DE927183C

DE927183C - Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE927183C
Application number: DED1559D
Authority: DE
Inventors: Jacob Popp
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1942-02-10
Filing date: 1942-02-10
Publication date: 1955-05-02

Description

Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschine, bei der Kraftstoff durch eine vorzugsweise kraftstoffgesteuerte Zapf endüse mit einem während des Öffnungshubes veränderlichen Kegelwinkel des Einspritzstrahles axial in die Vorkammer eingespritzt wird.
Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschinen, in Verbindung mit denen Zapfendüsen mit einem während des Öffnungshubes veränderlichen Kegelwinkel des Einspritzstrahles verwendet werden, sind bekannt. Während sich jedoch einerseits bei der konstruktiven Entwicklung von Einspritzbrennkraftmaschinen das Augenmerk bezüglich der Verbrennungseinleitung im ' wesentlichen .auf die, Ausibilldung,der Vorkammer richtete, ohnie die- Zusammenwirkung der Vorkammer mit Einspritzvorrichtungen besonders zu berücksichtigen, richtete sich bisher bei der Entwicklung der zur Einspritzung dienenden Einspritzdüsen das Interesse im wesentlichen auf die Ausbildung der Düsen selbst, ohne die für eine Düse beispielsweise besonders zweckmäßige Form einer zugehörigen Vorlcammer zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, durch eine besonders günstige gegenseitige Anpassung einer Vorkammerform einer Einspritzbrennkraftmaschine und einer vorzugsweise kraftstoffgesteuerten Zapfendüse mit einem während ihres Öffnungshubes veränderlichen Streukegel, der bei nur kleinem Öffnungshub groß und bei größerem Öffnungshub klein ist, eine besonders vollkommene Ausnutzung des in der Vorkammer befindlichen Luftvorrates zu einer wirksamen Zerstäubung des Brennstoffes, einer besonders kräftigen Ausblasung desselben in den Hauptbrennraum und schließlich Durchmischung desselben mit der im Hauptbrennraum befindlichen Luft zu bewirken.
Die Erfindung ist durch die Kombination folgender einzeln an sich bekannter Merkmale gekennzeichnet: a) Der durch die Düsenöffnung hindurchragende Zapfen ist gegenüber der Düsenöffnung derartig ausgebildet, daß bei Beginn des Öffnungshubes bzw. bei nur kleinem Öffnungshub der Kraftstoff in einem Streukegel mit großem Kegelwinkel und bei beendetem Öffnungshub in einem geschlossenen Kegel mit nur kleinem Kegelwinkel eingespritzt wird; b) die Vorkammer weist im Axialschnitt angenähert Herzform oder Kugelform mit zum Hauptbrennraum hin sich konisch verengenden und unmittelbar in den Durchtrittskanal übergehenden Wandungen auf.
Wird bei einer derartigen Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschine eine Zapfendüse mit einem nach außen öffnenden und gegenüber der Düsenöffnung kegelartig eingeschnürten Zäpfen- verwendet, so besitzt der Zapfen der Einspritzdüse in einer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig ähnlich bereits bekannten Ausführungen von der engsten Stelle der Einschnürung ab eine kegelförmige Erweiterung großen Kegelwinkels und daran anschließend einen zylindrischen. oder kegelförmigen Teil kleinen Kegelwinkels, wobei die Einschnürung des Zapfens zur Erzielung der gewünschten Streukegel zweckmäßig gegenüber der Düsenöffnung derart angeordnet ist, daß nach höchstens halbem Öffnungshub des Zapfens dessen Einschnürung derart in der Düsenöffnung verschwindet, daß die Austrittskante der Düsenöffnung nur noch mit dem zylindrischen oder kegelförmigen Teil kleinen Kegelwinkels des Zapfens zusammenwirkt. Um zu Beginn der Einspritzung möglichst in den dem Haüptbrennraum abgewandten Teil der Vorkammer einzuspritzen, beträgt der hierbei auftretende Kegelwinkel des Einspritzstrahles zweckmäßig in an sich bekannter Weise mindestens 125o.
Schließlich hat es sich als weiterhin günstig erwiesen, die Wandungen der Vorkammer in an sich bekannter Weise stetig, d.. ih. ohne scharfe Kanten, Ecken od. dgl, in einen düsenförmiige Gestalt aufweisenden Durchtrittsk .anal übergehen zu. blassen.
Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfin= dung an Hand von drei Abbildungen in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist. Es zeigt Abb. 1 einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf einer Vorkammer-Einsp.rntzbrennkraftmaschine, Abb. a und 3 Schnitte durch den Mündungsteil der Einspritzdüse in stark vergrößertem Maßstab,, wobei die Abb. a die Düse bei beginnendem Öffnungshub des Düsenventils und die Abb. 3 die Düse am Ende des Öffnungshubes des Düsenventils zeigt.
In -Abh. i ist a das Zylindhergehäuse, b der Kolben, c der Zylinderkopf mit einem Kühlwasserinantel d. In eine seitliche schräge Bohrung des Zylinderkopfes ist ein hülsenförmiges Einsatzstück e eingesetzt, welches zusammen mit einem weiteren die Einspritzdüse f umschließenden Einsatzstück g die im Axialschnitt etwa herzförmige Vorkammer h mit einem dem Hauptbrennraum abgewandten erweiterten Raumteil h1 und einem sich gegen den düsenförmigen Durchtrittskanal i konisch verengenden, dem Hauptbrennraum benachbarten Raumteil h2 besteht. Die Wandung des Raumteiles h2 geht hierbei unmittelbar in die Wandung des beiderseits abgerundeten, der Düse f gegenüber und in deren Achse liegenden Kanals i über.
Der Hauptbrennraum wird in bekannter Weise durch eine Kolbenmulde h gebildet, welche auf der Seite der Vorkammer ihre größte Tiefe besitzt und nach der gegenüberliegenden Seite flach ausläuft. Bei L ist ein Einlaß- bzw. ein Auslaßventil angedeutet, von denen je eines auf der der Vorkammer im wesentlichen gegenüberliegenden Seite des Zylinders vorgesehen sein kann.
Die Einspritzdüse ist als Zapfendüse mit einem nach außen öffnenden Düsenventil m ausgebildet. Anschließend an den im wesentlichen zylindrischen Teil n des Ventils mit dem kegelförmigen beweglichen Sitz o, welcher mit dem festen Ventilsitz p zusariimenwirkt, besitzt das Ventil einen sich durch die Düsenöffnung q hindurch bis in die Vorkammer erstreckenden Zapfen r, durch -welchen die Einspritzwinkel für den Brennstoff bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist der Zapfen in seinem der Mündungskante s der Düsenöffnung gegenüberliegenden Teil t bei geschlossenem bzw. wenig geöffnetem Ventil kegelförmig eingeschnürt und weist anschließend an die Einschnürung einen gegen die Vorkammer stark wachsenden Querschnitt auf, während der sich hieran anschließende Endteil u im wesentlichen zylindrisch bzw. schwach konisch ausgebildet ist.
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei Beginn des Einspritzhubes (Abb. a) prallt der durch den Düsenspalt q durchtretende Brennstoff gegen die Kegelfläche t des Nadelzapfens r auf umid wird an dieser in einem Kegelmantel mit dem Kegelwinkel a von mindestens 1a5° in den erweiterten Raumteil hl der Vorkammer reflektiert. Bei weiterem Anheben des Ventils wird die Mündungskante s der Düsenöffnung durch die Kante v zwischen dem stark kegeligen Teil t und dem schwach kegeligen Teil u des Zapfens übersteuert, so daß -bei voll geöffnetem - Ventil (Abb: 3) der Brennstoff unter einem spitzen Winkel ß in .den dem Hauptbrennraum benachbarten Teil lag der Vorkammer bzw. in den Durchtrittskanal i gespritzt wird. Der Übergang vom Spritzwinkel a zum Spritzwinkel ß wird hierbei mehr oder weniger allmählich stattfinden, so daß während dieses Überganges im wesentlichen der gesamte Luftraum der Vorkammer von den Brennstoffstrahlen bestrichen wird.
Der in den Vorkammerteil hl eingespritzte Brennstoff wird sich .zunächst entzünden, so daß hierauf der in den Vorkammerteil h2 eingespritzte bzw. in ihm vorgelagerte restliche Brennstoff durch die Drucksteigerung im hinteren Teil der Vorkammer in den Hauptbrennraum eingestäubt wird und in diesem eine innige Vermischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoff der im Hauptbrennraum befindlichen Luft stattfindet. Die Ausbildung der Vorkammer und die Düsenform des Durchtrittskanals gewährleistet hierbei eine möglichst verlustlose Entleerung der Vorkammer.
Im Leerlauf der Maschine wird sich das Düsenventil nur wenig öffnen (Abb. 2), so daß der Brennstoff im wesentlichen nur mit dem großen Kegelwinkel a in die Vorkammer eingespritzt wird. Dagegen ist es zum Anlassen zweckmäßig, das Leistungsregelglied (Gashebel) auf Vollast einzustellen, so daß das Düsenventil sich entsprechend Abb. 3 voll öffnet und Brennstoff unmittelbar bis in den Hauptbrennraum gelangen und sich dort entzünden kann. Zu diesem Zweck kann gegebenenfalls auch eine Kupplung der Anlaßvorrichtung mit dem Leistungsregelglied vorgesehen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Vorkammer-Einspiritzbrennkraftmaschine, bei der Kraftstoff durch eine vo,rztugsweise kraftstoffgesteuerte Zapfendüse mit einem während des Öffnungshubes veränderlichen X "egelwi.nkel des Einspritzstrahles axial .in die Vorkammer eingespritzt wird, gekennzeichnet durch die Ko@m'bination folgender einzeln .an sich bekannter Merkmale: a) Der durch die Düsenöffnung hindurchragende Zapfen ist gegenüber der Düsenöffnung derartig ausgebildet, d:aß bei Beginn des Öffnungshubes bzw. bei nu:rkleinem Öffnungshub der Kraftstoff in einem Streukegel mit großem Kegelwinkel und bei be@en@detem Öffnungshulb in einem geschloissenem Kegel mit nur :kleinem Kegelwinkel eingespritzt wird. b) Die Vorkammer weist im Axialschnitt angenähert Herzform oder Kugelform mit zum H.auptbrennraum hin sich konisch verengenden und unmittelbar in den Durahtrittskanal übergehenden Wandungen auf.
2. Vorkammer-Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch i mit einer Zapfendüse mit einem nach außen öffnenden und gegenüber der Düsenöffnung kegelartig eingeschnürten Zapfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen der Einspritzdüse von der engsten Stelle der Einsehnürung ab eine kegelförmige Erweiterung großen Kegelwinkels und daran anschließend einen zylindrischen oder kegelförmigen Teil kleinen Kegelwinkels besitzt.
3. Vorkammer-B@renn:kra:ftmaschine nach An-.spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach höchstens halbem Öffnungshub dies Düsenzapfens .dessen Einschnürung derart in der Düsenöffnung verschwindet, -daß die! Austrittskante der Düsenöffnung nur noch mit dem zylind@rischen oder kegelförmigen Teil kleinen Kegelwinkels,deis Zapfens zusammenwirkt.
4. Vorlcammer-B@rennkruftma;schine nach einem oder mehreren der Ansprüche r .bis 3, -dadturcih gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Einspritzstrahles in an sich bekannter Weise bei Beginn des öffnuugshubes des Düsenzapfens mindestens r25° beträgt.
5. Vorkammer-Brennkraftma:schine nach einem oder .mehreren der Ansprüche r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Vorkammer in an sich bekannter Weise stetig, d. h.. ohne .scharfe Kanten, Ecken od. dgl. in einen düsenförmige Gestalt aufweilserndien Du@rchtrittskana.l übergehen. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 712 655, 697 200, 627351, 58918o, 467883, 532013, 671686, 416 921; österreichische Patentschrift Nr. 141 364; französische Patentschrift Nr. 725 613; brntische Patentschriften Nr. 314 386, 486 133; USA.-Fatentsahrift Nr. 2 142 28o; Lester C. L iah t y, Iternal Combustion Engi.nes, New York und London, 1939, S. 245; Bekanntgemachte Unterlagen der Patentanmeldung G 98 o98 I a/46r2.