DE3532202A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine

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Description

Dr. Dieter Weber Elans Seiffert
Dipl.-Chem.Dr-DieterWeber-DipL-Phys.Klaue Selffert Postfach 6145-6200 Wiesbaden
Deutsches Patentamt
Zweibrückenstr. 12
8000 München 2
Patentanwöifeö-' «- -r-
♦■
D-6200 Wiesbaden
Gustav-Freytag-Straße Telefon 0 6121/37 2720 + 37 25 Telegrammadresse: WUlpatent Telex: 4-186 247 Telukoptorer Gr. III 06121/372111
Postscheck: Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr.27680700 (BLZ51080060)
Datum
L/St
Yanmar Diesel Engine Co., Ltd.,
1-32, Chayamachi, Kita-ku, Osaka-shi,
Osaka-fu, Japan
Verbrennungskraftmaschine
Priorität: Japanische Patentanmeldung Nr. 59-189810 vom 12. September 1984
Japanische Patentanmeldung Nr. 60-74297 vom 10. April 1985
Japanische Patentanmeldung Nr. 60-88899 vom 26. April 1985
ORIGINAL INSPECTED
Verbrennungskraftmaschine
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere auf eine Verbrennungskraftmaschine vom Typ eines Schichtlademotors.
In einem konventionellen Schichtlademotor mit einer Hauptverbrennungskammer im oberen Teil eines Kolbens und einer zündkammer, welche mit einem Brennstoff-Einspritzventil und einer Zündkerze versehen ist, in einem Zylinderkopf, verändert sich die Geschwindigkeit der Ablagerung von Brennstoff auf einer Wandfläche der Hauptverbrennungskammer, welche im oberen Teil eines Kolbens vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Richtung der Zündkammer in Bezug auf das Innere der Hauptverbrennungskammer, d.h. von der Richtung, in welcher der Brennstoff eingespritzt wird. Entsprechend den Veränderungen dieser Ablagerungsgeschwindigkeit ändert sich auch die Menge der gasförmigen Mischung, welche in der Hauptverbrennungskammer gebildet wird sowie die Geschwindigkeit ihrer Bildung.
Falls der Mischungsgrad dieser gasförmigen Mischung niedrig ist, wird die Hochlastfunktion der Verbrennungskraftmaschine verschlechtert.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bildung einer gasförmigen Mischung in der Hauptverbrennungskammer eines Schichtlademotors zu fördern und die Hochlast-Funktion bzw. -Wirksamkeit einer solchen Maschine zu verbessern.
Ein weiteres ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erzielung einer stabilen Zündung.
Weiterhin ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gegenseitige Beeinflussung von einem Brennstoff-Einspritzventil and einer Zündkerze einerseits und Kopfbolzen, Ein-
laß/Auslaßleitungen und einem Ventilbetätigungssf'stem auf der anderen Seite, insbesondere in Mehrzylinderiiiaschinen zu vermeiden.
Eine Verbrennungskraftmaschine, welche in der Lage ist, die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Hauptverbrennungskammer im oberen Teil eines Kolbens und mit einer Zündkammer, welche mit einem Brennstoff-Einspritzventil und einer Zündkerze versehen ist, in einem Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung, in welcher der Brennstoff vom Brennstoff-Einspritzventil ausgestoßen wird, in Übereinstimmung mit der Vorwärtsrichtung eines Wirbels ist, daß die Achse des ausgestoßenen Brennstoffes von einem angenommenen zentralen Teil der Hauptverbrennungskammer einen Abstand von nicht mehr als dem halben Radius derselben hat und daß eine Ausnehmung in Verbindung mit der Hauptverbrennungskammer in dem Bereich des oberen Teiles des Kolbens vorgesehen ist, welcher in der Verlängerung der Zündkammer liegt.
Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, indem man den Durchmesser der Zündkammer größer ausführt als den des Brennstoff-Sprühnebels an ihrem Auslaß, und indem man eine Funkenstrecke der Zündkerze in einer Position vorsieht,. welche einen Abstand von 4 bis
10 mm vom Zentrum des kugelförmigen Endes einer Düse des Brennstoff-Einspritzventiles in Richtung auf den Auslaß der Zündkammer und von 2 bis 7 mm von der Achse des Brennstoff-Einspritzventiles in radialer Richtung der Zündkammer hat.
Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, indem man die Zündkerze so ausführt, daß sie sich unter 30° bis 90° erstreckt in Bezug auf die Explosionsfläche eines Zylinderkopfes, in welchen sich die Zündkammer öffnet, wobei das Brennstoff-Einspritzventil so ausgeführt ist, daß es in Richtung auf die Explosionsfläche bezogen
auf die Zündkammer geneigt ist,und indem man vorsieht, daß das Brennstoff-Einspritzventil und die Zündkerze in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Explosionsfläche liegen.
Figur 1 ist ein horizontaler Schnitt eines ersten Beispiels eines Hauptteiles einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung, welches um eine Hauptverbrennungskammer angeordnet ist;
Figur 2 ist ein Längsschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1;
Figur 3 ist ein Längsschnitt eines zweiten Beispiels eines Hauptteiles einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung, welches um eine Hauptverbrennungskammer angeordnet ist;
Figur 4 ist ein horizontaler Schnitt eines dritten Beispieles eines Hauptteils einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung, welches um eine Hauptverbrennungskammer angeordnet ist;
Figur 5 ist ein vergrößerter horizontaler Schnitt eines Hauptteiles, welches in Figur 4 dargestellt ist;
Figur 6 ist ein Längsschnitt eines vierten Beispieles eines Hauptteils einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung, welches um eine Hauptverbrennungskammer liegt;
Figur 7 ist ein Längsschnitt einer in Figur 6 dargestellten Zündkammer;
Figur 8 ist ein Längsschnitt eines Hauptteils einer Zündkammer in einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung;
Figur 9 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwisehen der Position der Funkenstrecke einer Zündkerze und der Zündfähigkeit der Zündkerze;
Figur 10 ist ein Längsschnitt eines fünften Beispiels eines Hauptteils einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung, welches um eine Hauptverbrennungskammer angeordnet ,ist;
Figur JLl ist ein Längsschnitt eines sechsten Beispiels eines Hauptteiles einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfind ing, welches um die Hauptverbrennungskammer angeord-
net ist; ?
Figur 12 ist ein Querschnitt der Zündkammer in einer konventionellen Einzylindermaschine, und Figur 13 ist ein Querschnitt der Zündkammer in einer konventionellen Vielzylindermaschine.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, hat ein Schichtlademotor ein Auslaßventil 4 in einer Auslaßleitung 3, welche in einem Zylinderkopf 2 angeordnet ist, ein Ansaugventil 6 in einem Ansaugkanal 5 und eine kugelförmige Hauptverbrennungskammer 7 im oberen Teil eines Kolbens·1.
Eine Zündkammer 10, welche, der Hauptverbrennungskammer 7 gegenüberliegt, ist im Zylinderkopf 2 und ein Brennstoff-Einspritzventil 8 und eine Zündkerze 9 sind in der Zündkammer 10 vorgesehen.
Die Richtung F, in welche ein zerstäubter Brennstoff A von dem Brennstoff-Einspritzventil 8 in die Hauptverbrennungskammer 7 hinein ausgestoßen wird, ist in Übereinstimmung mit der Vorwärtsrichtung eines Wirbels S in der Hauptverbrennungskammer ausgeführt, wie in Figur 1 dargestellt, und die Achse des zerstäubten Brennstoff-Sprühnebels hat einen Abstand 1 in radialer Richtung R vom Zentrum O der Hauptverbrennungskammer 7.
Diese Verschiebungsgröße 1 im Bereich von 1 - 0 *\- 1/2R zu setzen ist sehr wirkungsvoll, um die Bildung einer gasförmigen Mischung in der Hauptverbrennungskammer 7 zu fördern.
Die Richtung F, in welche der Brennstoff eingespritzt wird, kann auch entgegengesetzt zur Richtung des Wirbels S ausgeführt werden. In diesem Fall wird die Verschiebungsgröße 1 vorzugsweise auf die gleiche Weise eingestellt wie oben erwähnt.
Der obere Teil des Kolbens 1 ist mit einer Ausnehmung 11 versehen, welche in Verbindung mit der Hauptverbrennungs-
kammer steht und in einer Verlängerung der Zündkammer 10 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 11 hat den gleichen Durchmesser wie die Zündkammer 10. Dies ermöglicht, daß der zerstäubte Brennstoff-Sprühnebel A schnell von der Zündkammer 10 in die Hauptverbrennungskammer 7 eingeführt wird.
Wie in Figur 2 dargestellt, beträgt der Winkel Θ, der Zündkammer 10 in Bezug auf die obere Fläche des Kolbens 1 etwa 45°. Dieser Winkel Θ, sollte in Abhängigkeit von der Tiefe der Hauptverbrennungskammer 7 geeignet gewählt werden.
In der Verbrennungskraftmaschine der oben erwähnten Konstruktion wird der zerstäubte Brennstoff A, welcher von dem Brennstoff-Einspritzventil 8 ausgestoßen wird, zwangsweise gezündet durch die Zündkerze 9. In dem äußeren Randbereich des zerstäubten Brennstoff-Sprühnebels erscheint zuerst eine Flamme. Da jedoch die Richtung F, in welcher der Brennstoff ausgestoßen wird, in Übereinstimmung mit der Richtung des Wirbels S ist, mit der Achse des Brennstoff-Sprühnebels in einem vorbestimmten Abstand 1 vom Zentrum O der Hauptverbrennungskammer 7, geschieht die Mischung des Brennstoffes mit der Luft schnell, so daß sich die Flamme schnell in den zentralen Teil des zerstäubten Brennstoff-Sprühnebels A entwickelt. Dies ermöglicht die Verbesserung der Hochlast-Funktion bzw. -Wirksamkeit der Maschine. Die Hauptverbrennungskammer 7 kann so ausgeführt sein, daß sie eine Form hat, welche im wesentlichen einem Zylinder entspricht.
Wenn der innere Durchmesser der Zündkammer 10 auf den Wert d, und der Durchmesser der Ausnehmung 11, welcher im oberen Teil des Kolbens 1 vorgesehen ist, auf d2 gesetzt wird, so wie in Figur 3 gezeigt und so, daß d~ 1,1 bis 2,5 mal größer - ist als d,, kann der zerstäubte Brennstoff noch schneller in die Hauptverbrennungskammer eingeführt werden.
Wie in Figur 4 dargestellt, können spiralförmige, abwech-
selnde Rillen und Stege IGa in und auf der inneren Oberfläche der Zündkammer 10 vorgesehen sein. Diese spiralförmigen, abwechselnden Rillen und Stege 10a können durch Schneiden eines Gewindes in die innere Oberfläche der Zündkammer 10 geformt werden.
Wenn ein starker Wirbel in der Hauptverbrennungskammer 7 dieser Ausführungsform vorhanden ist, so treten, wie in Figur 5 dargestellt, sekundäre Wirbelströmungen E in der Zündkammer 10 auf, welche in Verbindung mit der Hauptverbrennungskammer 7 stehen. Infolge der sekundären Wirbelströmungen E und der spiralförmigen, abwechselnden Rillen und Stege 10a treten kleinere Wirbelströmungen G auf, so daß die zwangsweise Zündung in der Zündkammer 10 gefördert wird.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, in welcher der Durchmesser der zündkammer 10 schrittweise in Richtung auf ihren Auslaß 12 hin vergrößert ist. In dieser Ausführungsform berührt eine Flamme H, welche sich wegen der Verbrennung der gasförmigen Mischung ausdehnt, nicht die innere Wandfläche der Zündkammer 10 wie in Figur 7 dargestellt, was die Förderung der Verbrennung der gasförmigen Mischung erlaubt.
Figur 8 zeigt einen Hauptteil der Zündkammer 10, wobei ihr innerer Durchmesser d, größer ausgeführt ist als der Durchmesser D- des Teiles eines zerstäubten Brennstoff-Sprühnebels A, welcher ausgestoßen wird von einem Brennstoff-Einspritzventil 8, welches sich an einem Auslaß 13 der Zündkammer 10 befindet. Dementsprechend berührt der zerstäubte Brennstoff-Sprühnebel A nicht die innere Oberfläche der Zündkammer 10, ebenso wie in der vorherigen Ausführungsform.
In der Ausführungsform nach Figur 6 ist eine Funkenstrecke 9a einer Zündkerze 9 in einer Position vorgesehen, welche einen Abstand L, vom Mittelpunkt des kugelförmigen Endes
einer Düse des Brennstoff-Einspritzventils 8 in Richtung auf den Auslaß 13 der Zündkammer 10 und einen Abstand L-von der Achse N des Brennstoff-Einspritzventils 8 in radialer Richtung der Zündkammer 10 hat. Der Abstand L, beträgt 4 bis 10 mm und vorzugsweise 5,5 bis 9,2 mm, und der Abstand L2 beträgt 2 bis 7 mm und vorzugsweise 3,5 bis 5,5 mm.
Figur 9 zeigt die Beziehung zwischen der Position der Funkenstrecke 9a der Zündkerze und der Zündfähigkeit. Man versteht, daß eine stabile Zündung des zerstäubten Brennstoffes erreicht werden kann, wenn L, und L2 innerhalb der erwähnten Bereiche liegen.
Unter Bezugnahme auf Figur 9 bezeichnet dort der schraffierte Teil Z, einen Bereich, in welchem die zündung des Brennstoffes möglich ist und der Teil Z2/ welcher kreuzweise mit diagonalen Linien markiert ist, bezeichnet einen Bereich, in welchem eine stabile Zündung des Brennstoffes erzielt werden kann.
Wie in Figur 12 dargestellt, ist es im Fall von Einzylindermaschinen durchführbar, den Winkel Q~ zwischen der Achse N des Brennstoff-Einspritzventiles und der Achse P der Zündkerze relativ groß zu machen, um eine gegenseitige Beeinflussung in der Nähe der Zündkammer zu vermeiden. Wie in Figur 13 dargestellt, muß jedoch im Fall von Vielzylindermaschinen der Winkel θ'3 zwischen den Achsen N und P auf einen relativ kleinen Wert begrenzt werden, wegen der gegenseitigen Beeinflussung mit dem Ventilbetätigungssystem und der mit den Kopfbolzen, welche schraubbar mit den Bolzenlöchern 18 in Eingriff sind. Da nun in der unmittelbaren Umgebung der Zündkammer eine wechselseitige Beeinflussung zwischen dem Brennstoff-Einspritzventil und der Zündkerze deshalb unvermeidbar ist, werden Probleme aufgeworfen' wie das, daß es in der Praxis unmöglich ist, eine optimale Struktur zu realisieren und die Achsen N und P in eil.er gemeinsamen Ebene senkrecht zur Explosionsfläche
'Π
anzuordnen.
Figur 10 ist ein Längsschnitt eines Hauptteiles einer Zündkammer in einem Schichtlademotor, in welcher eine Zündkammer 10 dargestellt ist, welche in einem Zylinderkopf 2 vorgesehen ist und ein Brennstoff-Einspritzventil 8 und eine Zündkerze 9 aufweist . Diese Ausführungsform ist ein sogenannter obengesteuerter Motortyp, welcher mit einem Ventilhebelsystem, wie z.B. Ansaug- und Auslaßventilen auf dem Kopf des Motors versehen ist.
In dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 9 vertikal angeordnet, so daß der Winkel θ4 zwischen der Achse P der Zündkerze 9 und der Explosionsfläche oder der unteren Fläehe 2 A des Zylinderkopfes 2 90° beträgt. Ebenso ist die Zündkammer 10 diagonal angeordnet, so daß der Winkel Θ, zwischen der Achse Q der Zündkammer 10 und der Explosionsfläche 2a 45° beträgt, und das Brennstoff-Einspritzventil 8 ist unter einem Winkel &2 von der Achse Q der Zündkammer 10 in Richtung auf die Explosionsfläche 2A geneigt. In dieser Ausführungsform ist der Winkel G2 auf 15° festgelegt. Wenn die Teile auf diese Art angeordnet werden, beeinflussen sich die Zündkerzen 9 und das Brennstoff-Einspritzventil 8 nicht gegenseitig, selbst wenn die Achse P der ersteren und die Achse N der letzteren in derselben senkrechten Ebene liegen. Dementsprechend können Werkzeuge zur Installation und zum Ausbau dieser Teile benutzt werden bzw. zum Einsatz kommen.
Falls notwendig, kann die Achse P der Zündkerze 9 in Bezug auf die Explosionsfläche 2A auch 85° (=θ4) betragen, indem die Achse N des Einspritzventiles 8 um Θ- = 20° geneigt wird.
In dem in Figur 11 dargestellten Fall, wo die Achse N des Brennstoff-Einspritzventiles 8 im wesentlichen parallel zu der Explosionsfläche 2A angeordnet ist, kann der Winkel G4 zwischen der Zündkerze 9 und der Explosionsfläche 2A auf einen Wert zwischen 30° und 90° gebracht werden.
1 Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und kann im Rahmen der vorhergehenden Patentansprüche modifiziert werden.

Claims (6)

Patent anspräche
1. Verbrennungskraftmaschine mit einer Hauptverbrennungskammer im oberen Teil eines Kolbens und mit einer Zündkammer, welche mit einem Brennstoff-Einspritzventil und einer zündkerze versehen ist, in einem Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung, in welche der Brennstoff von dem erwähnten Einspritzventil ausgesto-Ben wird, in Übereinstimmung mit der Vorwärtsrichtung eines Wirbels ist, wobei die Achse des ausgestoßenen Brennstoffes von einem im wesentlichen zentralen Teil der Hauptverbrennungskammer einen Abstand von nicht mehr als der Hälfte des Radius derselben hat, und daß eine Ausnehmung, welche in Verbindung mit der Hauptverbrennungskammer ist, in dem Bereich des oberen Teils des Kolbens vorgesehen ist, welcher in der Verlängerung der Verbrennungskammer liegt.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der erwähnten Ausnehmung, welche in dem oberen Teil des Kolbens vorgesehen ist, größer eingestellt ist als jener der Zündkammer.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer mit spiralförmigen Rillen und Stegen in und auf der inneren Wandfläche derselben versehen ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Zündkammer in Richtung auf ihren Auslaß nach und nach vergrößert ist.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Zündkammer größer eingestellt ist als der eines zerstäubten Brennstoffsprühnebels an ihrem Auslaß und daß eine Funkenstrecke der Zündkerze an einer Stelle vorgesehen ist, welche
4 bis 10 mm vom Mittelpunkt des sphärischen Endes einer Düse des Brennstoff-Einspritzventils in Richtung auf den Auslaß der Zündkammer und 2 bis 7 mm von der Achse des Brennstoff-Einspritzventils in radialer Richtung der Zündkammer entfernt liegt.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze so vorgesehen ist, daß sie sich unter 30° bis 90° erstreckt, bezogen auf die Explosionsfläche eines Zylinderkopfes, in welchen die Zündkammer sich öffnet, wobei das Brennstoff-Einspritzventil so vorgesehen ist, daß es gegen die erwähnte Explosionsfläche geneigt ist in Bezug auf die Zündkammer, wobei das Brennstoff-Einspritzventil und die Zündkerze in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der erwähnten Explosionsfläche vorgesehen sind.
DE19853532202 1984-09-12 1985-09-10 Verbrennungskraftmaschine Ceased DE3532202A1 (de)

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