DE1032597B

DE1032597B - Einspritz-Brennkraftmaschine mit im Kolben liegendem Verbrennungsraum

Info

Publication number: DE1032597B
Application number: DEO4275A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Gehrmann
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH; Luebecker Maschinenbau GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH; Luebecker Maschinenbau GmbH
Priority date: 1955-05-13
Filing date: 1955-05-13
Publication date: 1958-06-19

Description

Einspritz-Brennkraftmaschine mit im Kolben liegendem Verbrennungsraum I?s sind bereits Brennkraftmaschinen mit Luftverdichtung und Selbstzündung entwickelt worden, bei denen der Verbrennungsraum vornehmlich im Kolben untergebracht ist. Es sind des weiteren Ausführungen bekannt, die diesem Verbrennungsraum kugelartige Gestalt gegeben haben und bei denen die Öffnung im Kolbenboden kleiner oder auch gleich dem Durchmesser des Hohlraumes ist, wie auch die Lage gegenüber der Zylinderachse konzentrisch oder exzentrisch angeordnet wurde, wobei mitunter die Achse dieser Verbrennungsräume mit der Achse des Einspritzstrahles zusarnmenfällt.
Die Anordnungen dieserArt gehen sogar so. weit, daß auch bei schräg im Zylinderkopf untergebrachter Einspritzdüse die Strahlachse durch die Verbrennungsraumachse verlängert wird. Damit ist aber ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungen herausgestellt, das darin zu sehen ist, daß der Einspritzstrahl so in den Verbrennungsraum eingeführt wird, daß eine möglichst innige Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft erreicht wird, und zwar im Innern des Verbrennungsraumes, der im Kolben untergebracht ist. Es ist aber auch vorgeschlagen worden. den Strahl so zu führen, daß er gleichsinnig mit der Strömungsrichtung der Luft an den Wandungen als dünner Film verteilt aufgebracht und beim Ablösen von der Wandung durch die einströmende Luft in Dampfforrn sich mit dieser vermischt und verbrannt wird.
Auch die Ausführung von Brennräumen im Kolben, die aus einem zylindrischen Hals und einem sich anschließenden Hohlraum mit in Längsrichtung trapezförmigern Querschnitt gebildet werden, ist bekannt. Die Einspritzdüse liegt ebenfalls schräg im Zylinderkopf. und die Längsachse des Brennraumes ist gegenüber der Zylinderachse zur Einspritzdüse hin versetzt. Die Einspritzdüse ist aber so weit herangeführt, claß sie innerhalb des Halses des Hohlraumes liegt. Erfolgt dann außerdem noch die Einspritzung fächerförmig bzw. mittels einer Anzahl von Strahlen. so soll durch diese Anordnungen ebenfalls ein inniges Mischen des eingespritzten Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft erreicht werden.
Der Mehrzahl dieser Anordnungen lag die Aufgabe zugrunde. eine möglichst starke Durchwirbelung des Kraftstoffstrahles mit der verdichteten Luft im Verbrennungsraum selbst zu erreichen, um damit die Aufbereitung des Kraftstoffes und das Verbrennen wesentlich zu beschleunigen, wobei die Kraftstoffstrahlen eben so geführt werden, daß sie diesen Raum gleichmäßig mit Kraftstofftröpfchen oder -nebeln anfüllen.
Abgesehen davon. claß es nicht immer ganz einfach ist. den Kraftstoffstrahl so sicher zu führen, daß er auch den Verbrennungsraum, wenn dieser vornehmlich im Kolben untergebracht ist und die Mündung der Einspritzdüse unmittelbar über diesem Raum liegt, durchsetzt, zeigen derartige Maschinen, bei denen die Zündung des gesamten eingespritzten Kraftstoffes gleichzeitig erfolgt, einen harten Gang.
Die Erfindung betrifft demgegenüber eine luftgekühlte Einspritz-Brennkraftmaschine mit Luftverdichtung, Selbstzündung und im Kolben liegendem Verbrennungsraum, der aus einem zylindrischen Hals und einem sich anschließenden Hohlraum mit in Längsrichtung des Kolbens trapezförmigem Querschnitt gebildet ist, wobei die Höhe des Hohlraumes etwa dem Durchmesser des Verbrennungskammerhalses mit annähernd ein Viertel bis ein Fünftel des Kolbendurchmessers entspricht, der Übergang von der Grundlinie zu den Seitenlinien durch starke Abrundungen erfolgt und der Brennraum mit seiner Längsachrse. gegenüber der Zylinderachse zur Einspritzdüse hin versetzt ist, während die Einspritzdüse im Zylinderkopf seitlich schräg angeordnet ist. Das Merkmal der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird nun darin gesehen, daß die mit großem Strahlwinkel ausgestattete Einspritzdüse unter einem Neigungswinkel im Zylinderkopf gegenüber der Zylinderachse von mehr als 65° und gegenüber dem @,'erbrennungskammerhals zurückgesetzt angeordnet ist und der in Richtung der Einspritzdüsenachse verlaufende Strahlkegel in freier Luft den den Hohlraum abschließenden Rand des der Zylinderachse zugeordneten Seitenflächenausschnittes des Hohlraumes trifft, so daß nur ein Teil des Kraftstoffstrahles in den Hohlraum gelangt.
Bewußt ist eine ungleichmäßige Einspritzung des Innenraumes angestrebt, um dadurch einen besonders weich einsetzenden Verbrennungsablauf zu erzielen. Nur ein kleiner Teil der Verbrennungskammer wird direkt von dem Kraftstoffstrahl durchdrungen. Der übrige Teil des Kraftstoffes spritzt in den eigentlichen Hubraum. Dadurch wird gleichsam eine Teilung des Kraftstoffstrahles vorgenommen. Die Zündung des gesamten eingespritzten Kraftstoffes erfolgt somit nicht gleichzeitig, so daß die Ganghärte erheblich geringer wird.
Diese Wirkung wird besonders dadurch erreicht, daß die Voreinspritzung so eingestellt ist, daß unter Berücksichtigung des Spritzverzuges der Düse etwa 10 bis 16° Kurbelwinkel vor O. T. die obere Öffnung der Verbrennungskammer erreicht wird, so daß im Augenblick der großen Strömungsgeschwindigkeiten der verdichteten Luft die gesamte Einspritzmenge eingebracht wird. Kurz danach erfolgt die erste Teilzündung. Es erfolgt dann durch die Wirbel der aus dem Hubraum in die Verbrennungskammer einströmenden Luft eine Vermischung des Kraftstoffstrahles mit dieser Luft und anschließend die Restverbrennung. , Der Kraftstoffstrahl, der in freier Luft nur einen Teil der der Zylinderachse zugeordneten Seitenflächen des Hohlraumes beaufschlagt, erreicht im Betrieb zu einem großen Teil gar nicht diese Seitenfläche, sondern wird im Augenblick der Einspritzung durch die über dem Kolben sich befindliche, verdichtete Luft abgebremst und legt sich in Verbindung mit der Luft im Hohlraum des Kolbens gleichsam wie ein Schleier über die Öffnung des Hohlraumes, um dann von der verdichteten Luft sofort in den Hohlraum mitgerissen zu werden. Die dabei auftretende Vermischung der Luft mit dem Kraftstoff erfolgt infolge der einfachen Formgebung der Verbrennungskammer in Verbindung mit der Strahllage des Kraftstoffstrahles so gut, daß sich, wie Versuche gezeigt haben, bei einem effektiven Mitteldruck von 7 atü ein spezifischer Kraftstoffverbrauch von 175 g/PSh bei einem Viertakt-Motor mit 1,33 1 Hubvolumen je Zylinder und 1800 U/min erreichen läßt.
Infolge der großen Entfernung der Einspritzdüsenöffnung vom Verbrennungskammermund erhitzt sich die Einspritzdüse nicht stark. Es erfolgt daher kein Koksansatz. Die geringe Erwärmung der Düse und die geringe Wärmeaufnahme des Kolbens aus der Verbrennungskammer ermöglichen den obenerwähnten Mitteldruck und den günstigen spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Die große Öffnung zwischen Verbrennungskammer und Hubraum ergibt des weiteren eine Unempfindlichkeit im Strahlwinkel. Es läßt sich nicht vermeiden, daß nach längerer Betriebszeit der Kraftstoffstrahl Winkelabweichungen zeigt. Bei Verbrennungsverfahren, die diesem Strahl einen genauen Weg durch Aussparungen im Kolben usw. vorschreiben, werden sofort die Leistung des Motors und der Kraftstoffverbrauch verschlechtert, wenn der Strahl nur wenig von seiner genauen Richtung abweicht.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist dagegen die kreisförmige Öffnung so groß, daß eine selbst erhebliche Winkelabweichung nur sehr geringen Einfluß auf die Leistung und den spezifischen Verbrauch des Motors hat. Ein solcher nach diesem Verfahren arbeitender Motor wird daher eine bedeutend größere Betriebssicherheit bei hochbeaufschlagten Motoren geben als Motoren mit verengten Spritzpforten oder Motoren, die mit Lochdüsen - sowohl Einlochdüsen als auch Mehrlochdüsen - arbeiten.
Da die erste Zündung des eingespritzten Kraftstoffes im Hubraum, d. h. in heißer, verdichteter Luft erfolgt, sind besondere Hilfsmittel zum Start des Motors, wie Glühkerzen oder Zündlunten, nicht erforderlich.
Besonders günstige Werte haben sich ergeben, wenn die Längsachse des Hohlraumes gegenüber der Zylinderachse um etwa ein Siebentel bis ein Zehntel des Wertes des Kolbendurchmessers versetzt ist und der im Kolben untergebrachte Anteil etwa drei Viertel des gesamten Verbrennungsraumes ausmacht. Der Neigungswinkel der Einspritzdüse im Zylinderkopf gegenüber der Zylinderachse beträgt mindestens 65°.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung als Beispiel schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kolbenboden und die Anordnung der Einspritzdüse im Zylinder-, kopf; Fig. 2 stellt die Anordnung von Kolben und Einspritzdüse im Grundriß dar.
Ein in einem Zylinder 1 geführter Kolben 2 weist in seinem Kolbenboden 3 einen Verbrennungsraum auf. der aus einem zylindrischen Hals 4 und einem sich anschließenden Hohlraum 5 gebildet wird, während eine Einspritzdüse 6 im Zylinderkopf 7 seitlich schräg angeordnet ist. Die Fig. 1 stellt den Augenblick des Einspritzbeginns dar.

Claims

PATENTANSPRUCH: Luftgekühlte Einspritz-Brennkraftmaschine mit Luftverdichtung, Selbstzündung und im Kolben liegendem Verbrennungsraum, der aus einem zylindrischen Hals und einem sich anschließenden Hohlraum mit in Längsrichtung des Kolbens trapezförmigem Querschnitt gebildet ist, wobei die Höhe des Hohlraumes etwa dem Durchmesser des Verbrennungskammerhalses mit annähernd ein Viertel bis ein Fünftel des Kolbendurchmessers entspricht, der Übergang von der Grundlinie zu den Seitenlinien durch starke Abrundungen erfolgt und der Brennraum mit seiner Längsachse gegenüber der Zvlinderachse zur Einspritzdüse hin versetzt ist, während die Einspritzdüse im Zylinderkopf seitlich schräg angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit großem St.rahlwinkel ausgestattete Einspritzdüse unter einem Neigungswinkel im Zvlinderkopf gegenüber der Zylinderachse von mehr als 65° und gegenüber dem Verbrennungskammerhals zurückgesetzt angeordnet ist und der in Richtung der Einspritzdüsenachse verlaufende Strahlkegel in freier Luft den den Hohlraum abschließenden Rand des der Zylinderachse zugeordneten Seitenflächenausschnittes des Hohlraumes trifft, so daß nur ein Teil des Kraftstoffstrahles in den Hohlraum gelangt. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 585 801, 611916; schweizerische Patentschrift Nr. 296 441.