben sich, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Zündhilfe und die Brennstoffeinspritzdüse mit einem Spritzloch bereits zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung

5ί ein wenig in die Brennraummulden eintauchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt

A b b. 1 einen te.iweisen Längsschnitt durch eine Hub-Mi kolbenbremikraftmaschine im Bereich eines Brennraums;

A b b. 2 eine Draufsicht auf eine Brennraummuide;
A b b. 3 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer Einspritzdüse und einer Zündhilfe.

• ' Die A b b. I stellt einen Kolben 1 in seiner oberen Totpunktlage dar. In ihm ist eine tassenförmige, zur Kolbcnachse geneigte Brennraummuide 2 angeordnet, in deren oberem Randbercich zwei Aiisnrhmiinpon Λ

und 4 für cine brennstoffdüse 5 und eine als Zündkerze ausgebildete Zündhilfe 6 vorgesehen sind. Die Brennraummulde 2 ist im oberen Bereich zvlindrisch und die erste Ausnehmung 3 für die Kraftstoffdüse 5 wird durch eine Rinne gebildet, die geneigt zu einer Mantellinic I 3 der Mulde 2 in Drehrichliing 7 der Verbrennungsluft zum Muldenboden 8 weist und am linde flach auslauft. Die Verschneidungen 10 der Ausnehmung 3 mit der iirennraumniulde 2 sind scharfkantig.

Die zweite Ausnehmung 4 für die Zündhilfe 6 liegt in enger Nachbarschaft zu der ersten Ausnehmung 3 und verläuft unter einem Winkel zu dieser in Gegenrichtung der Luft. Zwischen den beiden Ausnehmungen 3 und 4 verbleibt ein Steg 12. der bis zu einer scharfen Schneide vermindert werden kann. In Λ b b. 3 ist der Kolben 1 in einer Stellung dargestellt, die dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung entspricht. Dabei trifft ein Kraftstoffstrahl 14 unter einem Winkel zwischen 45" und MO auf die Wand der Rinne 3. Strichpunktiert ist in Abb. 5 die Lage des Kolbens 1 im oberen Totpunkt eingezeichnet.

F.in Großteil des eingespritzten Kraftstoffs wird -< durch die Rinne 3 in Umfangsrichtung der Verbrennungsluft in die liefe der Hiennrauiiimulde geleitet und teilt sich dort großflächig wandangelagert. Hin geringerer Teil wird am Steg 12 vom Luftwirbel erfaßt und als zündfähiges Gemisch der Zündhilfe 6 zugeführt. Als

in Zündhilfe 6. die geschützt in der Ausnehmung 4 angeordnet ist. kann eine marktübliche Zündkerze verwendet werden, die nur geringfügig aus dem Zylinderkopf 15 herausragt. Sie ragt schon zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung ein wenig in die Brennraum-

ii mulde 2. Desgleichen taucht die Kraftstoffeinspritzdüse 5 mit einem Spritzloch 16 vom Einspritzbeginn bis zur oberen Totpunktlage des Kolbens 1 zunehmend in die Brennraummulde 2 ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer im Kolben angeordneten Brennraummulde mit einem zylindrischen Wandteil in der öffnung der Brennraummulde, in deren oberen Bereich eine scharfkantige Einbuchtung für eine Brennstoffdüse mit Abstand von einer Einbuchtung für eine Zündhilfe vorgesehen ist, wobei in der Brennraummulde die Verbrennungsluft während der Einspritzung um eine in Kolbenlängsrichtung liegende Achse rotiert, wobei die Einbuchtung für die Brennstoffdüse geneigt zu einer Mantellinie der Brennraummulde in Richtung der Drehbewegung der Luft weisend und am Ende flach auslaufend ausgebildet ist und der Brennstoff mit einer Richtungskomponenten in Bewegungsrichtung der Luft auf die Einbuchtung für die Brennstoffdüse gespritzt wird, wobei die Einbuchtung für die Zündhilfe in Drehrichtung der Luft hinter der für die Brennstoffdüse angeordnet ist und wobei die Achsen der Brennstoffdüse und der Zündhilfe zum Muldenboden hin konvergieren und die Achse der Brennstoffdüse zylinderkopfseitig eine Richtungskomponente nach außen aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der zylindrische Wandteil bildet die Brennraummuldenwand und die Brennraummuldenachse ist geneigt zur Kolbenachse,

b) die Einbuchtung (3) für die Brennstoffdüse (5) läuft in R^: -htung zum Muldenboden hin aus,

c) die Einbuchtung (4\ für d·" Zündhilfe (6) ist in enger Nachbarschaft in Drehrichtung (7) hinter der Einbuchtung (3) für die Brennstoffdüse (5) angeordnet,

d) der Abstand zwischen den beiden Einbuchtungen (3,4) ist ein Steg (12) bzw. eine Sch neide,

e) die Achse der Zündhilfe (6) weist zylinderkopfseitig eine Richtungskomponente nach außen auf.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung (3) mit der Mantellinie (13) einen Winkel λ von ca. 45° einschließt.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung (3) ungefähr bis zur halben Muldenhöhe reicht.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl unter einem Winkel zwischen 45 und 90° auf die Wand der Einbuchtung auftritt.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bereits zu Beginn der Brennstoffeinspritzung die Zündhilfe (6) und die Brennstoffeinspritzdüse (5) mit einem Spritzloch (16) ein wenig in die Brennraummulde (2) eintauchen.