DE2926878A1

DE2926878A1 - Brennkraftmaschine mit eigenzuendung

Info

Publication number: DE2926878A1
Application number: DE19792926878
Authority: DE
Inventors: Luigi Conti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1979-07-03
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2432088B1; IT7868789A0; DE7919074U1; JPS5517688A; US4254751A; FR2432088A1; GB2026606A; IT1109587B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.^'e!Ckmann, Dipl.-Phys. Dr. K.-Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

CENTRO RICERCHE FIAT S.p.A. Strada Torino 50,
Orbassano (Turin), Italien

Brennkraftmaschine mit Eigenzündung

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Diesel-Brennkraftmaschine hat mindestens einen Zylinder mit einem in seiner Längsrichtung verschiebbare Kolben, eine Vorbrennkammer außerhalb des Zylinders, die über einen Ver-.bindungskanal mit dem Zylinder verbunden ist, durch den hindurch mit dem Kolben im Zylinder komprimierte Luft während eines Kompressionshubes in die Vorbrennkammer geführt wird, und mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zur Einführung von Kraftstoff unter Druck in die Vorbrennkammer während des Kompressionshubes.

Bei Brennkraftmaschinen dieser Art ist es wichtig, daß in der Vorbrennkammer ein turbulentes Gemisch von Kraftstoff und Luft erzeugt wird, so daß die Vorbrennkammer, allgemein auch als Wirbelkammer bezeichnet wird, und daß

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dieses Gemisch durch den Verbindungskanal dann in den Zylinder strömt, der üblicherweise einen kleinen Querschnitt relativ zur Wirbelkammer hat.

Die auf diese Weise erzeugte starke Turbulenz erleichtert die korrekte Mischung von Kraftstoff und Luft, auch wenn der Kraftstoff in die Vorbrennkammer mit relativ niedrigem Druck eingespritzt wird, der typisch im Bereich von 150 bis 200 Bar liegt. Die Einspritzung erfolgt beispielsweise mit einer sogenannten Zapfendüse, weshalb zur Erzielung des gewünschten Kraftstoff-Luftgemischs keine starke Kraftstoffzerstäubung erforderlich ist.

Dadurch ist es wiederum möglich, die Verbindungskanäle mit Rücksicht auf eine Optimierung ihres volumetrischen Wirkungsgrades bei der Verwirbelung zu konstruieren, wie dies bei Diesel-Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer der Fall ist, die im Kolbenboden ausgebildet ist. Ferner erreicht man dadurch eine relativ einfache Konstruktion der Einspritzvorrichtung. Diese Eigenschaften sind besonders vorteilhaft bei Diesel-Brennkraftmaschinen mit kleinem Hubraum, da hier größere Toleranzen der Form oder der Konstruktion der Verbindungskanäle auftreten.

"Bekannte Brennkraftmaschinen der vorstehend beschriebenen Art haben jedoch einige Nachteile, wozu hohe Energieverluste infolge eines Druckabfalls auftreten, der auf den Durchgang der Luft durch den Übertragungskanal folgt. Ferner muß die Luft sehr stark komprimiert werden (in der Größenordnung von 22:1 bis 24:1), um die Zündverzögerung oder Spätzündung infolge der relativ langsamen Mischung und Verdampfung des Kraftstoffs zu verringern. Die Spätzündung ist am größten, wenn die Drehzahl gering ist, beispielsweise beim Anlassen. Deshalb ist ein Kaltstart auch bei hoher Umgebungs-

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temperatur ohne eine Vorheizung der Glühkerzen unmöglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine vorstehend angegebener Art zu schaffen, die die beschriebenen Nachteile vermeidet und Verbindungskanäle mit einem größeren Querschnitt hat als dies bei bekannten Maschinen der Fall ist. Dadurch können die Energieverluste infolge Reibung während der Strömung des Kraftstoff-Luftgemischs durch die Verbindungskanäle verringert werden, wobei gleichzeitig die Einhaltung eines genauen Kraftstoff-Luftgemischs in der Vorbrennkammer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung ist es möglich, ohne Beeinträchtigung der beschriebenen Vorteile bei der Konstruktion der Verbindungskanäle ein relativ geringes Kompressionsverhältnis anzuwenden, da die Einspritzdüsen eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs ermöglichen und damit eine geringere Zündverzögerung auftritt. Es ist deshalb möglich, die Energieverluste durch Reibung während der Strömung des Kraftstoff-Luftgemischs zu verringern, so daß ein geringerer Kraftstoffverbrauch auftritt. Ferner kann die Maschine ohne zusätzliches Vorglühen kalt gestartet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren gezeigter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. T den Längsteilschnitt eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit Eigenzündung und Vorbrennkammer nach der Erfindung,

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Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III nach Fig. 1, und

Fig. 4, 5/ 6 und 7 Querschnitte von vier Varianten der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorbrennkammer mit kleinerem Maßstab.

In Fig. 1 bis 3 ist ein Zylinder 10 einer Diesel-Brennkraftmaschine dargestellt, in dem ein Kolben 12 in Längsrichtung verschiebbar ist. Der Kolben 12 hat in bekannter Weise Kolbenringe 14. Der Zylinder 10 ist an einem Ende, im dargestellten Fall oben, durch einen Zylinderkopf 16 verschlossen, der einen Haltekörper 18 aufweist, in dem eine Vorbrennkammer 20 ausgebildet ist.

Die Vorbrennkammer 20 hat die Form eines Ringes, dessen erzeugende Achse A senkrecht und seitlich versetzt zur Achse des Zylinders 10 angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Erzeugende der Toroidkammer 20 eine gekrümmte Linie 22 in Form einer Keule, die in Richtung senkrecht zur erzeugenden Achse A länglich ausgebildet ist.

Ein Austrittselement 26 einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 28 ragt durch den Haltekörper 18 in die Vorbrennkammer 20 hinein, wozu eine öffnung 24 vorgesehen ist, die koaxial mit der erzeugenden Achse A angeordnet ist.

Der Austritt 26 der Einspritzvorrichtung hat vier radial und unter gleichen Winkelabständen angeordnete Düsen 30, die zerstäubten Kraftstoff in die Vorbrennkammer 20 in Richtungen einspritzen, die senkrecht zur erzeugenden Achse A liegen. Eine wirksame Zerstäubung erfolgt durch Einspritzen des Kraftstoffs unter einem Druck, der wesentlich größer als der bisher zur Einspritzung in Diesel-Brennkraftmaschinen verwendete Druck ist.

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Die Vorbrennkammer 20 steht mit dem oberen Ende des Zylinderkopfes 10 über einen Verbindungskanal 32 in Verbindung, der mit seiner Längsachse senkrecht zur erzeugenden Achse A und geneigt zur Längsachse des Zylinders 10 angeordnet ist. Der Verbindungskanal 32 ist so vorgesehen, daß am Ende eines jeden Kompressionshubes des Kolbens 12 gemäß der Darstellung nach Fig. 1 eine Verbindung mit einer Vertiefung 24 vorliegt, die im Kolbenboden 12 ausgebildet ist. Die Vertiefung 34 dient als Brennkammer, in der die in der Vorbrennkammer 20 begonnene Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs abgeschlossen wird.

Der Verbindungskanal 32 hat einen relativ großen Querschnitt

in der Größenordnung von 2,5 bis 3 cm für eine Brennkraftmaschine mit einer Zylinderkapazität von etwa 500 cm . Dadurch wird beim Betrieb der Maschine die Luft in den Zylinder 10 mit einer Turbulenz eingesaugt, die mit der optimalen Turbulenz vergleichbar ist, wie sie bei Direkteinspritzung in Diesel-Brennkraftmaschinen auftritt,bei denen keine Vorbrennkammer vorgesehen ist. Die Drehgeschwindigkeit der so erhaltenen Luftwirbel liegt somit tatsächlich im Bereich des Acht- bis Zehnfachen der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Eine derart starke Turbulenz macht es beim Zusammenführen mit fein zerstäubtem Kraftstoff, der unter hohem Druck durch eine erhöhte Zahl von Einspritzdüsen 30 eingespritzt wird, möglich, das genau vorgegebene Kraftstoff-Luftgemisch in der Vorbrennkammer 20 zu verwirklichen.

Die erhöhte Turbulenz ermöglicht eine Konstruktion des Verbindungskanals 32 unter alleiniger Berücksichtigung eines optimalen volumetrischen Wirkungsgrades der Maschine.

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Ferner gewährleistet der relativ große Querschnitt des Verbindungskanals 32 eine merkliche Verringerung der Energieverluste, die durch Reibung während der Strömung des Kraftstoff-Luftgemischs beim Maschinenlauf auftreten, verglichen mit bisherigen Brennkraftmaschinen dieser Art.

Die bessere Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs ermöglicht zusammen mit der kürzeren Zündverzögerung die Anwendung relativ geringer Kompressionsverhältnisse, wodurch die Energieverluste durch Reibung weiter verringert werden. Ferner ist es möglich,die Maschine ohne Vorglühen beispielsweise von Glühkerzen kalt zu starten.

Die Vorbrennkammer 20 kann verschiedene geometrische Formen haben, die von der in Fig. 1 bis 3 gezeigten abweichen. Einige Varianten sind in Fig. 4 bis 7 gezeigt.

Fig. 4 zeigt eine Vorbrennkammer 26 mit einer erzeugenden Achse B und einer Erzeugungslinie in Form einer gekrümmten Linie 38, die eine Keule bildet, welche in Richtung geneigt zur erzeugenden Achse B länglich ausgebildet ist. Die Einspritzvorrichtung 28 ist auf der erzeugenden Achse B angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine Vorbrennkammer 40, in der die der Einspritzvorrichtung 28 gegenüberliegende Wand eben und senkrecht zur erzeugenden Achse C angeordnet ist.

Fig. 6 zeigt eine Vorbrennkammer 42, deren erzeugende Achse D und deren Erzeugungslinie 44 teilkreisförmig sind. Hierbei ist die erzeugende Achse B etwa tangential zu einem Teil der erzeugenden Linie 44 angeordnet.

Fig. 7 zeigt eine Vorbrennkammer 46, bei der die erzeugende Linie ein Parallelogramm 48 mit abgerundeten Ecken ist

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und die erzeugende Achse E mit einer der kürzeren Seiten des Parallelogramms 48 zusammenfällt.

Bei den vorstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Zerstäubungsdüsen 30 der Einspritzvorrichtung 28 jeweils so angeordnet, daß sie einen Kraftstoff strahl in die Teile der Vorbrennkammer richten, die einen Abstand zur erzeugenden Achse haben.

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Claims

Patentanwälte Dipl.~Ing. H. "Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dk. Inc. H. L.ska 2926878

SBH F.2542

CENTRO RICERCHE FIAT S.p.A. sooo München 86, den-3. Jufj WB Strada Torino 50 postfach 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Orbassano (Turin), Italien

Brennkraftmaschine mit Eigenzündung

Patentansprüche

M./Brennkraftmaschine mit Eigenzündung, mit mindestens einem Zylinder, der einen Kolben enthält, einer außerhalb des Zylinders angeordneten Vorbrennkammer, die über einen Verbindungskanal mit einem Zylinder verbunden ist, durch den hindurch mit dem Kolben im Zylinder komprimierte Luft während eines Kompressionshubes in die Vorbrennkammer geführt wird, und mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zur Einführung von Kraftstoff unter Druck in die Vorbrennkammer, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorbrennkammer (20, 36, 40, 42, 46) toroidringförmig ausgebildet ist und eine erzeugende Achse (A, B, C, D, E) senkrecht zur Längsachse des Zylinders (10) aufweist, und daß die Einspritzvorrichtung (28) eine Austrittsanordnung (26) mit mehreren Kraftstoff-Zerstäubungsdüsen (30) aufweist, die mit der Vorbrennkammer (20, 36, 40, 42, 46) in Verbindung stehen, wobei die Einspritzvorrichtung (28) koaxial mit der erzeugenden Achse (A, B, C, D, E) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet', daß die AuFtrittsanordnung (26) der Einspritzvorrichtung-(28) vier unter ■gleichen Winkelabständen angeordnete Düsen (30) aufweist, die radial zur erzeugenden Achse (A, B, C, D, E) in die Vorbrennkammer (20, 36, 40, 42, 46) gerichtet sind.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolbenboden in an sich bekannter Weise eine Vertiefung (34) aufweist, die am Ende eines jeden Kompressionshubes nahe der öffnung des Verbindungskanals (32) angeordnet ist und eine Brennkammer bildet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die toroidringförmige Ausbildung der Vorbrennkammer (20, 36, 40, 42, 46) durch eine erzeugende Linie (42, 38, 44, 48) bestimmt ist, die durch die erzeugende Achse (A, B, C, D, E) an zwei mit Abstand zueinander liegenden Achspunkten geschnitten wird.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erzeugende Linie eine Krümmung in Form einer Keule (22) aufweist, die in Richtung senkrecht zur erzeugenden Achse (A) länglich ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erzeugende Linie eine Krümmung in Form einer Keule (38) aufweist, die in Richtung geneigt zur erzeugenden Achse (B) länglich ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erzeugende Linie (44) teilkreisförmig ist und daß die erzeugende Achse (B) tangential zu einem Teil der erzeugenden Linie (44) liegt.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ze.ichnet , daß die erzeugende Linie die Form eines Parallelogramms (48) mit abgerundeten Ecken hat und daß die erzeugende Achse (E) mit einer der kürzeren Parallelogrammseiten zusammenfällt.

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