DE3503578A1

DE3503578A1 - Vorkammer fuer eine luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3503578A1
Application number: DE19853503578
Authority: DE
Inventors: Robert 7050 Waiblingen Happel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1985-02-02
Filing date: 1985-02-02
Publication date: 1986-03-27

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 065/4

Stuttgart 24. Januar 1985

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Vorkammer für eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorkammer für eine Einspritzbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 27 25 344 ist eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Vorkammer bekannt, bei der zur Minderung der Schadstoffemission in dem Gemischbildungsraum ein Prall- | körper angeordnet ist. Durch diesen Prallkörper wird eine t gute Ausnutzung des im Gemischbildungsraum befindlichen * Sauerstoffes erreicht, indem zum einen eine Verwirbelung der beim Verdichtungstakt dem Gemischbildungsraum zugeführten Luft und zum anderen ein Aufreißen des Einspritzstrahles bei teilweiser Verdampfung des Kraftstoffes auf der heißen Prallfläche des Prallkörpers stattfindet. Da jedoch die im Gemischbildungsraum vorhandene Luftmenge für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes nicht ausreicht, kommt es mit zunehmender Einspritzdauer zu einem verstärkten Anfall von Rußpartikeln. Diese Rußpartikel gelangen nun zu einem Zeitpunkt in den Hauptverbrennungsraum, zu dem sich der Kolben bereits in einer Stellung befindet, in der durch die Wärmeabfuhr an das Kühlwasser schon relativ niedere Temperaturen im Arbeitszylinder

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herrschen. Der zur Oxidation der Rußpartikel erforderliche Sauerstoff ist nun zwar mehr als ausreichend vorhanden, jedoch gerade die niederen Temperaturen verhindern eine vollständige Oxidation der Rußpartikel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verbrennungskraftmaschine den Ausstoß von vor allem gegen Ende eines Einspritzvorganges stark ansteigenden Rußpartikeln auf motorischem Wege zu reduzieren.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Verlauf des Schußkanals ein Reaktionsraum abgezweigt ist.

Durcn den erfindungsgemäßen Reaktionsraum wird innerhalb der Vorkammer ein zweiter Frischluftspeicher geschaffen. Die Brenngase mit den Rußteilen gelangen vor Verlassen der Vorkammer in den Reaktionsraum und vermischen sich dort mit der vorhandenen Frischluft wobei die Rußpartikel aufgrund der hohen Temperaturen im Reaktionsraum oxidieren Dadurch sinkt der Rußpartikelgehalt im Hauptbrennraum. Um eine gute und gleichmäßige Durchmischung der aus dem Schußkanal in den Reaktionsraum strömenden Brenngase zu erzielen, wird vorgeschlagen, den Reaktionsraum gemäß Anspruch 2 auszubilden.

Mit der Ausbildung der Strömungsöffnungen als Ringspalt wird eine bessere Füllung des Reaktionsraumes gewährleistet.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 4 wird eine gute Füllung des Reaktionsraumes und eine schmale Bauweise der Vorkammer erreicht.

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Durch die Anordnung der Strömungsöffnung gemäß Anspruch 5 wird der Gasstau vor den Brennerbohrungen in vorteilhafter Weise zur Umlenkung der Brenngase und Rußpartikel in den Reaktionsraum verwendet.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird ein Ausströmen der oxidierten Brenngase und Rußpartikel in Richtung der Brennerbohrungen erreicht.

Schließlich wird durch die düsenartige Ausbildung der Strömungsöffnungen eine gesteuerte Strömung in den und aus dem Reaktionsraum erreicht.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Figur 1 im Querschnitt die erfindungsgemäße Vorkammer als Teil einer ausschnittsweise dargestellten Brennkraftmaschine %

Figur 2 die Vorkammer aus Figur 1 mit einem in die

Gemischbildungskammer eingelagerten Prallstift und mit einem verlängerten Schußkanal .

Nach den Figuren 1 und 2 ist in einen Zylinderkopf 1 einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine eine Vorkammer 2, 2' eingesetzt, bei welcher ein Gemischbildungsraum 3 über einen Schußkanal 4, 4¹ mit einem Brenner 5 verbunden ist. Der Brenner 5 ist zum Hauptbrennraum 12hin bis auf Brennerbohrungen 11 verschlossen. Gemäß der Erfindung besitzt die

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Vorkammer 2, 2¹ einen Reaktionsraum 6, 6¹, welcher ausgehend vom Brenner 5 den Schußkanal 4, 4¹ konzentrisch in Form eines Ringraumes umschließt. Der Reaktionsraum 6, 6¹ ist über eine Strömungsöffnung 7„die als Ringspalt ausgebildet ist, mit dem Brenner 5 verbunden. Eine Bohrung 8 im Gemischbildungsraum 3 ist für eine Glühkerze vorgesehen. Der Kraftstoff wird über eine Einspritzdüse 9 in den Gemischbildungsraum 3 eingebracht.

Bei dem Verdichtungstakt wird die zuvor angesaugte Frischluft mittels eines Kolbens 10 zu den so.wohl im Gemischbildungsraum als auch im Reaktionsraum 6, 6' noch vorhandenen Restgasen des vorangegangenen Arbeitstaktes geschoben.

Nach erfolgtem Einspritzbeginn steigt der Druck ausgehend vom Gemischbildungsraum 3 innerhalb der gesamten Vorkammer 2, an. Durch das temperaturbedingte Ansteigen der kinematischen Zähigkeit der noch im Schußkanal 4, 4' befindlichen Luft kommt es vor den Brennerbohrungen 11 zu einem Aufstauen der Luft. Demzufolge strömt zunächst ein Teil der Frischluft, und zwar der Teil, der aufgrund der Gasaufstauung vor den Brennerbohrungen 11 nicht sofort in den Hauptbrennraum 12 ausgeblasen werden kann, aus dem Schußkanal 4, 4¹ über die im Übergangsbereich zwischen Schußkanal 4, 4' und Brenner5 liegende Strömungsöffnung 7 direkt in den Reaktionsraum 6, 6', der sich parallel zur Längsachse 13 des Schußkanals 4, 4' in Richtung des Gemischbildungsraumes 3 erstreckt.

Das gleiche gilt ebenfalls für die nach Zündbeginn über den Schußkanal 4, 4' anströmenden Brenngase und Rußpartikel. Um ein gesteuertes Ein- und auch später ein gesteuertes Aus-

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strömen der Brenngase mit den Rußpartikeln in den Reaktions- \ raum 6, 6¹ zu erhalten, ist dessen Strömungsöffnung 7 düsenartig ausgebildet.

Ist der Einspritzvorgang in einem Stadium, ab dem die Luft im Gemischbildungsraum 3 zur Verbrennung des bisher eingespritzten Kraftstoffes nahezu verbraucht ist, verbrennt weiter zugeführter Kraftstoff unter zunehmendem Luftmangel, worauf jetzt auch das starke Ansteigen der Rußpartikelentstehung zurückzuführen ist. Diese Rußpartikel vermischen sich teilweise mit der in der Reaktionskammer 6, 6' vorgelagerten Frischluft.

Eine gute Vermischung der Rußpartikel mit der Frischluft ist dadurch gegeben, daß die mit hoher kinetischer Energie aus dem Schußkanal 4, 4¹ ankommenden, die Rußpartikel enthaltenden Gase wegen ihrer kinematischen Zähigkeit nicht schnell genug durch die Brennerbohrungen 11 ausströmen können, so daß durch das entstandene "Gaspolster" vor den Brennbohrungen 11 die nachfolgenden Brenngase mit den Rußpartikeln in Richtung des Reaktionsraumes 6, 6¹ geleitet werden, wobei ι diese Umlenkung der Brenngase eine Impulsänderung der j Strömung verursacht, deren Folge eine Verwirbelung der somit in Richtung Reaktionsraum 6, 6' strömenden Brenngase und Rußpartikel ist.

Da in dem Reaktionsraum 6, 6' und vor den Brennerbohrungen 11 hohe Temperaturen vorliegen, sind hier die besten Voraussetzungen für eine Oxidation der Rußpartikel durch die in dem Reaktionsraum 6, 6¹ gespeicherte Luft gegeben. Die oxidierten Rußpartikel gelangen anschließend über die Brennerbohrungen 11 in den Hauptbrennraum 12, wobei durch einen Winkel der Senkrechten 14 der Querschnittsfläche der Strömungsöffnung 7 zur Längsachse 13 des Schußkanals 4, 4' von ca. 45° ein Ausströmen der Gase aus dem Reaktionsraum 6, 6¹ gleich in Richtung der Brennerbohrungen 11 gewährleistet

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Die Vorkammer aus Figur 2 unterscheidet sich von der Vorkammer aus Figur 1 durch einen in den Gemischbildungsraum 3 eingelagerten Prallstift 15 und durch einen längeren Schußkanal 4, 4¹.

Der Prallstift 15 bewirkt zum einen ein Aufreißen des Kraftstoffstrahles bei gleichzeitigem teilweisen Verdampfen des Kraftstoffes und zum anderen ein Verwirbeln der beim Verdichtungstakt in den Gemischbildungsraum 3 anströmenden Luft. Da das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine unabhängig von der Auslegung des Reaktionsraumes 6, 6¹ sein soll, muß der Schußkanal 4, 4¹ eine entsprechende Länge bzw. bei veränderlichem Querschnitt ein entsprechendes Volumen aufweisen.

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 065/4J|

Stuttgart 24. Januar 1985

EPT ni-re

Patentansprüche

AJ Vorkammer für eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit einem an einen Gemischbildungsraum anschließenden Schußkanal, der über einen Brenner und dessen Bohrungen mit dem Hauptbrennraum eines Arbeitszylinders verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß im Verlaufe des Schußkanals (4, 4¹) ein Reaktionsraum (6, 6¹) abgezweigt ist.
2. Vorkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (6, 6¹) als Ringraum ausgebildet ist, der den Schußkanal (4) konzentrisch umgibt und mit diesem über eine oder mehrere Strömungsöffnungen (7) verbunden ist.
3. Vorkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnung (7) als Ringspalt ausgebildet ist.
4. Vorkammer nach einem aer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringraum ausgehend vom Brenner (5) in Richtung

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des Schußkanals (4, 4¹) erstreckt.
5. Vorkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnung (7) im Übergangsbereich zwischen Brenner (5) und Schußkanal (4, 4¹) angeordnet ist.
6. Vorkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkrechte (14) zur Querschnittfläche der Strömungsöffnung (7) mit der Längsachse (13) des Schußkanals (4, 4') einen Winkel zwischen 0° und 90° bildet.
7. Vorkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen (7) düsenartig ausgebildet sind.