DE976633C - Einspritzbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einem achsgerecht im Kolben angeordneten, vorzugsweise als elliptischer Umdrehungshohlraum ausgebildeten Brennraum, dessen Öffnungsquerschnitt kleiner als der größte Raumquerschnitt ist und der in der inneren Kolbentotlage annähernd die gesamte Ladeluft aufnimmt, in der durch an sich bekannte Hilfsmittel, beispielsweise durch Abschirmung des Einlaßventils, eine um die Zylinderachse kreisende Strömung entsteht.
• Es ist bei Maschinen dieser Art bereits bekannt, den Brennstoff mittels einer zum Zylinder gleichachsigen und bei der. inneren Kolbentotlage in den Brennraum hineinragenden Einspritzdüse in mehreren, genau oder annähernd senkrecht zur Düsenachse gerichteten Teilstrahlen derart einzuspritzen, daß die Brennstoffstrahlen und die in den Brennraum einströmenden Luftstrahlen sich zweimal durchdringen, nämlich einmal ungefähr in Höhe des Öffnungsquerschnittes und ein zweites Mal im Innern des Brennraumes, und zwar an dessen äußerem Teil, auf den sie gerichtet sind. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß die bei Beginn des Verdichtungshubes noch vorhandene Luftdrehung allein um die Zylinderachse infolge der radialen Luftverdrängung durch den am Ende des Verdichtungshubes bis nahe an den Zylinderkopf anlaufenden Arbeitskolben innerhalb des Kolbenbrennraumes in eine zusammengesetzte Strömung umgewandelt wird, die in Form eines in sich geschlossenen Wirbelzopfes schraubenförmig umläuft. Diese Annahme trifft jedoch nach neueren sorgfältigen Versuchen nicht zu, vielmehr ergibt sich auch im Inneren des Brennraumes im wesentlichen nur ein Luftumlauf um die Brennraumachse, der infolge der Querschnittsverringerung mit größerer Geschwindigkeit stattfindet als der vorhergegangene Umlauf im Hubraum. Die Kreuzung zwischen Luft- und Brennstoffstrahlen, kann daher nicht die angestrebte Wirkung haben, sondern bringt die Gefahr ungeregelter Verbrennungsströmungen mit Vermischung von unverbranntem-Brennstoff, Abgasen und unverbrauchter Luft mit sich. Dazu tritt die -Verkokungsgefahr der vorspringend angeordneten Einspritzdüse infolge überhitzung sowie die Schwierigkeit der Herstellung von Mehrlochdüsen überhaupt, die durch die Kleinheit der Bohrungen bedingt ist, und die auf dieselbe Ursache zurückzuführende Ungewißheit bezüglich des gleichmäßigen Abspritzens aus den einzelnen Bohrungen.
• Erfindungsgemäß werden diese Nachteile an einer Maschine der vorausgesetzten -Art dadurch vermieden, daß bei innerer Kolbentotlage die Einspritzdüsenöffnung außerhalb des Brennraumes liegt und in die Randzone des genannten Öffnungsquerschnitts und in einem spitzen - Winkel zur Ebene dieses Öffnungsquerschnitts und tangential zu.einem.-zur Kolbenachse konzentrischen Zylindermantel derart gerichtet ist, daß der Brennstoff in der gleichen Richtung wie die in, dem Brennraum kreisende Luft in den hinterschnittenen -Teil ,des Brennraumes eingespritzt wird. Die sich hieraus ergebenden Strömungsvorgänge sowie bauliche Sondervorteile der Gesamtanordnung gemäß der Erfindung werden noch - an Hand eines Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
• Bei Wirbelkammermaschinen mit einem im Kolbenboden vorgesehenen kugel- oder zylinderförmigen Brennraum und mit einem schräg und tangential zu diesem Raum, also außermittig-liegenden engen Kammerhals ist es zwar schon vorgeschlagen worden, die Einspritzdüse derart im Zylinderkopf anzuordnen, daß der Brennstoff im Mitstrom mit der den Halskanal durchströmenden Luft eingeführt wird. Bei derartigen Maschinen wird jedoch der Luftumlauf im Brennraum allein durch die seitliche Halsanordnung herbeigeführt; daher ergibt die starke Drosselung des ein- und ausströmenden, fast- die gesamte Gasladung der Maschine umfassenden Brennrauminhaltes durch den mit Rücksicht auf diese Strömungserzeugung notwendigerweise sehr kleinen Halsquerschnitt erhebliche Energieverluste, die sogenannten »Pumpverluste«, die sich in ungünstigen Brennstoffverbrauchszahlen äußern, und schließlich werden die brennend aus der Wirbelkammer austretenden Gase durch den mit der Einspritzdüse gleichgerichteten Halskanal unmittelbar auf die Düsenmündung hin geleitet,-.die somit der.Überhitzungsgefahr ausgesetzt ist. Mit einer solchen bereits gattungsmäßig von der Maschine gemäß der Erfindung abweichenden Bauart sind somit Nachteile verbunden, die hier ebenfalls vermieden werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. z einen Hauptlängsschnitt durch den oberen Zylinderteil und unteren Zylinderkopfteil einer Viertaktmaschine mit innerer Totlage des Arbeitskolbens, Abb. 2 eine Draufsicht auf den Kolben und auf die vom Zylinderdeckel losgelöst gedachte Einspritzdüse.
• Es bezeichnet a den Zylinder, b den Kolben, c den Kolbenbrennraum, d den Zylinderkopf, e das Einlaßventil, f den die Drehung der eintretenden Luft erzeugenden Ventilschirm, g das Auslaßventil und 1a die Einspritzdüse.
• In Abb. 2 bezeichnen außerdem die Pfeile x die Kreisströmung der Luft um die Zylinderachse bei Beginn, die Pfeile y die Zuströmungsrichtung der Luft zur -Brennraumöffnung gegen Ende des Verdichtungshubes.
• Die durch das Ventil e eintretende Luft wird in bekannter Weise während des gesamten Saughubes mittels des Schirmes f in die Kreisströmung gemäß den Pfeilen x der Abb-. 2 versetzt. Diese Strömung wird im Verlaufe des Verdichtungshubes infolge der Verdrängerwirkung des Arbeitskolbens in ebenfalls bekannter Weise mehr und mehr -und schließlich gegen Ende des Verdichtungshubes, wobei die Verdrängerwirkung am stärksten- ist,- vollständig - in die zum kreisförmigen Öffnungsquerschnitt des Brennraums c tangentiale Richtung gemäß den Pfeilen y der-Abh. 2 umgewandelt.
• Der Kolbenbrennraum c weist die Form eines liegenden Umdrehungsellipsoides auf, von dem zwecks Bildung einer verhältnismäßig weiten, praktisch drosselfreien,. -aber stark hinterschnittenen Halsöffnung. eine sehr niedrige Haube abgeschnitten ist. Die während des. Verdichtungshubes in diesen. Raum hinein verdrängte Luft läuft darin mit sehr hoher, durch die Querschnittsverminderung gegenüber dem Hubraum noch gesteigerter Geschwindigkeit um die Raumachse um. Etwa vom Beginn der Höchstwerte dieser Drehgeschwindigkeit an wird der Brennstoff mittels der Düse 1a eingespritzt, die in der - gestrichelt dargestellten -Projektion nach Abb. r unter einem spitzen Winkel geneigt zur Zylinder- und Brennraumachse, in der Projektion nach Abb. 2 außermittig zu dieser Achse und etwa tangential zu der kreisförmigen Brennraumöffnung angeordnet ist, derart, daß der Brennstoffstrahl im Mittel die gleiche Richtung wie die in den Raum c hinein verdrängte Luft aufweist und in den hinterschnittenen Teil diese Raumes eindringt, wo er von der rasch umlaufenden Luft erfaßt wird. Dieses »Verwehen« des Brennstoffes ist in der Zeichnung durch die gebogene Form der einzelnen Strahlen angedeutet.
• Hierbei ergibt sich, wie schon angedeutet, der Vorteil, daß eine der handelsüblichen Einspritzdüsen, insbesondere eine-_Zapfendüse oder eine Flachsitzdüse, verwendet werden kann. Bei solchen Düsen weist der Brennstoffstrahl eine Ausbreitung auf, die es gestattet, im vorliegenden Falle von vornherein einen so umfangreichen Teil des Brennraumes mit Tröpfchen zu durchsetzen, daß im Verein mit der geordneten Verbrennungsströmung eine praktisch vollständige Gleichmäßigkeit der Brennstoffverteilung auf die gesamte, im Brennraum enthaltene Ladeluftmenge und somit auch ein restloser Verbrauch dieser Luft erzielt wird. Die Einspritzdüse ist ferner in vorteilhafter Weise ganz im gekühlten Zylinderkopf angeordnet und kann sogar in bekannter Weise leicht zurückgezogen in diesem liegen, so daß jede Überhitzungsgefahr infolge mangelhafter Wärmeableitung oder unmittelbarer Flammenberührung, die bei vorspringend gebauten Düsen bekannter Maschinen vorliegt, wegfällt. Die außermittigeDüsenlagegestattet ferner die Anordnung eines besonders großen Einlaßventils, ohne daß dieses die Zylinderbohrung zu übergreifen braucht und somit Ventiltaschen vorgesehen werden inüßten. Eine solche Ventilvergrößerung ist als Ausgleich für die Verminderung des Spaltquerschnittes durch den Ventilschirm von erheblicher Bedeutung, vornehmlich für neuzeitliche Schnelläufer.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einspritzbrennkraftmaschine mit einem achsgerecht im Kolben angeordneten, vorzugsweise als elliptischer Umdrehungshohlraum ausgebildeten Brennraum, dessen Öffnungsquerschnitt kleiner als der größte Raumquerschnitt ist und der in der inneren Kolbentotlage annähernd die gesamte Ladeluft aufnimmt, in der durch an sich bekannte Hilfsmittel, beispielsweise durch Abschirmung des Einlaßventils, eine um die Zylinderachse kreisende Strömung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei innerer Kolbentotlage die Einspritzdüsenöffnung (h.) außerhalb des Brennraumes liegt und in die Randzone des genannten Öffnungsquerschnittes und in einem spitzen Winkel zur Ebene dieses öffnungsquerschnittes und tangential zu einem zur Kolbenachse konzentrischen Zylindermantel derart gerichtet ist, daß der Brennstoff in der gleichen Richtung wie die in dem Brennraum (c) kreisende Luft in den, hinterschnittenen Teil des Brennraumes eingespritzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 201 049, 455 626, 500 229, 501517, 553 705, 564 358, 609 737; österreichische Patentschrift Nr. 15761g; schweizerische Patentschrift Nr. 175 433; französische Patentschriften Nr. 618699, 710975, 754474, 784663, 8o5 2o i ; britische Patentschriften Nr. 394 403, 400 229, 508192, 521 147, 638 583, 643 351 USA.-Patentschrift Nr. 2 o61826; Deutsche Kraftfahrtforschung, 1939, Heft 24, S. i bis B. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 749 607.