DE2847336A1

DE2847336A1 - Selbstzuendender verbrennungsmotor mit brennraum mit hilfswirbelkammer

Info

Publication number: DE2847336A1
Application number: DE19782847336
Authority: DE
Inventors: Hideo Kawamura; Kimi Kubota; Hideo Ohta
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1979-07-19
Also published as: GB2012358A; US4186692A; JPS5496614A; GB2012358B

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER H. KINKELDEY

DR-INa

-h-

W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN

DR RER ΝΑΓ. · DPL-iWS

P. H. JAKOB DPU-INa

G. BEZOLD.

DR RSl NSt-

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE A3

Selbstzündender Verbrennungsmotor mit
Brennraum mit Hilfswirbelkammer

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kompressionszündenden bzw. selbstzündenden Verbrennungsmotor, der eine Hilfswirbel..-Brennkammer aufweist, die es ermöglicht, schädliche Bestandteile zu verringern, die im Abgas enthalten sind, wie etwa CO, NOx und unverbrennbaren Kohlenwasserstoff.

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Bei einer herkömmlichen Wirbelkammer eines Kompressionszündungsraumes wird Treibstoff, der von einer Einspritzdüse eingespritzt wird, mit Luft durch Bildung einer kräftigen Verwirbelung von Luft gemischt, die aus einem Hauptbrennraum durch einen Hauptverbindungskanal während des Kompressionshubes des sich aufwärts bewegenden Kolbens eingeleitet wird. Allerdings verursacht die Wirbelbewegung den sogenannten thermalen Pinch-Effekt (thermal pinch phenomenon), wobei unverbrennbarer Kohlenwasserstoff und verbrennbares Gas mit hoher Temperatur am äußeren Abschnitt bzw. im mittleren Abschnitt durch die Fliehkraft der Wirbelbewegung konzentriert werden, was zur Trennung zwischen diesen Teilen führt. Dies führt zu einer unsauberen Verbrennung und zu einer hieraus folgenden Zunahme schädlicher Bestandteile in den Abgasen.

Andererseits ist der Durchmesser des wesentlichen Verbrennungsbereiches in der Wirbelkammer etwas größer als der des Hauptverbindungskanals zwischen der Wirbelkammer und dem Hauptbrennraum. Somit wird eine wirbelige Verbrennung in der Wirbelkammer erzeugt. Die Luft, die den Verbrennungsbereich umgibt, d.h. den sog. festen Rotationsbereich, wird kontinuierlich der Flamme im. mittleren Abschnitt des Verbrennungsbereiches zugeführt, um hierbei eine geeigente Turbulenz zu erzeugen und um wirksam Frischluft in den Verbrennungsbereich einzuführen. Als Ergebnis wird die Vermischung von Treibstoff und Luft gefördert. Dies ist dem Fachmann durchaus bekannt.

Angesichts des obenstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten selbstzündenden Verbrennungsmotor vorzusehen, der eine Wirbelkammer aufweist. Die Vermischung im mittleren Abschnitt der Wirbelkammer wird durch Einleiten von Luft aus dem Hauptbrenn-

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raum gefördert, indem man Gebrauch vom Druckuntershcied macht, der in der Wirbelkammer durch die Wirbelbewegung erzeugt wird, und die örtliche Verbrennung wird verhindert. Zur selben Zeit ist ein Abschnitt mit einer Ausnehmung in der Wand der Wirbelkammer ausgebildet, auf die der Treibstoffnebel von der Treibstoffeinspritzdüse auftrifft. Die Treibstoff-Aufschlagwand liegt an der stromabwärtsgelegenen Seite der Wirbelkammer, und die Luftturbulenz wird erzeugt, ohne daß die Bewegung des Luftstromes abgeschwächt wird. Demzufolge können schädliche Bestandteile in den Abgasen wie etwa CO und Kohlenwasserstoff verringert werden.

Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einem selbstzündenden Verbrennungsmotor mit einer Wirbelkammer und einem Hauptbrennraum, von denen beide durch einen Hauptverbindungskanal in Strömungsmittelverbindung stehen; dieser Motor weist einen mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt an dem Treibstoffauftreffabschnitt der Wirbelkammer auf, um mehrere kleine Verwirbelungen zu bilden. Ein Paar sekundärer Verbindungskanäle, die'die Wirbelkammer und den Hauptbrennraum verbinden, sind so ausgebildet, daß sie zur Mitte der Wirbelkammer hin gerichtet sind, wobei die Trennung von Treibstoff und Luft verhindert wird und die schädlichen Bestandteile im Abgas wirksam verringert werden, ohne daß man die Brennbarkeit des Gemisches verschlechtert.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 die Darstellung einer Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wirbelkammer ,

Fig. 2 eine Darstellung einer Draufsicht auf die ein Teil in Fig. 1 bildende Wirbelkammer _r und

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Fig. 3 eine Zusammenfassung mehrerer Diagramme, die den Zusammenhang zwischen der Motorlast und den schädlichen Bestandteilen zeigen, die gemäß der vorliegenden Erfindung im Abgas enthalten sind.

Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen; das Bezugzeichen 1 bezeichnet eine Hilfswirbelkammer, von der ein oberer Kammerabschnitt in einem Zylinderkopf 2 und ein unterer Kammerabschnitt in einem Teil 3 bei einem selbstzündenden bzw. druckzündenden Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Die Hilfswirbelkammer weist im wesentlichen die Form einer Kugel auf. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Haup£verbindungskanal, der eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Wirbelkammer 1 und dem Hauptbrennraum 6a herstellt, der durch einen verschieblichen Kolben 6 in einem Zylinderblock 5 begrenzt ist. Der Verbindungskanal 4 ist so ausgelegt, daß der Kanal 4 in einer Richtung tangential zu einer Innenwand der Wirbelkammer 1 zu dem Zweck ausgerichtet ist, einen starken Wirbel während des Kompressionshubes des Kolbens 6 zu zeugen, und eine Treibstoffeinspritzdüse 7 spritzt den Treibstoff in den Luftstrom S ein. Das Bezugzeichen 8 bezeichnet eine Glühkerze, die durch die Seite des Zylinderkopfes in die Wirbelkammer unmittelbar oberhalb des die Wirbelkammer bildenden Teiles 3 hineinragt, um eine Motorstarthilfe zu bieten.

Das Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Paar sekundärer Verbindungskanäle von dem Hauptbrennraum zur Wirbelkammer. Die sekundären Verbindungskanäle 9 sind in den Seitenwänden der Wirbelkammer derart ausgebildet, daß sie Luft in die Wirbelkammer in einer Richtung aus-

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richten, die im wesentlichen senkrecht zum Wirbelstrom S steht. Obere Enden 9a der Kanäle 9, die in den Seitenwänden der Wirbelkammer ausgebildet sind, sind einander im wesentlichen gegenüberliegend auf der Linie 0-0 angeordnet, die durch die Mitte der Wirbelkammer hindurchführt, und sind zum mittleren Abschnitt der Wirbelkammer hin gerichtet, während untere Enden 9b der Kanäle 9 in Strömungsmittelverbindung mit dem Hauptbrennraum stehen.

Das Bszügszeichen 10 bezeichnet einen eine Ausnehmung aufweisenden Abschnitt in der Wand des die Wirbelbrennkammer bildenden Teiles 3, gegen den der von der Einspritzdüse 7 eingespritzte Treibstoff auftrifft. Um die Turbulenz der Luft zu unterstützen, die in Abschnitten vorliegt, die unter einem verhältnismäßig geringem Einfluß des Wirbelstromes S stehen und als Bereiche A in Fig. 2 gezeigt sind, was zu schlechter Verbrennung führt, ist es erwünscht, daß die Breite 1 des eine Ausnehmung bildenden Abschnitts 10 40 % bis 80 % des Durchmessers D der Wirbelkammer bildet. Um ferner zu verhindern, daß der Wirbelstrom, der in der Wirbelkammer erzeugt wird, abgeschwächt wird, und um mehrere kleine Verwirbelungen ρ in ihrem Inneren zu bilden, ist es erwünscht, daß die Tiefe t des eine Ausnehmung bildenden Abschnittes 10 3 % bis 10 % des Durchmessers D der Wirbelkammer beträgt. Die längsgerichtete Länge η des eine Ausnehmung bildenden Abschnitts 10 sollte kurz genug sein, so daß die Ausnehmung nicht eine horizontale Aufschlagleiste 3a des die Wirbelkammer formenden Teiles 3 erreicht.

Mib einem derartigen Motoraufbau, wie er oben beschrieben ist, wird zusammen mit der Fliehkraft in der Wirbelkammer ein Druckunterschied oder Druckgradient erzeugt, und

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Frischluft B wird aus dem Hauptbrennraum 6a durch die sekundären Verbindungskanäle 9 in die Wirbelkammer eingeleitet. Somit werden die Zerstreuung und Verbrennung des Treibstoffnebeis gefördert, um hierbei CO und Kohlenwasserstoff zu verringern, und die Frischluft 8 kühlt den mittleren Abschnitt der Wirbelkammer, um hierbei NOx zu verringern.

Da das im Umfangsbereich vorliegende Gemisch in den zentralen Verbrennungsbereich des Wirbels S durch die kleinen Verwirbelungen ρ eingeführt wird, ohne den primären Wirbelstrom abzuschwächen, wird die Verbrennbarkeit in hohem Umfang verbessert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird Kohlenmonoxid CO um 20 bis 60 % verringert, Kohlenwasserstoff HC um 40 bis 60 %, und oxidierter Stickstoff NO um etwa 20 %. Fig. 3 zeigt Werte bei Motordrehzahlen von 2700 und 4500 min" .

Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß die vorliegende Erfindung mühelos an einen herkömmlichen Motor angepaßt werden kann, da die Verbindungskanäle und der eine Ausnehmung bildende Abschnitt in ein ansonsten herkömmliches, eine Wirbelkammer bildendes Teil eingearbeitet werden können.

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ORiGINAL INSPECTED

Claims

PATEKTANWÄuTE A. GRÜNECKER

DlPU-INQ

H. KINKELDEY

Dn-INQ

W. STOCKMAIR

DR-INC₁-A^₁CaLTECH,

K. SCHUMANN

OR PER NAT. - DlPL-PHYS

P. H. JAKOB

DlPC-ING.

G. BEZOLD

DR flER NATI- DPL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

31. Okt. 1978 P 13 248

ISUZU MOTORS LIMITED

No. 25-1, Tono-machi 3-chome, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Japan

Ansprüche

·) Selbstzündender Verbrennungsmotor mit einem Kolben, einem beigeordneten Zylinder, einem Zylinderkopf und einer Einspritzdüse, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a).einen Hauptbrennraum (6a) , der vom Kolben (6) , dem
beigeordneten Zylinder (5)und dem Zylinderkopf (2)
begrenzt ist,

b)eine Hilfswirbelbrennkammer (1), die eine Wand aufweist, auf die Treibstoff aus der Einspritzdüse (7)
auftrifft, wobei eine obere Hälfte der Hilfswirbelbrennkammer (1) im Zylinderkopf (2) und eine untere Hälfte der tlilf swirbelbrennkammer (1) durch ein die Wirbelkammer bildendes Teil (3) gebildet ist, und wobei die Wirbel-

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TELEFON (O8B) 222Ββ3 TELEX OO-2O3OU TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEt)ER

kammer (1) im wesentlichen die Form einer Kugel aufweist, c)einen Hauptverbindungskanal (4), der den Hauptbrennraum (6a) und die Hilfsbrennkammer (1) zum Einleiten kompremierter Luft aus dem Hauptbrennraum (6a) in die Hilfswirbelkammer (1) während des Kompressionshubes des Kolbens (6) verbindet und hierbei einen Hauptwirbel (S) längs des Innenumfangs der Wirbelkammer (1) bildet, d)ein Paar sekundärer Verbindungskanäle (9), die den Hauptbrennraum (6a) und die Hilfswirbelkammer (1) zum zusätzlichen Einleiten komprimierter Luft (B) aus dem Hauptbrennraum (6a) in die Hilfswirbelkammer (1) während des Kompressionshubes des Kolbens (6) verbindet, wobei die Kanäle (9) dem mittleren Abschnitt der Wirbelkammer (1) zugewandt sind und in den Seitenwänden der Wirbelkammer (1) derart ausgebildet sind, daß sie Luft (B) in einer im wesentlichen senkrecht zum Hauptwirbelstrom (S) stehenden Richtung von gegenüberliegenden Seiten der Wirbelkammer (1) einleiten, um Luft (B) unter nur geringer Beeinflussung des Wirbelstromes (S) in den mittleren Abschnitt der Wirbelkammer einzuleiten, und

e)einen eine Ausnehmung bildenden Abschnitt (10), der in der Wand vorgesehen ist, gegen die der Treibstoff eingespritzt wird, um hierbei mehrere kleine Wirbel (P) zu erzeugen.
2. ^Selbstzündender Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) eine Breite (1) von 40 bis 80 % des Durchmessers (D) der Wirbelkammer (1) sowie eine Tiefe (t) von 3 bis 10% des Durchmessers (D) der Wirbelkammer (1) aufweist.
3. Selbstzündender Verbrennungsmotor nach einem

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OfiiGINAL INSPECTED

2Hc₁ V36

der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die untere Hälfte der Wirbelkammer (1) mit einer horizontalen Auftreffleiste (3a) versehen ist, und daß die sich in Längsrichtung erstreckende Länge (n) der Ausnehmung (10) in der Richtung des Hauptwirbelstromes (S) kleiner ist als der Abstand vom oberen Ende des die Wirbelkammer (1) bildenden Teiles (3) zu der Leiste (3a)-

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ORIGINAL INSPECTED