DE969835C

DE969835C - Luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE969835C
Application number: DEM12806A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Helmut Mueller
Original assignee: MODAG MOTORENFABRIK DARMSTADT
Current assignee: MODAG MOTORENFABRIK DARMSTADT
Priority date: 1952-02-03
Filing date: 1952-02-03
Publication date: 1958-07-24

Description

Luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung und vom Kolben gesteuerten Einlaßschlitzen sowie neben dem Zylinder liegendem Brennraum und diesen unten begrenzendem Auslaßventil. Um den Rauminhalt des Brennraumes, der im wesentlichen durch den Durchmesser und den Hub des Auslaß-. ventils bestimmt wird, im Hinblick auf den Dieselbetrieb klein zu halten, muß der Arbeitskolben möglichst nahe an den Zylinderkopf heranlaufen, so daß die gesamte Verbrennungsluft von dem seitlichen Brennraum aufgenommen wird. Die Einspritzdüse ist parallel zur Zylinderachse im Zylinderkopf angeordnet.
Es ist bei einer derartigen Zweitaktbrennkraftrnaschine bereits vorgeschlagen worden, das Einspritzventil entweder als Mehrlochdüse auszubilden, die in der Achse des Auslaßventils angeordnet ist, oder als Einloch- oder Fächerdüse, die seitlich im Brennraum vorgesehen ist und tangential in den Brennraum einspritzt. Hierbei wird der Brennstoff in Richtung der Luftströmung eingespritzt. Solange die Geschwindigkeit der in den Brennraum überströmenden Luft groß ist, kann noch eine gute Durchmischung des Brennstoffes mit der Luft erfolgen. Diese Geschwindigkeit wird von der Weite der Durchgangsöffnung vom Zylinderraum zum Brennraum beeinflußt. Ist dieser groß, so ist die Überströmgeschwindigkeit geringer, und die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, insbesondere für derartige Verhältnisse eine Verbesserung der Mischung von Luft und Brennstoff zu erzielen. Bei Viertakt-Dieselmotoren ist es bekannt, den Brennstoffstrahl nicht nur in Richtung der in einen seitlichen Verbrennungsraum einströmenden Luft zu spritzen, sondern etwas geneigt dazu, d. h. mit einer kleinen Querkomponente. Die Luftgeschwindigkeiten sind bei einer Viertaktmaschine aber größer, weil mehr Zeit für den Ladungswechsel zur Verfügung steht und der Übergang zum Brennraum zur Erzielung. hoher Geschwindigkeiten verengt sein kann. Es ist ferner bei Vorkammermotoren bekannt, den Brennstoffstrahl quer zur Luftströmung einzuspritzen.
Einem anderen bekanntgewordenen Vorschlag zufolge ist bei einer Viertakt-Dieselmaschine mit neben dem Zylinder gelegenem Brennraum und von unten in diesen hineinragenden Einlaß- und Auslaßventilen die Einspritzdüse, und zwar eine Schleierdüse, am Übergang vom Zylinderraum zum Brennraum angeordnet, so daß an dieser Übergangsstelle ein Schleier gebildet wird, der zur Vermischung durch die in den Brennraum übertretende Luft von dieser in den Brennraum mitgerissen wird. Diesen Schleierdüsen, die einen ebenen Schleier durch strahlenförmige Ausspritzung erzeugen, haften insofern gewisse Nachteile an, als diese feine Ausspritzung oft durch geringe Verunreinigungen ungleichmäßig ist und somit örtliche Brennstoffanhäufungen auftreten. Außerdem spritzt diese Düse in einem gewissen Bereich gegen die Luftströmung, wobei durch die entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen mit der hierbei eintretenden Bremswirkung ebenfalls örtliche Brennstoffanhäufungen auftreten können.
Auch noch ein anderer Punkt ist zur Erreichung einer guten Durchmischung zu berücksichtigen. Die Durchgangsöffnung zwischen dem Verbrennungsraum und dem Zylinder wird querschnittsmäßig durch den Ladungswechsel bestimmt. Bei Zweitaktmotoren muß dieser Querschnitt im Gegensatz zu Viertaktmotoren besonders groß sein, da der Ladungswechsel über rund 12o° Kurbelwinkel und mit verhältnismäßig niedrigen Drücken und oft sehr großen Mengen durchgeführt werden muß. Dadurch entstehen Verbrennungsräume mit weiten Öffnungen. Entsprechend den großen Querschnitten sind auch die auftretenden Luftgeschwindigkeiten gering, und zwar wesentlich geringer als bei Viertaktmotoren. Es muß daher bei Zweitaktbrennkraftmaschinen mit einer besonders günstigen Strahlverteilung auf den Verbrennungsraum gearbeitet werden, um gewissermaßen auf statischem Wege die Verbrennungsluft zu erfassen.
Diese unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten schaffen bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine gegenüber einer Viertaktmaschine andere Voraussetzungen. Im Übergang vom Zylinder zum Brennraum angeordnete Schleierdüsen gemäß der zuletzt erwähnten Art lassen sich wohl bei Viertaktmotoren verwenden; bei Zweitaktmotoren wird dagegen hierdurch keine gute und vollständige Durchmischung erreicht, da die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu gering und ferner auch die zur Verfügung stehende Zeit zu kurz ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer luftverdichtenden Zweitaktbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung und mit vom Kolben gesteuerten Einlaßschlitzen sowie. mit neben dem Zylinder liegendem Brennraum und diesen von unten begrenzendem, stehendem Auslaßventil, bei welcher der Arbeitskolben bis unmittelbar an den Zylinderkopf heranläuft und dabei der Brennstoff mittels einer parallel zur Zylinderachse im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse in Richtung der Luftströmung eingespritzt wird, vorgeschlagen, die in an sich bekannter Weise am Übergang vom Zylinderraum zum Brennraum angeordnete Brennstoffdüse mit weiteren einzelnen Bohrungen zu versehen, durch welche Brennstoff quer zur Luftströmungsrichtung eingespritzt wird und somit im Übergang vom Zylinder in den Brennraum ein Querschleier entsteht, der von der überströmenden Luft in den Brennraum mitgerissen wird, wobei der Querschnitt der einzelnen Düsenbohrungen so gewählt ist, daß derBrennstoff imBrennraum möglichst gleichmäßig verteilt wird.
Ein wesentlicher Punkt der für Zweitakt-Dieselmotoren vorgeschlagenen Einspritzung besteht somit darin, daß gleichzeitig mit einem direkten Strahl in Längsrichtung auch ein wirkungsvoller Querschnitt erzeugt wird. Dabei erfaßt der direkte Strahl die der Düse entfernt liegenden Teile des Brennraumes und sorgt in diesen Teilen für eine gute Durchmischung. Dieser Strahl wird vorzugsweise direkt auf die Gegenwand gerichtet, so daß an dieser Stelle eine Prallzerstäubung mit den bekannten Vorteilen einer besonders wirkungsvollen Durchmischung erzielt wird. Der im vorderen Bereich des Brennraumes gleichzeitig aufgebaute Querschnitt wird durch die übertretende Luft mitgenommen, und zwar in den vorderen Bereich des Verbrennungsraumes. Da die hinteren Teile des Brennraumes von dem direkten, in Längsrichtung verlaufenden Strahl bestrichen werden, braucht der Querschleier von der übertretenden Luft nur in den vorderen Bereich hineingeweht zu werden. Hierfür ist die an sich bei solchen Zweitakt-Dieselmaschinen der beschriebenen Art vorhandene geringe Luftströmung voll ausreichend. Die vorgeschlagene besondere Einspritzart gewährleistet somit auch unter den gegebenen schwierigen Bedingungen, die diesen Maschinen anhaften, eine gute Durchrnischung von Kraftstoff und Luft und damit ein einwandfreies Kraftstoffgemisch.
Weiterhin sollen die Strahlachsen möglichst Normale zu den Raumwandungen sein, d. h. unter 9o° auf die Wandungen treffen, da auf diese Weise die beste Prallzerstäubung erreicht wird. Es werden also folgende Hilfsmittel zur Gemischaufbereitung von der Düse angewendet: Strahlaufteilung entsprechend der Verbrennungsraumform, Strahlen in Richtung der Luftströmung, Strahlen quer dazu, Prallzerstäubung und Auswahl der Düsenbohrungen entsprechend der Strahllänge und der Brennstoffmenge.
In den Abbildungen ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Gewählt wurde eine Dreilochdüse in der durch die Zylinderachse gehenden Symmetrieebene des Brennraumes, die aber zur besseren Erfassung des Verbrennungsraumes auch noch mehr Bohrungen erhalten kann.
Die Abb. i stellt einen Querschnitt und die Abb.2 die Draufsicht auf einen Zylinder mit Kolben und Auslaßventil dar.
Beim Aufwärtsgang des Kolbens 2 im Zylinder i wird die Luft in den Verbrennungsraum 3 übergeschoben. Dadurch entsteht eine Strömung, wie sie durch die beiden Pfeile a in Abb. 2 angedeutet ist. Der Brennstoffstrahl 5 der Düse 4 läuft mit dieser Strömung, während die beiden Strahlen 6 quer dazu gerichtet sind. Die letzteren werden durch die Luftströmung in das Innere des Verbrennungsraumes hineingeweht, wie es die beiden Pfeile b andeuten, während der erstere durch das Aufprallen in der Rundung des Verbrennungsraumes nach beiden Seiten in Richtung der Pfeile c abgelenkt wird. Durch diese gegenläufige Bewegung wird der Raum zwischen den Brennstoffstrahlen erfaßt. Ist das mit drei Strahlen nicht möglich, so muß die Düse noch weitere, vorzugsweise fünf Bohrungen erhalten. Jedoch ist durch die beschriebene Ausnutzung der Luftbewegung und der Prallwirkung in den meisten Fällen mit drei Strahlen auszukommen. Häufig empfiehlt es sich dabei, die mittlere, in der Symmetrieebene des Brennraumes verlaufende Düsenbohrung größer auszuführen als die beiden seitlichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Brennstoffdüse (4) weitere einzelne Bohrungen besitzt, durch welche Brennstoff quer zur Luftströmungsrichtung eingespritzt wird und somit im Übergang vom Zylinder in den Brennraum (3) ein Querschleier entsteht, der von der überströmenden Luft in den Brennraum mitgerissen wird, wobei der. Querschnitt der einzelnen Düsenbohrungen so gewählt ist, daß der Brennstoff im Brennraum (3) möglichst gleichmäßig verteilt wird.
2. Luftverdichtende 7.weitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Dreilochdüse in der durch die Zylinderachse gehenden Symmetrieebene des Brennraumes (3), wobei die Achse der einen Bohrung in der Symmetrieebene des Brennraumes (3) und etwa in Richtung der Luftströmung verläuft, während die Achsen der beiden übrigen, beiderseits der Brennraum-Symmetrieebene angeordneten Bohrungen senkrecht zu den seitlichen Brennraumwänden verlaufen.
3. Luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der in der Symmetrieebene des Brennraumes (3) verlaufenden Düsenbohrung größer ist als der der übrigen Bohrungen.
4. Luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den drei Bohrungen der Düse (4) noch weitere Bohrungen angebracht sind. i. Luftverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung und vom Kolben gesteuerten Einlaßschlitzen sowie neben dem Zylinder liegendem Brennraum und diesen unten begrenzendem, stehendem Auslaßventil, bei welcher der Arbeitskolben bis unmittelbar an den Zylinderkopf heranläuft und dabei der Brennstoff mittels einer parallel zur Zylinderachse im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse in Richtung der Luftströmung eingespritzt wird. dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise am Übergang vom Zylinderraum zum Brennraum (3) angeordnete In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 635 716, 767 172, 696 077, 704 259 deutsche Patentanmeldungen E43547Ia/46a2, O i8o Ia/46a2, M27oo Ia/46a2; französische Patentschriften Nr.942 5 i0, 843 6o6, 786 9i2; britische Patentschrift Nr. 625 947; Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ), 1939, S. 539 bis 541; Naca-Bericht-Sammlung des Flugsports, 1936, SS.14-