DE2851784A1

DE2851784A1 - Luftverdichtende brennkraftmaschine mit indirekter einspritzung

Info

Publication number: DE2851784A1
Application number: DE19782851784
Authority: DE
Inventors: Eberhard Grupp
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1980-06-12

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 027/4

Stuttgart-Untertürkheim 16.11.1978

Luftverdichtende Brennkraftmaschine
mit indirekter Einspritzung

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit indirekter Einspritzung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Hierbei ist sowohl an Vorkammermaschinen als auch an Wirbelkammermaschirien gedacht.

Luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit indirekter Einspritzung zeigen im Vergleich zu solchen Maschinen mit
direkter Einspritzung eine verhältnismäßig hohe Schwarzrauch-Eeission. Diese Motoren mit indirekter Einspritzung haben zwar im Vergleich zu direkt einspritzenden Motoren eine geringere Ganghärte, doch lassen auch indirekt einspritzende Dieselmotoren in dieser Hinsicht immer noch
Wünsche offen.

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Es ist eine Vorkammer für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine bekannt geworden, die einen im erweiterten Raumteil gelagerten Einsatzstift - Prallkörper mit einer gegen den Kraftstoffstrahl gewölbten Fläche aufweist, wobei die Unterseite des Prallkörpers bzw. des Einsatzstiftes im Bereich des Prallkörpers als Leitfläche für die in den erweiterten Raumteil der Vorkammer einströmende Verbrennungsluft ausgebildet ist.

Dadurch wird zwar die Gemischaufbereitung günstig beeinflußt. Negativ wirkt sich jedoch aus, daß der gesamte eingespritzte Kraftstoff den Prallkörper trifft und in den Vorraum reflektiert wird, wo durch einen einsetzenden Crackprozeß eine teilweise Aufspaltung der langkettigen zündwilligen Moleküle und durch Sauerstoffmangel eine nur unvollkommene Verbrennung mit vermehrter Rußbildung erfolgt.

Es ist ferner eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einem über einen separaten Schußkanal mit dem Hauptarbeiteraum in Verbindung stehenden Vorraum (Vorkammer) bekannt geworden, an welchen ein mit seinem Einspritzstrahl auf eine Prallfläche im Vorraum gerichtetes Zapfen-Einspritzventil angeordnet ist, wobei die Prallfläche durch die stumpfe Seite eines angenähert tropfen-, brilliant- oder kreiseiförmigen rotationssymmetrischen PrallkBrpers gebildet ist und diese etwa höchstens so groß wie der Querschnitt des Einspritzstrahles selber ist, wobei seitlich um die Prallfläche herum ein Abfluß-Querschnitt für abprallenden und abfließenden Kraftstoff geschaffen ist, welcher in einen zum Hauptarbeitsraum hin gerichteten Ableitkanal übergeht, und um den Abflußquerschnitt herum eine den Abflußquerschnitt gegen das Innere des Vorraumes hin abschirmende Abschirmung vorgesehen ist*

Obwohl diese Einrichtung im Hinblick auf die Schwärzungezahl, den spezifischen Verbrauch und die Geräuschbildung

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günstige Werte bringt_t ist sie verhältnismäßig kompliziert und es ist schwierig, diese im Vorraum in gewünschter genau zentraler Lage zu haltern.

Aufgabe der Erfindung ist es, Brennkraftmaschinen dieser Art dahingehend zu verbessern, daß sie im Hinblick auf ihre Schwarzrauch-Emission und im Hinblick auf die Ganghärte nicht nur verbessert werden, sondern daß bei gleichen günstigen Verten auch die Einrichtung an sich einfach und mit der gewünschten Genauigkeit billig herstellbar und montierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Durch die Halbkugelform der Prallfläche, die einerseits als Ileißstelle ein schnelleres Verdampfen des eingespritzten Kraftstoffes bewirkt, reißt andererseits die in Richtung des Einspritzstrahles schräg angebrachte teilweise offene Bohrung, den stricknadelartigen Einspritzstrahl derart auf, daß Verbrennungsluft auch ans Innere des S^rahlkernes gelangen kann« Außerdem wird aufgrund der zum Hauptarbeitsraum hin offenen Bohrung ein erheblicher Anteil von eingespritztem Kraftstoff unverändert durch den Vorraum hindurch in den Hauptarbeitsrautn geleitet. Die Abschirmung des Schußkanales durch die Prallfläche und den rohrförmigen Ansatz zum Innern des Vorraumes hin verhindert einen Zerfall der weitergeleiteten Kraftstoffmengen durch Hitzeeinwirkung, so daß die unmittelbar in den Hauptarbeitsraum gelangenden Kraftstoffmengen dort in einem langkettigen und somit zündwilligen Zustand vorliegen. Durch das Hindurchleiten von Kraftstoff durch die Vorkammer bis in den Hauptarbeitsraum hinein im ursprünglichen Zustand des Kraftstoffes wird gewissermaßen ein nicht unbeträchtlicher Anteil des einzuspritzenden Kraftstoffes unmittelbar in den Hauptarbeitsraum eingebracht, jedoch in einem gut aufbereiteten und homogen vermischten Zustand, weil der Einspritzstrahl kräftig aufgerissen und mit Verbrennungsluft durchwirbelt ist. Dank der teils in-

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direkten und teils direkten Einspritzung von Kraftstoff ist der in den Vorraum eingespritzte Kraftstoffanteil geringer und somit dort das Luft/Kraftstoff-Verhältnis günstiger im Vergleich zu einer Einspritzung, in der die gesamte Kraftstoffmenge indirekjfc eingespritzt wird. Das bessere Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Vorraum ist ursächlich für eine geringere Rußbildung, veil von dem im Vorraum anliegenden Gemischanteil eine bessere und vollständigere Verbrennung erwartet werden kann. Wegen des höheren Temperaturniveaus im Vorraum Lind wegen der Anordnung des Einspritzventxles am Vorraum - der Kraftstoff gelangt dementsprechend als erstes in den Vorraum selber - entflammt die im Vorraum gebildete Ladung als erstes. Mit einem gewissen zeitlichen Versatz kommt es auch zu einer Entflammung der im Hauptarbeitsraum gebildeten Ladung. Und zwar wird die Entflammung der Ladung im Hauptarbeitsraum durch eine Drucksteigerung aufgrund der Verbrennung der Vorraumladung und aufgrund des Hinüberschlagens von Zündfackeln vom Vorraum in den Hauptraum entflammt. Das Gemisch im Hauptarbeitsraum wird teilweise sogar erst während der Verbrennung der Vorraumladung gebildet. Dank des zeitlichen Versatzes der Entflammung der Vorraumladung gegenüber der Ladung im Hauptarbeitsraum kommt auch eine Verringerung der Ganghärte der Brennkraftmaschine nach der Erfindung zustande.

Ferner kann der Durchmesser der Bohrung gleich oder grosser als die Hälfte der lichten Weite des rohrförmigen Ansatzes sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der rohrförmige Ansatz an der anderen, der Bohrung gegenüberliegenden Hälfte mindestens eine weitere in den Vorraum einmündende Durchlaß-Bohrung aufweisen. Durch diese Durchlaß-Bohrung bzw. Bohrungen wird eine Gegenströmung zu der au· der ersteren Bohrung in den Vorraum einstränenden Kompressions· luft erzeugt, wodurch eine intensivere· Durchwirbelung -·

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insbesondere des von der halbkugelförmigen Prallfläche abprallenden reflektierten Teilstrahles des eingespritzten Kraftstoffes erfolgt.

Schließlich können die Durchlaß-Bohrungen in einem Winkel«6 von vorzugsweise weniger als 90° zur Mittellängsachse des rohrförmigen Ansatzes in den Vorraum einmünden.

Zweckmäßige Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere Vorteile können der nachfolgenden Beschreibung von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung in ausschnittsweiser Darstellung mit einem Vorraum und

Fig« 2 eine vergrößerte Einzelheit aus dem Vorraum nach Fig. 1.

Die in der Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Motorblock 1 und einen Zylinderkopf 2 auf, welche einen Hauptarbeitsraum h bilden» der durch einen Hubkolben 3 nach unten hin begrenzt ist. Am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ist ein Vorraum 5 vorgesehen, an dem ein Einspritzventil ·7 sowie eine Glühkerze 8 angeordnet sind. Das Einspritzventil 7 selber ist als Zapfenventil ausgebildet. Die Vorkammer 5 ist mit dem Hauptarbeitsraum k über einen Schußkanal 9 sowie über Überströmbohrungen 10 verbunden.

Das Zapfen-Einspritzventil 7 ist zweckmäßigerweise als Drosselzapfen-EAnspritzventil ausgebildet» welches zu Beginn der Einspritzphase einen hohlen, möglichst sogar kegelförmig verlaufenden Einspritzstrahl 11 und erst im weiteren Verlauf der Einspritzung einen stricknadelförmigen Einspritzstrahl 12 erzeugt. Derartige Einspritzventil sind bekannt. Ihr Vorteil liegt darin» daß während der

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gedrosselten Einspritzphase nur relativ geringe Kraftstoffmengen je Zeiteinheit eingespritzt und diese auch gut in der Vorraumluft verteilt werden. Die gedrosselte Einspritzphase wird bei Einspritzmengen im unteren Last— bereich des Motors aufgrund der geringen erforderlichen Einspritzmengen nicht überschritten. Lediglich im mittleren und oberen Lastbereich mit größeren erforderlichen Eirispritzmengen öffnet die Ventilnadel soweit, daß die Einspritzöffnung völlig freigelegt bzw. der Drosselzapfen aus ihr zurückgezogen und ein massiver stricknadelförmiger Einspritzstrahl 12 gebildet wird. Die Rußprobleme von Dieselmotoren treten hauptsächlich im oberen Lastbereich auf, in welchem sich das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem stöchiometrischen ¥ert annähert. Im Vorraum herrscht im oberen Lastbereich ein erheblicher Luftmangel, der zumindest teilweise eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffes und somit eine Rüßbildung verursacht.

Zur Verbesserung der Luftverhältnisse im oberen Lastbereich ist ein in der Strahlachse liegender rohrförmiger Ansatz 13 vorgesehen, welcher an der inneren Stirnseite durch eine halbkugelförmige Prallfläche Ik verschlossen ist.

Die Prallfläche 14 weist eine Bohrung 15 auf, die derart angeordnet 1st, daß der Kraftstoffstrahl teilweise durch diese hindurchfließen und teilweise an der Prallfläche abprallen kann. Dank dieser Anordnung wird der Einspritzstrahl 12 aufgerissen und mit Verbrennungsluft innig verwirbelt. Es ist dabei daran zu denken, daß dieser stricknadelförmige Einspritzstrahl 12 gegen Ende der Einspritzphase erst gebildet wird, während welcher Zeit die Vorraumladung bereits gezündet hat und eine Rückströmung vom Vorraum in den Hauptarbeitsraum eingesetzt hat. Diese Rückströmung reißt die durch die Bohrung 15 hindurchströmenden Kraftstoffpartikelchen mit in den Hauptarbeite-

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raum hinein. Die nicht durchbrochene, restliche Prallfläche 14 und die Wandung des rohrförmigen Ansatzes 13 schirmen die aufgerissenen und zerstäubten Kraftstoffpartikelchen gegen die Einwirkung der hohen im Innern des Vorraumes herrschenden Temperaturen ab und hält Crack- und Dehydrierungsvorgänge von dem Kraftstoff fern.

Zur besseren Aufbereitung des Gemisches sind in der Wandung des rohrförmigen Ansatzes 13 weitere Durchlaßbohrungen 16 vorgesehen (Fig. 2), die unter einem Winkel >0 , welcher vorzugsweise kleiner als 90 ist, in den Vorraum 5 einmünden und durch welche beim Kompressionshub Luft in den Vorraum 5 strömt, die sich mit den von der Prallfläche 5 zurückgeworfenen Kraftstoffteilchen intensiv vermischt.

Der rohrförmige Ansatz 13 ist in eine entsprechende Ausnehmung 17 im Schußkanal 9 eingepreßt bzw. kann in diese eingeschraubt werden.

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Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Palm 12 027/**

Stuttgart-Untertürkheim 1 6.11.1978

Ansprüche

.J Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Kraftstoffes in einen vom oszillierenden Hauptarbeitsraum separaten mit ihm über einen Schußkanal oder dgl. in Verbindung· stehenden Vorraum (Vorkammer oder Wirbelkammer), an welchen ein mit seinem Einspritzstrahl auf eine Prallfläche im Vorraum gerichtetes Zapfen-Einspritzventil angeordnet ist, wobei etwa gleichachsig zum Schußkanal ein in das Innere des Vorraumes sich erstreckender rohrförmiger Ansatz hineinragt, der im Bereich der dem Einspritzventil zugekehrten - inneren -

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NACHGERE1GHT [ 4

Stirnseite die Prallfläche aufweist, derart, daß e±n Teil des EinspritzStrahles von der Prallfläche in den Vorraum reflektiert wird und ein anderer Teil an der Prallfläche vorbei unmittelbar in den Schußkanal und den Hauptarbeitsraum gelangt, dadurch gekennzeichnet , daß der rohrförmige Ansatz (13) an seiner inneren Stirnseite vorzugsweise halbkugelförmig verschlossen ist und daß der Verschluß durch eine schräg zur Achse des rohrförmigen Ansatzes (13) geführte Bohrung (15) teilweise offen ist, wobei die am weitesten radial zur Mitte des rohrförmigen Ansatzes sich erstreckende, mit dem Verschluß gebildete Bohrungskante (15) die Auftreffstelle des Einspritzstrahles (11, 12) anschneidet.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Bohrung (5) gleich oder größer als die Hälfte der lichten Weite des rohrförmigen Ansatzes (13) ist.
3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ansatz (13) ^an der anderen,der Bohrung (15) gegenüberliegenden Hälfte mindestens eine weitere, in den Vorraum (5) einmündende Durchlaß-Bohrung (16) aufweist.

k. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Durchlaß-Bohrungen (16) in einem Winkel 06 von vorzugsweise weniger als 90 zur Mittellängsachse des rohrförmigen Ansatzes (i3) in den Vorraum (5) einmünden.

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