DE3623223A1 - Luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrenn­ kraftmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

In der DE-AS 12 72 620 ist eine luftverdichtende Einspritz­ brennkraftmaschine beschrieben, an deren brennraumseitiger Zylinderkopffläche eine sternförmig ausgebildete Grund­ platte eingesetzt ist, die an ihren Sternenden in abge­ winkelte, gegen den Brennraum der Brennkraftmaschine ge­ richtete Plättchen übergehen.

Von einer in den Brennraum hineinragenden Düse eingespritzter Kraftstoff wird dabei infolge der Drallbewegung der ange­ saugten Luftmassen knapp an den Plättchen vorbeigeführt, wobei nicht unmittelbar im Kraftstoffstrahl befindliche Kraftstoffteilchen sich an den durch die Verbrennungswärme erhitzten Plättchen entzünden sollen, um den Zündverzug zu reduzieren.

Diese Vorrichtung hat jedoch die Nachteile, daß erstens die kühle Ansaugluft ungehindert an den Plättchen vorbeiströmen kann, wodurch diese relativ stark abkühlen, daß zweitens in­ folge der in den Brennraum hineinragenden Plättchen die für eine gute Gemischbildung erforderliche Drallbewegung der in den Brennraum einströmenden Ansaugluft empfindlich be­ einträchtigt wird, daß drittens die Befestigung der Grund­ platte nicht unproblematisch ist, denn um einen zu großen Wärmeabfluß in den Zylinderkopf zu vermeiden, muß extra noch zwischen letzterem und der Grundplatte ein angemessen dimensionierter Luftspalt realisiert werden und daß viertens eine optimale Ausrichtung der Grundplatte immer nur für eine ganz bestimmte Brennkraftmaschinendrehzahl möglich ist, denn die Drallbewegung der Ansaugluft im Brennraum ist unter an­ derem auch von der Drehzahl abhängig, so daß schon die ge­ ringsten Abweichungen von derjenigen Drehzahl, für welche die Plättchen optimal angeordnet sind, dazu führen können, daß die Einspritzstrahlen nicht mehr nur nahe an den Plättchen vorbeizielen, sondern diese sogar genau treffen und sie somit ebenfalls stark abkühlen. Eine Abkühlung der Plättchen führt aber wiederum unweigerlich zu einer Ver­ größerung des Zündverzuges.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine luft­ verdichtende Einspritzbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art zu schaffen, bei der ohne jegliche Beeinträchtigung der Gemischbildung im Brenn­ raum eine Verbrennung mit kurzem Zündverzug über einen wei­ ten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Durch den Zündkammeraufsatz wird vom Brennraum der Brenn­ kraftmaschine eine seperate Zündkammer abgetrennt, deren Gasinhalt aufgrund des geringen Querschnittes der im Zünd­ kammeraufsatz angeordneten Öffnung von den "Strömungsvor­ gängen" im Brennraum selbst weitestgehend unbeeinflußt bleibt. So kann ein aus dem Düsenkörper austretender Kraftstoff­ strahl durch die in dem Zündkammeraufsatz angeordnete Öff­ nung, deren Längsachse koaxial zu derjenigen in der Spritz­ lochbohrung im Düsenkörper ist, ungehindert in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen und dies unabhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl. Die wenigen außerhalb des Kraftstoffstrahlmantels befindlichen Kraftstoffteilchen prallen dabei auf die Innenseite des Zündkammeraufsatzes, wo sie sich schließlich infolge hoher Wandtemperaturen ent­ zünden. Daß diese ausreichend hohen Wandtemperaturen immer gegeben sind, ist darauf zurückzuführen, daß die Innenseite des Zündkammeraufsatzes kaum mit den relativ kühlen, beim Saugtakt in den Brennraum einströmenden Luftmassen in Be­ rührung kommt.

Dadurch, daß der Zündkammeraufsatz nur minimal weiter in den Brennraum hineinragt als die Kraftstoffeinspritzdüse selbst, ist eine spürbare Beeinträchtigung der Drallbewe­ gung der angesaugten Luft im Brennraum und somit auch der Gemischbildung durch den Zündkammeraufsatz nicht gegeben.

Die Öffnung in dem Zündkammeraufsatz so auszugestalten, daß sie den Kraftstoffstrahl mantelförmig umgibt, hat den Vor­ teil, daß nur eine minimale Kraftstoffmenge, nämlich genau die Kraftstoffteilchen, die sich außerhalb des Strahles be­ finden, in der Zündkammer zurückbleibt, wodurch letztere kaum abkühlt und demzufolge optimale Zündbedingungen ge­ geben sind.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 8 ermöglicht eine einfache Montage des Zündkammeraufsatzes bzw. einen einfachen Aus­ tausch derselben. Dazu muß lediglich die Kraftstoffeinspritz­ düse aus der dafür vorgesehenen Bohrung ein Zylinderkopf herausgenommen bzw. herausgeschraubt werden, wonach der Zünd­ kammeraufsatz problemlos aus Kraftstoffdüsenbohrung heraus­ gehoben werden kann. Ein Wechsel des Zündkammeraufsatzes ist somit ohne Abnehmen des Zylinderkopfes möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung veranschau­ lichten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

In einem Zylinderkopf 1 einer luftverdichtenden Einspritz­ brennkraftmaschine ist in einer dafür vorgesehenen Bohrung 2 eine Kraftstoffeinspritzdüse 3 eingesetzt, die einen Dü­ senhalter 4, der - wie der Zylinderkopf 1 - der Einfachheit halber nur teilweise dargestellt ist und einen an diesen an­ schließenden Düsenkörper 5 aufweist. Der Düsenkörper 5 ist von einem minimal in den Brennraum 6 der Brennkraftmaschine hineinragenden Zündkammeraufsatz 7 mantelförmig umgeben und zwar derart, daß die Unterseite 8 des Düsenkörpers 5 und die Innenseite 9 des Zündkammeraufsatzes 7 eine kleine Zündkammer 10 begrenzen, welche die Form einer Halbkugel mit einem zylindrischen Oberteil besitzt. Das Volumen der Zündkammer 10 beträgt dabei ungefähr das 0,008 bis 0,01-fache des Kompressionsvolumens eines Brennraumes 6 der Brennkraftma­ schine.

Auf der Unterseite 8 des Düsenkörpers 5 sind zwei Spritzloch­ bohrungen 11 angeordnet aus denen der Kraftstoff während eines Einspritzvorganges strahlförmig austritt. Die Ver­ längerungen der zwei Längsachsen 12 der Spritzlochbohrungen 11 im Düsenkörper 5 bilden ebenso die Längsachsen 12 von zwei im Zündkammeraufsatz 7 angeordneten Öffnungen 13, die eine die Kraftstoffstrahlen 16 mantelförmig umhüllende Form aufweisen.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht nur auf Kraftstoffdüsen mit zwei Spritzlochbohrungen beschränkt ist, sondern auch auf solche Düsen mit weniger oder mehr Spritz­ lochbohrungen anwendbar ist. Dabei ist die Anzahl der Spritz­ lochbohrungen immer gleich der Anzahl der Öffnungen im Zünd­ kammeraufsatz.

Auf seiner dem Brennraum 6 abgewandten Seite weist der Zünd­ kammeraufsatz 7 einen Außenbund 14 auf, der durch den in der Bohrung 2 eingeschraubten Düsenhalter 4 gegen eine Bohrungs­ schulter 15 gehalten ist.

Die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Öffnungen 13 be­ wirkt nun bei einem Einspritzvorgang, daß die abgespritzten Kraftstoffstrahlen 16 ungehindert durch die Öffnungen 13 hindurch in den Brennraum 6 treten können, nur solche Kraft­ stoffteilchen 17, die sich außerhalb des Mantelbereiches eines Kraftstoffstrahles 16 aufhalten, prallen gegen die Innenseite 9 der Zündkammer 10. Da jedoch beim Ansaugtakt in der Zündkammer 10 aufgrund der doch verhältnismäßig ge­ ringen Querschnitte der Öffnungen 13 fast keine Spülung ge­ geben ist, und da der Oberflächenanteil der Zündkammer zur Wärmeabfuhr an den Zylinderkopf 1 sehr klein ist, herrschen auf der Innenseite 9 der Zündkammer immer relativ hohe Tem­ peraturen, wodurch sich die schon frühzeitig in der Zünd­ kammer 10 zurückgehaltenen Kraftstoffteilchen 17 gut ent­ zünden können und somit ein minimaler Zündverzug gegeben ist.

Aufgrund der Auslegung der Öffnungen 13 bleibt nur eine ge­ ringe Anzahl an Kraftstoffteilchen 17 in der Zündkammer 10 zurück, zu deren Verbrennung in der Zündkammer 10 der erfor­ derliche Sauerstoff immer vorhanden ist, obwohl diese kaum gespült wird.

Die Öffnungen 13 können auch zylindrisch ausgebildet werden. Hierbei ist nur darauf zu achten, daß die Querschnitte der zylindrischen Öffnungen mindestens so groß oder etwas größer sind wie die Querschnitte der Kraftstoffstrahlen an den Stellen ihres Eintrittes in die Öffnungen des Zündkammeraufsatzes.

Die Montage von Kraftstoffdüse 3 und Zündkammeraufsatz 7 be­ ginnt damit, daß zunächst der Zündkammeraufsatz 7 in die Bohrung 2 eingesetzt wird. Um den Zündkammeraufsatz 7 in einer definierten Lage fixieren zu können, und um gleich­ zeitig dessen Verdrehen während des Betriebes der Brennkraft­ maschine zu verhindern, werden zwei Bohrungen 18 u. 19, von denen die eine 18 im Außenbund 14 des Zündkammeraufsatzes 7 und die andere 19 in der Schulter 15 angeordnet ist, durch einen in diese Bohrungen 18 u. 19 eingepaßten Führungszapfen 20 zur Überdeckung gebracht. Im Anschluß daran wird die Kraft­ stoffdüse 3 mit ihrem Düsenhalter 4 in die Bohrung 2 einge­ schraubt. Damit auch gewährleistet ist, daß die Spritz­ lochbohrungen 11 nach dem Einbau der Düse 3 in der richti­ gen Lage sind, ist auf dem Umfang des Düsenhalters 4 und auf der Oberseite des Zylinderkopfes 1 je eine entsprechen­ de Markierung oder Fixierung angebracht, die beide beim Einschraubvorgang ebenfalls zur Überdeckung gebracht werden.

Um den Wärmeabfluß von der Zündkammer 10 in den Zylinder­ kopf 1 noch weiter zu verringern, ist es ferner möglich, einen kleinen Luftspalt zwischen dem Zündkammeraufsatz 7 und der Bohrung im Zylinderkopf 1 vorzusehen.

Claims (11)

1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen

• - im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ist eine Kraftstoff­ einspritzdüse eingesetzt,
• - die Kraftstoffeinspritzdüse weist einen Düsenkörper auf,
• - auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite des Düsenkörpers ist mindestens eine einen Kraft­ stoffstrahl in den Brennraum richtende Spritzlochbohrung angeordnet,
• - an der Einspritzdüse ist eine Vorrichtung zur schnelleren Entzündung von sich im Bereich des Mantels des Kraftstoff­ strahles aufhaltenden Kraftstoffteilchen angeordnet,

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

• - auf dem Düsenkörper (5) ist ein Zündkammeraufsatz (7) angeordnet,
• - der Zündkammeraufsatz (7) weist auf der dem Brennraum (6) zugewandten Seite (8) mindestens eine Öffnung (13) auf und
• - die Längsachse (12) dieser Öffnung (13) verläuft koaxial zu derjenigen der Spritzlochbohrung (11) im Düsenkörper (5).

2. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) von dem Zündkammeraufsatz (7) man­ telförmig umgeben ist.

3. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) und der Zündkammeraufsatz (7) eine Zündkammer (10) begrenzen.

4. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) eine zylindrische Form aufweist.

5. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) eine sich in Richtung des Brennraumes (6) aufweitende Form aufweist.

6. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) eine den Kraftstoffstrahl (16) mantel­ förmig umgebende Form aufweist.

7. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen (13) im Zündkammeraufsatz (7) gleich der Anzahl der Spritzlochbohrungen (11) im Düsen­ körper (5) ist.

8. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkammeraufsatz (7) auf seiner dem Brennraum (6) abgewandten Seite einen Außenbund (14) aufweist, dessen dem Brennraum (6) zugewandte Seite auf einer in der Kraftstoff­ einspritzdüsenbohrung (2) angeordneten Schulter (15) auf­ liegt und gegen diese von dem Düsenhalter (4) der Kraft­ stoffeinspritzdüse (3) gehalten ist.

9. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (10) als Halbkugel mit einem zylindrischen Oberteil ausgebildet ist.

10. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündkammervolumen das 0,008 bis 0,1-fache des Kom­ pressionsvolumens eines Brennraumes (6) der Brennkraftma­ schine beträgt.