DE886540C

DE886540C - Mit Fremdzuendung arbeitende, gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE886540C
Application number: DED1711D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr-Ing Glamann; Friedrich Dipl-Ing D Nallinger; Hans Dipl-Ing Scherenberg
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1938-02-12
Filing date: 1938-02-12
Publication date: 1953-08-13

Description

Mit Fremdzündung arbeitende, gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine mit Fremdzündung arbeitende, gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Leichtbrennstoffen, z. B. Benzin, in mehreren Strahlen, von denen ein Teil mit verhältnismäßig großem Kegelwinkel und fein zerstäubt, ein anderer Teil aber in gebundener durchschlagkräftiger Form eingespritzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine angemessene Verteilung des Brennstoffes besonders in der Nähe der Zündkerze sicherzustellen und gegebenenfalls die besonders wärmebeanspruchten Teile des Brennraumes zu kühlen.
Diese Aufgabe wurde, besonders für Viertaktmaschinen, schon dadurch zu läsen versucht, daß man. den Brennraum, z. B. an den Ventilen oder an der Kolbenfläche, in geeigneter Weise fo,rinte. Es ist aber in manchen Fällen schwierig, solche, für den genannten Zweck günstigen Formern zu vereinbaren mit anderen wichtigen Konstruktionsbedingungen.
Die Aufteilung der Brennstoffeinspritzung in mehrere ungleichartige Strahlen ist schon angewandt word;en, um einen Teil des Brennstoffes auf absichtlich geschaffene Wärmestaukärper zu lenken, damit er dort vorge,#värmt wird. Das ist selbstverständlich nur für Maschinen anwendbar, bei denen die Strömung im Zylinder so vollkommen beherrscht wird, daß keine Gefahr der Überhitzung einzelner Stellen besteht. Die Erfindung macht von der Aufteilung des Brennstoffes in breit verteilte, stark zerstäubte soggenannte Raumstrahlen und in enge gebundene, durchschlagkräftige sogenannte Ortsstrahlen den Gebrauch, daß der oder die Raumstrahlen im wesentlichen in Richtung auf die zur @Frem.dzün.dung dienenden Zündkerzen eingespritzt werden, wobei sie zugleich einen möglichst großen Teil des Brennraumes bestreichen, und daß die Ortsstrahlen in die den Zündkerzen. entfernt liegenden Teile des Brennraumes, vorzugsweise gegen besonders stark wärmebeanspruchte, zu kühlende Teile wie- die Brennraumwandungen in der Nähe der Ventile, den Kolbenboden od, dgl., gespritzt werden.
Die Raumstrahlen treten aus verhältnismäßig kurzen Einspritzdüs.enbohrungen aus, welche eine Austrittsmündung mit einem großen Öffnungswinkel aufweisen. Die Ortsstrahlen dagegen werden durch längere Düsenbohrungen erzeugt, deren Austrittsmündungen den. Brennstoff in einem mehr geschlossenen Strahl austreten lassen. Zweckmäßig sind die Einspritzdurchlässe für die Raum- und Ortsstrahlen an der Einspritzmündung einer gegen die Zylinderachse geneigten Düse vereinigt, welche entweder als offene Lochdüse oder gleichzeitig als Loch- und Zapfen- oder Schleierdüse ausgebildet ist. Einen gewissen. Vorteil bietet die offene Düse für die Ortsstrahlen, welche neben feinzerstäubten Brennstofftröpfchen auch eine Anzahl größerer Tröpfchen ausspritzt. Hierdurch kommt der Brennstoff der Ortsstrahlen zum Teil in flüssiger Form an die Aufschlagstellen im Brennraum und kühlt dort in einem besonderen Maße. Es ist die offene Düse, vor allem eine Düse für hohe Leistung. Dagegen, ist die Zapfen.- oder Schleierdüse mit gleichzeitig angeordneten Ortsstrahlbohrungen dann vorteilhaft, wenn. es darauf ankommt, mit einem möglichst geringen spez. Brennstoffverbrauch auszukommen.
In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Anwen:dungsbeispielen schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Abb-. 1, 2 und 3, 4 je einen Quer-und Längsschnitt durch den Zylinder einer Brennkraftmaschine in Höhe des Brennraumes, mit zwei verschiedenen Einspritzweisen für den Brennstoff.
Wie die Abbildungen zeigen, wird die Einspritzdüse i in den Zylinderkopf .9 derart eingesetzt, daß die Düse einerseits sich in einer durch die Zylinderachse gehenden Vertikalebene V erstreckt (Abb. i) und andererseits zu einer-horizontalen, d. h. zur Zylinderachse senkrecht liegenden Ebene H unter einem Winkel von 2o° nach unten geneigt ist (Abb,. 2). Der Einspritzdüse i zunächst liegen in Zylinderkopfnischen io zwei Ein laßventile ii und diesen gegenüber in Zylinderkopfn.ischen 12 die Auslaßventile 13'. Im Zylinder 14 gleitet der Arbeitskolben 15 (Abb. 2). Die obere, Totlage des Arbeitskolbens ist durch die Linie To gekennzeichnet. Der Kolben selbst ist in Abb. 2- in einer Stellung gezeigt, welche etwa So Kurbelwinkelgrade hinter dem oberen Kolbentotpunkt liegt. Außerdem ist für die Erläuterung des Einspritzvorganges in Abb. 2. durch die Linie H eine durch die- Düsenmündung gehende Horizontalebene angedeutet. Vor den Ventilen, ii und 13 liegen, noch die Einlaßkanäle 16 und :die Auslaßkanäle 17. Der Einspritzdüse i gegenüber sind symmetrisch zu der durch die Einspritzdüsenachse gehenden Vertikalebene V zwei Zündkerzen i8, 1$ angeordnet (Abb-. i). Zweckmäßig wird mit dem Einspritzen dann begonnen, wenn der Arbeitskolben 15 gerade seinen. Saughub ausübt und- sich etwa 25 bis 300, auf den Kurbelzapfen bezogen, hinter seinem oberen Totpunkt nach unten. bewegt. Es trifft dann ein aus der Düse i austretender Ortsstrahl T (Abb,. 2,) den Kollbenbodien etwa dann, wenn sich der Kolben ungefähr 5o° hinter seinem oberen Totpunkt beiwegt. Zweckmäßig ist es, den Einspritzvorgang bei Vollast etwa 6o bis 7o° hinter dem erwähnten oberen Totpunkt und bei Teillast entsprechend früher zu beendigen.
Wie die Abb.. i und 2 zeigen, wird der Brennraum von drei Raumstrahlen R, R und K sowie von drei Ortsstrahlen N, N und T bestrichen. Dabei liegen die Raumstrahlen R annähernd in einer nach. unten geneigten Ebene, welche mit der Horizontalebene H einen Winkel von 2o° einschließt (Abb. 2). Dagegen ist der Raumstrahl K unter einem Winkel von 5° zu der erwähnten Herizontalebene H nach oben gerichtet. Im Gegensatz zu den Ortsstrahlen. führen, die RaumstrahlerL R, R und K den Brennstoff in einem äußerst feinverteilten Zustand in den Brennraum ein und haben vorwiegend die Aufgabe, die Aufladeluft zu einem gleichmäßigen und zündfähigen Gemisch mit Brennnstoff anzureichern. Die Raumstrahlen. R sind gleichzeitig zur Kühlung der Kolbenbodenzone, in der Nähe der Zündkerze mit herangezogen. Der Raumstrahl K (Abb,. i), der zwischen die Zündkerzen 18, 18 gerichtet ist, ist -außerdem in einem gewissen Sinne gleichzeitig auch Ortsstrahl, weil er als der längste Strahl eine gewisse Durchschlagskraft haben muß und die Kerzenseite des Brennraumes mit Brennstoff im solcher Menge versorgen SO-11, daß in Kerzennähe ein zündfähiges Gemisch zustande kommt. Die Ortsstrahlen N, N treffen in die Nischen io der Ventile i i, welche der Einspritzdüse i zunächst liegen, und werden daher als Nischenstrahlen bezeichnet, während der unmittelbar nach unten gegen den Kolbenboden. gefichtete Ortsstrahl T als Tiefstrahl bezeichnet werden kann.
Die Ortsstrahlen dienen in erster Linie zur Kühlung besonders heißer Stellen, wobei sie außerdem beim Verdampfen: ebenfalls zur Anreicherung der Ladeluft beitragen. Ihre Kühlwirkung verhindert ein Anschmoren von Kolben und Brennraumwand, und die Anreicherung der Aufladel.uft durch Verdampfen des Brennstoffes in: denjenigen Brennt' welche nicht von den Raumstrahlen bestrichen werden und auch den Zündkerzen gegenüberliegen, verhindert in diesen Zonen eine magere Gemischbildung und damit auch das sogenan.nte Initialzündungsklopfen.
Wird weniger Wert auf eine außerordentliche hohe Leistung bei, einem entsprechend höheren spez. Brennnstoffv erbrauch gelegt, sondern eine gute Leistung bei mehr geringem spei. Brennstoffverbrauch bevorzugt, so ist es zweckmäßig, eine sogenannte Zapfen- oder Schleierdüse zu verwenden, bei der z. B. aus mittlerem Ventildurchlaß ein weitwinkliger Raumstrahlkegel R' austritt (Abb. 3 und 4), der durch eine Ventilnadel gesteuert wird. Die Ventilnadelbewegung kann entweder mechanisch durch einen Nockenhebel, oder hydraulisch durch den Brennstoffdruck oder pneumatisch durch den Kompressionsdruck oder durch den Saugzug im Brennraum gesteuert werden. Es ist der Einspritzwinkel des Raumstrahles R' derart weit (Abb. 3 und 4), daß sowohl beide Kerzen 18, 18 als auch die den Kerzen zunächst liegende Zone des Kolbenbodens innerhalb dieses Einspritzwinkels liegen. Es können außerdem die Bohrungen für den Tiefstrahl T und für die Nischenstrahlen N entweder vor oder hinter dem Ventilsitz liegen, so daß der Brennstoffdurchtritt durch diese Bohrungen entweder abhängig oder unabhängig von. der Bewegung der Ventilnadel erfolgt. Eine Beeinflussung der Einspritzwirkung kann auch noch in der Weise geschehen, da.ß man: die Düsenbohrungen verschieden groß macht. Im Rahmen der Erfindung kann der Einspritzbeginn auch früher erfolgen, und zwar entweder kurz vor oder gerade bei oder unmittelbar nach dem Schließen des Auslasses.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Mit Fremdzündung arbeitende, gemischverdichtende Viertakt-Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Leichtbrennstoffen, z. B. Benzin., in mehreren Strahlen, wobei ein Teil des Brennstoffes in Strahlkegeln von verhältnismäßig großem Kegelwinkel und feinzerstäuhtem Zustand (Raumstrahlen) und ein anderer Teil in gebundenen, durchschlagskräftigen Strahlen (Ortsstrahlen) Eingespritzt wird, da.-durch gekennzeichnet, daß der oder die Raumstrahlen (R, K) im wesentlichen in Richtung auf die zur Fremdzündung dienenden Zündkerzen eingespritzt werden, wobei sie zugleich einen möglichst groe.en Teil des Brennraumes. bestreichen, und daß die Ortsstrahlen in die den Zündkerzen entfernt liegenden Teile des Brennraumes, vorzugsweise gegen besonders stark wärmebeanspruchte, zu kühlende Teile wie die Brennraumwandungen in der Nähe der Ventile, den Kolbenboden od. dgl., gespritzt werden. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch i mit je zwei im Zylinderkopf nebeneinander angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, dadurch gekennazeichnet, daß die Einspritzdüse (i) in der Zylinderwandung zwischen den. beiden Einlaßventilen (i i, i i) angeordnet ist und je einen seitlichen Ortsstrahl (N, N) gegen die z. B. nischenförmig vertieften seitlichen Brenn:ra.umwandungen (io, io) neben den beiden Einlaßventilen (ii, ii) liefert. 3. B-rennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen gegen: die Zündkerzen gerichtete Raumstrahl sich aus aus mehreren Zerstäuberdüsenbohrungen austretenden Einsp,ritzstrahlkegeln zusammensetzt und in seiner Gesamtheit einen derart weitwinkligen Einspritzstrahlkegel bildet, daß dieser Strahl zugleich die den Zündkerzen (18, 18) zunächst liegenden Ventile und die den Zündkerzen zunächst liegende Kolbenbodenzone trifft. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen die Zündkerzen. (18, 18) gerichtete Ortsstrahl von einem weitwinkligen Raumstrahl (K) umgeben wird. 5. Brennkra.ftmaschine nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (i) gegen die Zylinderachse geneigt angeordnet ist, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel von. etwa 2o° zu einer zur Zylinderachse senkrecht liegenden Querebene. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer um 2o° nach unten. geneigten Düse (i) zwei im wesentlichen nach unten gegen den Kolbenboden geneigte, seitwärts gerichtete und einen Winkel von etwa 55° einschließende Raumstrahlen (R) annähernd in einer Ebene liegen, welche unterhalb einer durch die Einspritzdüsenmündung gehenden und zur Zylinderachse senkrecht liegenden. horizontalen Querebene (H) geneigt liegt und mit dieser einen Winkel von annähernd 2o° einschließt, ein mittlerer, nach oben gerichteter Raumstrahl unter einem Winkel von 5° zu der Horizontalebene nach oben gerichtet ist, während ein Ortsstrahl um 75° zu dieser Ebene nach unten gerichtet ist und die übrigen beiden Ortsstrahlen. in der erwähnten Horizontalebene liegen und mit einer durch die Düsenachse gehenden Vertikalebene (V) einen Winkel von annähernd 7o° einschließen. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß deren Einspritzdüse einen Raumstrahl (R') sowie drei Ortsstrahlen (N, N, T) in einer solchen Verteilung einspritzt, daß bei einem Düsenneigungswinkel von 2o° zur Horizontalen zwei Ortsstrahlen (N, N) in einer durch die Einspritzdüsenmündurger gehenden und senkrecht zur Zylinderachse sich erstreckenden Querebene liegen und mit einer durch die Einspritzdüsenmümdung gehenden Vertikalebene (V) je einen Winkel von annähernd 70° einschließen, der dritte Ortsstrahl (T) unter einem Winkel von annähernd 75° zu einer Horizontalebene (H) nach unten gerichtet ist und der den Brennraum durchsetzende Raumstrahl (R') annähernd einen Strahlkegelwinkel von 45° aufweist, dessen obere Grenzstrahlen mit der erwähnten Horizontalebene (H) einen Winkel von annähernd a.,5° einschließen. B. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff nach beendigter Spülung entweder vor, bei öder nach Schluß des Auslasses eingespritzt wird. g. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung etwa 215° nach dem oberen Totpünkt des Arbeitskolbens und etwa 2o° nach dem Ausla,ßschluß im Saughub erfolgt, und zwar nach einer vorhergegangenen. weitgehenden Überdeckung von Einlaßbeginn und Auslaßschluß über einen Kurbelwinkel von 3o bis 70° io. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Raum- als auch die Ortsstrahlen durch die gleiche Düse eingespritzt werden, wo, bei beide Strahlarten entweder durch gesteuerte, sogenannte geschlossene oder auch durch offene Düsenbohrungen, vorzugsweise jedoch die Raumstrahlen durch geschlossen£ und die Ortsstrahlen durch offene Düsenbohrungen, eingespritzt werden.