DE967269C

DE967269C - Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes

Info

Publication number: DE967269C
Application number: DEM17120A
Authority: DE
Inventors: Hans Seifert
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1953-01-25
Filing date: 1953-01-25
Publication date: 1959-03-26

Description

Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende ßremkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes gegen. Ende des Verdichtungshubes in eine im Kolbenboden vorgesehene wannenförmige Mulde.
Um eine gute Verwirbelung der Luft und damit eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes und ein gutes zündfähiges Gemisch im Verbrennungsraum von Brennkraftmaschinen zu erhalten, ist es bekannt, entweder im Zylinderdeckel entsprechend. geformte Ausnelunungen vorzusehen oder im Kolbenboden geeignete Mulden anzuordnen.
Die bisher für eine bessere Aufbereitung des Brennstoffes im Kolben angebrachten Mulden sind jedoch durchwegs derart ausgebildet, daß sowohl deren Breite als auch deren Tiefe sich von der Einspritzdüse weg in. Richtung des eingespritzten Brennstoffstrahles, vergrößert. Die Anordnung der Einspritzdüse in Bezug zur Mulde ist dabei in der Regel so getroffen., daß die Düse sich vorzugsweise am Schnittpunkt der Längsmittelachse mit dem Muldenrand befindet. Derartig ausgebildete Mulden ergeben aber keine wesentliche Verbesserung der Kraftstoff-Luft-Durchmischung. Beim Auftreffen des eingespritzten Brennstoffstrahles auf die der Düse gegenüberliegende steile Wand der Mulde setzen sich nämlich die Brennstofftröpfchen des Strahlkernes an der Wand fest, wodurch die für eine gute Verbrennung erforderliche, möglichst vollständige Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft stark behindert ist, da sowohl der Kraftstoff als auch die Luft für sich getrennte Räume einnehmen. Eine Vermischung vollzieht sich demnach lediglich während der Zeitspanne, in welcher die Luft zwangläufig durch den hochgehenden Kolben aus dem sich immer mehr verringernden Zylinderraum in die Mulde gepreßt wird. Die für die Mischung zur Verfügung stehende Zeit ist demnach äußerst kurz, wodurch die Aufbereitung wesentlich behindert wird. Der Vorgang der schlechten Mischung wird überdies bei den bekannten Kolbenmulden durch die fehlende Luftbewegung im Brennraum unterstützt. Aber selbst bei Verwendung von eine rotierende Bewegung der Luft im Brennraum erzeugenden Mitteln wird eine merkbare Verbesserung nichterreicht. Das Ziel der Erfindung ist, bei einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine mit zwei Ventilen und einer seitlich angeordneten, schräg zum Verbrennungsraum geneigten Düse: den in eine im Kolbenboden vorgesehene Mulde eingespritzten Kraftstoffstrahl derart dem angesaugten Luftwirbel unterzuordnen, daß eine bestmögliche Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum erhalten wird.
Erfindungsgemäß wird, dies dadurch erreicht, daß die Tiefe und Breite der Kolbenmulde in Richtung des eingespritzten Brennstoffstrahles mit zunehmender Entfernung von- der Düse sich verringern und der Brennstoffstrahl parallel oder annähernd parallel zu einer Längskante der Kolbenmulde in der Nähe des. Muldenrandes verläuft, während die Verbrennungsluft z. B. mittels eines an sich bekannten Wirbelschirmes am Einlaßventil in Rotation um die Zylinderachse im Sinne des eingespritzten. Brennstoffstrahles. versetzt wird. Die Mulde erstreckt sich dabei über den, Großteil der beiden Ventilbereiche. Die breitere und tiefere Hauptmulde ist dabei in der kälteren Temperaturzone exzentrisch zum Einlaßventil angeordnet, während, sich die flachere, einen stetigen Übergang von der Hauptmulde bildende Nebenmulde in Richtung des einzuspritzenden Strahles anschließt und sich bis unterhalb des Aus.laßventils erstreckt.
Durch eine derartige Ausbildung der Mulde und Anordnung der Düse wird der eingespritzte Brennstoff vom Augenblick der Einspritzung an aus der Mulde gedrückt, so daß ein wesentlich längerer Zeitraum für die Vermischung zur Verfügung steht.
Die an der einen Längsseite am Muldenrand angeordnete Düse ermöglicht es überdies, daß die Kraftstoffteilchen durch die Umlenkung am flachen Muldenrand zwangläufig die gleiche Bewegungsrichtung wie die durch beispielsweise Wirbelschirme in Rotation versetzte, eintretende Luft erhalten, wodurch eine weitere Verbesserung des Mischvorganges erzielt wird. Durch die gegenseitige Anordnung vors Düse und Mulde wird selbst ein eventuell in der Mulde verbleibender Rest des Brennstoffstrahles in. rotierende Bewegung versetzt und bei Annäherung des Kolbens an den oberen. Totpunkt beim Eintreten, des bereits vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemisches in die Mulde infolge der gleichsinnigen Rotation von Gemisch und restlichem Brennstoff zur Aufbereitung herangezogen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken demnach eine restlose Vermischung von Kraftstoff und Luft und damit eine bessere Verbrennung und eine höhere Leistung bei geringerem Verbrauch.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit der Einspritzdüse, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. i, Fig. 3 eine Draufsicht i.uf den Kolbenboden, Fig. 4 einen Schnitt durch die Kolbenmulde nach Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt durch die Kolbenmulde nach Linie V-V der Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt durch die Kolbenmulde nach Linie VI-VI der Fig. 3 und Fig. 7 einen Schnitt durch die Kolbenmulde nach Linie IV-IV der Fig. 3 in anderer Ausführung.
In den Figuren ist mit i der Kolben, mit 2 das Einlaß- und mit 3 das Auslaßventil bezeichnet, während bei 4 die Einspritzdüse angedeutet ist. Im Kolbenboden ist die wannenförmige Kolbenmulde 5 ausgenommen, die aus einer tieferen. Mulde 6 in Form einer Viertelkugel und einer flacheren Mulde 7 besteht, die stetig ineinander übergehen. Die tiefere Mulde 6 weist gleichzeitig einen größeren Durchmesser auf, während die flachere Mulde 7 im Durchmesser kleiner gehalten ist. Die Hauptmulde 6 ist dabei derart exzentrisch zum Einlaßventil 2 und zur Düse 4 angeordnet, daß der Kraftstoffstrahl 8 entlang der, einen Längskante g der Mulde geführt wird, und; zwar im Gleichstrom mit dem bei io angedeuteten Luftwirbel. Letzterer wird beispielsweise erhalten durch Anbringen eines sogenannten Wirbelschirmes i i bekannter Bauart am Einlaßventil 2. Da der Strahllänge, bei der Aufspaltung des Kraftstoffstrahles eine große Bedeutung zukommt, wurde die Hauptkolbenmulde 6 in Richtung des eingespritzten Brennstoffstrahles durch eine Nebenmulde 7 verlängert. Durch. den schrägem. Übergang zwischen den beiden Mulden ist genügend Ausweichraum für den umgelenkten Strahl vorhanden. Es wurde ferner gefunden, duß sich. die Umlenkung möglichst im Bereich der Hauptluftbewegung und in angenäherter Richtung derselben vollziehen soll.. Durch diese Anordnung wird. durch den, umgelenkten Kraftstoffstrahl in Verbindung mit der gleichgerichteten Luftbewegung, entstehend durch die Kolbenbewegung zum oberen Tatpunkt, beim Einströmen in das Muldeninnere dem Gemisch zusätzlich ein Drall verliehen, der eine verbesserte Gemischbildung zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Mulde besteht in, ihrer einfachen Formgebung und den damit bedingten, geringen inneren Strömungsverlusten. Der schräge Übergang von der Hauptmulde in Richtung zum Kolbenboden zwingt zu einem Ausbreiten des auftreffenden Kraftstoffstrahles, wodurch gleichzeitig durch die Verengung dieses Raumes in, der Nähe des oberen Totpunktes der Wärmeübergang von der Verbrennungsluft auf den. Kraftstoff gefördert und der Zündverzug herabgesetzt wird. Die Mulde ist außerdem so ausgebildet, daßi der Strahl in einem. möglichst flachen Winkel auftrifft, damit geringe Strömungsverluste: eintreten. Gleichzeitig wird. die Auftreffstelle des Brennstoffstrahles möglichst unterhalb oder in die Nähe des Au.slaßventils gelegt, um die Kraftstoffaufbereitung durch die dort herrschenden höheren Temperaturen zu begünstigen. Umgekehrt wird die Hauptmulde unterhalb. oder in die Nähe des Einlaßventils gelegt, damit durch diese Luft-au.fteilung in, der Zone der niederen Temperaturen der Liefergrad günstig beeinflu:ßt wird. Durch den schrägen Übergang von der Haupt- zur Nebenmulde ist außerdem ein günstiges Abströmen der Abgasreste und ein yollständiges Entleeren des Brennraumes, sichergestellt: Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, besteht die Kolbenmulde nach dieser Ausführungsform- im wesentlichen nur aus der viertelkugeligen Hauptmulde 6, während: die Nebenmulde 7 durch den direkten Übergang der Hauptmulde zum Kolbenboden gebildet wird. In Fig. 7 ist eine andere Art der erfindungsgemäßen Mulde gezeigt, und zwar besteht die: Mulde nach Fig. 7 in der Längsrichtung aus einer Hauptmulde in Form einer Viertelkugel und einer ungefähr ein. Drittel der Tiefe der Hauptmulde aufweisenden Nebenmulde 7.
Ein Beweis für die gute. Luftdurchwirbelung ist die geringe Ganghärte des Motors mit der erfindungsgemäßen Kolbenmulde, die der einer Vorkammermaschine ähnelt. Die oben beschriebene Kolbenmulde ist jedoch nicht ^.uf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auch. bei Brennkraftmaschinen mit Auflad.ung vorteilhaft zu verwenden. Ebenso kann eine derartige Kolbenmulde bei Zylindern mit vier Ventilen vorgesehen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes in eine im Kolbenboden vorgesehene wannenförmige Mulde, dadurch gekennzeichnet, daß sich Tiefe und Breite der Kolbenmulde (5) in Richtung des eingespritzten Brennstoffstrahles (8) mit zunehmender Entfernung von der Düse (4) verringern und der Brennstoffstrahl (8) parallel oder annähernd parallel zu- einer Längskante (9) der Kolbenmulde (5) in der Nähe des Muldenrandes verläuft, während die Verbrennungsluft z. B. mittels eines an sich bekannten Wirbelschirmes (l i) am. Einlaßventil (2) in Rotation um die Zylinderachse im Sinne des eingespritzten Brennstoffstrahles (8) versetzt wird..
2. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d,aß die Mulde (5) aus einer Hauptmulde (6) in Form einer Viertelkugel und einem daran anschließenden stetigen Übergang (7) zum Kolbenboden besteht.
3. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (5) aus einer Hauptmulde (6) in Form einer Viertelkugel und, einer flacheren Nebenmulde (7) mit einem dazwischenliegenden stetigen Übergang besteht.
4. Luftverdichtende B.rennkraftmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptmulde (6) im wesentlichen. unterhalb oder in der Nähe des Ei.nlaßventils (2) und das Ende der Mulde unterhalb oder in der Nähe des Auslaßven.tils (3) angeordnet ist.
5. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand der Hauptmulde (5) in der Höhe des eintretenden Strahles. (8) gelegen ist.
6. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) an oder in der Nähe der breitesten Stelle der Mulde (5) angeordnet. ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 713 618, 65o 635. 697 366; Auslegestück der Patentschrift N r. 873 772; französische Patentschrift Nr. 7466oi; britische Patentschriften Nr. 415 976. 565 377, 534688, 508192, 522313, 546 5oo, 608728, 6o9832.