DE3537518A1

DE3537518A1 - Brennkraftmaschine mit gemischbildung im zylinder

Info

Publication number: DE3537518A1
Application number: DE19853537518
Authority: DE
Inventors: Urs Bezold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1987-04-23

Description

Brennkraftmaschine nach Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen mit Gemischbildung im Zylinder arbeitet man im allgemeinen mit Verdichtungsverhältnissen, die über den optimalen Werten bezüglich spezifischem Ver brauch und Schadstoffgehalt liegen, um den Zündverzug so niedrig wie möglich zu halten und um ein sicheres Starten auch bei niedrigen Temperaturen zu gewährleisten.

Durch Glühzündvorrichtungen wird ein sicheres Starten auch bei niedrigen Verdichtungsverhältnissen und bei unterschied lichen Brennstoffen, wie Alkoholen und Pflanzenölen er möglicht. Bei üblichen Vorrichtungen, wie Glüheinsätzen oder Zündkammern (z. B. DE-OS 32 24 048) wird der Brennraum zerklüftet, wodurch sich sowohl thermische als auch Strö mungsverluste ergeben. Da Brennstoff durch Druckanstieg auf Glühteile in der Zündkammer gerissen werden muß, sich dort entzündet und dann erst als Flamme in den Hauptbrenn raum zurückschlägt und die Verbrennung des inzwischen reich lich eingetretenen Brennstoffs einleitet, ist mit einer starken Zündverzögerung und somit geräuschvollem Lauf und hohen NO_x-Werten zu rechnen. Bei einer anderen Vorrichtung (DE-OS 32 48 038) wird der Brennstoff durch ein am Kolben befindliches Teil aufgewärmt. Da dieses Teil seine Betriebs temperatur erst nach einiger Betriebszeit erreicht, ist es sowohl zum Starten als auch in der Warmlaufphase wirkungs los. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die weitgehend unabhängig vom verwendeten Brennstoff die Vorteile niedrigen spez. Verbrauchs, geringer Schadstoffentwicklung in allen Betriebs zuständen, hoher spez. Leistung, sicheren Startverhaltens und geringer Geräuschentwicklung in sich vereinigt. Dazu ist es nötig, eine gleichmäßige und vollkommene Verbrennung zu erzielen, also den Brennstoff in kürzestmöglicher Zeit zu entzünden und mit einem möglichst großen Teil der ange saugten Luft in Berührung zu bringen; dabei soll möglichst wenig Energie, z. B. durch Wärme- oder Strömungsverluste, entzogen werden.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß der ein gespritzte Brennstoffstrahl über einen Glühkörper (1) streicht bzw. darauf prallt, dabei verdampft, entzündet und in die rotierende Luft eingebracht wird. Zum Starten der Brennkraft maschine und eventuell zum Aufrechterhalten der Betriebs temperatur in Leerlaufphasen wird der Glühkörper elektrisch beheizt (2). Durch die zweistufige Einspritzung, bei der ein erster Brennstoffstrahl (3) auf den Glühkörper (1) trifft und entzündet wird und den aus einer zweiten Düse oder Düsen öffnung zeitlich verzögert austretenden Strahl (4) entzündet, kann unter Beibehaltung des kurzen Zündverzugs der Glühkörper kleiner gehalten werden und die bei manchen Brennstoffen nachteilige Überhitzung, ohne den Glühkörper zu kühlen, in engen Grenzen gehalten werden. Durch das Vermeiden der Wand anlagerung des Brennstoffs wird auch beim Starten und im Leer lauf eine vollständige Verbrennung gewährleistet, der Ausstoß von Schadstoffen, wie Aldehyden und unverbrannten Kohlen wasserstoffen, ist sehr gering. Durch eine, die Rotation der Luft überlagernde Taumelbewegung werden Zonen geringer Bewegung, welche Ablagerungen unverbrannten Brennstoffs be günstigten, konsequent vermieden, ohne energieintensive Turbulenzen zu benötigen. Die in Anspruch 5 beschriebene Brennraumform hat den Vorzug eines guten Verhältnisses Raum inhalt/Oberfläche, was wesentlich zur Verringerung thermi scher Verluste beiträgt. Durch einen Drall der Ansaugluft kann erreicht werden, daß sich während des Verdichtungstakts die Richtung der in die Kugel einströmenden Luft ändert, da sich diese aus einer drallbedingten Komponente (a), parallel zur Tangente an die Zylindermantelfläche, und einer durch den einfachen Druckausgleich bedingten, radial von der Zy linderachse weg (b), ergibt. Da diese zweite Komponente mit der Annäherung des Kolbens an den Zylinderkopf steigt, die erste jedoch etwa konstant bleibt, bzw. gegen Ende des Verdichtungstakts durch innere und äußere Reibung, die durch entsprechende Maßnahmen vergrößert werden kann, sich ver ringert, wird in der Kugel eine geordnete, kreisende Strömung erzeugt, die eine Taumelbewegung ausführt.

Bei einer Ausführung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 er geben sich konstruktive Vereinfachungen, u. U. können be stehende Brennkraftmaschinen damit auf Vielstoffbetrieb um gerüstet werden. Eine katalytisch wirksame Oberfläche des Glühkörpers erniedrigt die minimale Betriebstemperatur und verbessert zudem die Schadstoffwerte ähnlich eines Auspuff katalysators. Durch die Rippung der Glühkörperoberfläche wird die Reaktionsfläche vergrößert, also die Wirksamkeit verstärkt. Um Überhitzungen zu verhindern, kann der Glüh körper gekühlt werden, z. B. mit Hilfe von, in einem Kreislauf zirkulierendem Natrium oder Gallium. Im Falle einer Wassereinspritzung auf den Glühkörper kann dessen ge speicherte thermische Energie zur Druckerhöhung im Arbeits takt herangezogen werden.

Die sich bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsverfahren ergebende, kurze Zündverzögerung gewährleistet geringe Geräuschentwicklung und niedrige NO_x-Werte, da hohe Druck anstiegswerte, die sich durch das schlagartige Verbrennen von, in der Zeit von Einspritzbeginn bis zur Entzündung sich ansammelndem Brennstoff, ergeben, vermieden werden. Das gesamte Brennstoffvolumen kann also, ohne das Risiko hoher Druckanstiegswerte in kürzerer Zeit eingespritzt werden. Die Gesamtreaktionszeit, vom Einspritzen über das Verdampfen, die Aufbereitung (Radikalbildung), Ent zündung und vollständige Verbrennung verkürzt sich weiter, der Verbrennungsprozeß ähnelt somit im Vergleich zu anderen schnellaufenden luftansaugenden Brennkraftmaschinen mehr dem Otto-Prozeß, wodurch sich bei gleichem Verdichtungs verhältnis ein höherer Wirkungsgrad ergibt. Die kürzere Reaktionszeit ermöglicht auch höhere Drehzahlen und damit höhere spezifische Leistungen. Die geringere thermische Belastung des Kolbens im Vergleich zu Verfahren mit Brenn raum im Kolben und die niederen Druckanstiegs- und Höchst druckwerte gestatten eine leichtere Ausführung wesentlicher Bauteile, wie Kolben, Kurbeltrieb usw. Die Anforderungen an die Einspritzorgane sind gering, da die Zerstäubung des Brennstoffs durch den Glühkörper übernommen wird.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit Gemischbildung im Zylinder, bei der der Brennstoff durch eine Einspritzvorrichtung derart in den Brennraum eingebracht wird, daß eine Anlagerung an die Kolbenwand möglichst vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich in geringem Abstand von der Einspritzdüse ein elektrisch beheizbarer, mit dem Zylinderkopf verbundener, Glühkörper befindet, der den Brennstoff verdampft und entzündet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennstoffeinspritzung in zwei Stufen abläuft, d. h. ein erster Strahl auf den Glüh körper trifft, entzündet wird und den aus einer zweiten Düse oder Düsenöffnung zeitlich verzögert austretenden, nicht auf den Glühkörper gerichteten Strahl entzündet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zeitliche Verzögerung zwischen erstem und zweitem Brennstoffstrahl in Abhängigkeit vom Zündverhalten des verwendeten Brennstoffs in der jeweiligen Betriebsbedingung geregelt werden kann.

4. Brennkraftmaschine nach Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft im Brennraum eine Rotation mit überlagerter Taumelbewegung ausführt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die angesaugte Luft nach bekannten Verfahren einen Drall bekommt und daß der Brennraum etwa einer Kugel (5) entspricht, die im Abstand 0,5 bis 0,95 r unterhalb ihres Mittelpunktes durch die Auflagefläche des flachen Zylinderkopfes geschnitten ist und diese Schnittfläche die Mantelfläche des Zy linders von innen berührt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper und seine Haltevorrichtung als eigenständiges, thermisch iso liertes Bauteil (1) ausgeführt ist und z. B. durch eine zylindrische Bohrung in den Brennraum ragt.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einspritzdüse und Glüh körper in einem Bauteil vereinigt sind.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper aus einem katalytisch den Verbrennungsvorgang beeinflussendem Material besteht bzw. ganz oder teilweise mit einem solchen überzogen ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper zur Ver größerung der Oberfläche wellenförmige Rippen auf weist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper gekühlt werden kann.