DE1127664B

DE1127664B - Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzuendung und Brennstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE1127664B
Application number: DEK33125A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Christian Schmid
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1957-10-10
Filing date: 1957-10-10
Publication date: 1962-04-12

Description

Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Brennstoffeinspritzung Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Brennstoffeinspritzung am Ende des Verdichtungshubes und mit im Kolben oder Zylinderkopf angeordnetem Brennraum, bei der ein Großteil, z. B. 80 % des Brennstoffes auf die Brennraumwand und ein restlicher kleiner Teil des gleichen Brennstoffes als Zündstrahl unmittelbar in die Verbrennungsluft eingespritzt wird.
Derartige Brennkraftmaschinen sind bereits bekannt, und zwar mit einem kugelförmig gestalteten Brennraum, in dem die Einspritzdüse schräg außerhalb der Brennraummitte im Zylinderdeckel angeordnet ist und in dem der einströmenden Luft eine starke Drehbewegung erteilt wird. Die besondere Anordnung der Einspritzdüse hat dabei den Zweck, den Kraftstoff als dünnen Film auf die Wand des Brennraumes aufzubringen, von der er dann allmählich in Dampfform abgelöst, mit Luft vermischt und verbrannt wird. Um das Ziel einer ruhigen, gleichmäßigen und dabei doch möglichst vollständigen Verbrennung zu erreichen, bedarf es jedoch bei den bekannten Brennkraftmaschinen außer der schon erwähnten, durch besondere Mittel zu bewirkenden starken Drehbewegung der Luft, die wiederum u. a. einen kugelförmigen Brennraum voraussetzt, auch noch einer recht genau fixierten Lage der Einspritzdüse, damit der Kraftstoff sich auch wirklich als dünner Film auf der Brennraumwand verteilt und nicht etwa nur abgelenkt und durch den Luftstrom sofort in Gemisch übergeführt wird, welches dann schlagartig verbrennen würde. Eine solche genau fixierte Lage der Einspritzdüse, ein kugelförmiger Brennraum und die besonderen Mittel zur Erzeugung einer starken Drehbewegung der einströmenden Luft erfordern aber einen beträchtlichen konstruktiven und herstellungstechnischen Aufwand und würden bei einer zum Zweck einer besseren Zündung bei kalter Maschine - wie ebenfalls bekannt - drehbaren Einspritzdüse doch nicht zu einem bleibenden Erfolg führen.
Diesen Aufwand zu vermeiden und trotzdem einen gleichmäßigen Verbrennungsablauf und damit einen ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine zu erzielen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Danach wird vorgeschlagen, daß der Brennraum als mit seiner Längsachse zur Zylinderlängsachse parallel verlaufender Zylinder mit elliptischem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Längsachse der in den Brennraum hineinragenden Einspritzdüse durch einen der Brennpunkte der den Querschnitt des Brennraumes bestimmenden Ellipse verläuft und vorzugsweise parallel zur Zylinderachse senkrecht auf der Ellipsenlängsachse steht. Eine derartige Ausbildung des Brennraumes und die besondere Anordnung der Einspritzdüse in demselben hat zur Folge, daß die mit Düsenbohrungen versehene, in den Brennraum hineinragende Düsenmündung zum Großteil in geringer Entfernung von Abschnitten der Brennraumwand umgeben ist und nur in Richtung der Längsachse des Querschnittes des elliptischen Zylinders einen größeren Abstand zu den in dieser Richtung gelegenen Teilen der Brennraumwand aufweist. Es wird also ein Großteil des Brennstoffes auf die der Einspritzdüse benachbarten Abschnitte der Brennraumwand aufgespritzt und von diesen teils in fein vernebelter Form in den Brennraum zurückgeschleudert, teils verdampft, während nur ein kleiner Teil des Brennstoffes in Richtung der Längsachse des elliptischen Brennraumes eingespritzt wird. Der Verbrennungsablauf geht nun so vonstatten, daß die Zündung durch die Verdichtungswärme der Luft eingeleitet wird, somit also zunächst der frei in die Luft eingespritzte Teil des Brennstoffes verbrennt und dann der an der Brennraumwand umgelenkte Anteil des Brennstoffes, der sich ja erst später im Brennraum ausreichend verteilen kann, und schließlich auch der Anteil des Brennstoffes, der nunmehr von der Brennraumwand verdampft ist, von der Verbrennung erfaßt werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Brennraum im Querschnitt die Form einer im Bereich zwischen ihrem Mittelpunkt und einem ihrer Brennpunkte derart mit einer Einschnürung versehenen Ellipse aufweist, daß ein im Querschnitt in an sich bekannter Weise annähernd kreisförmiger, in seinem Durchmesser etwa dem kleinen erzeugenden Ellipsenkreis entsprechender Treibbrennraum und ein daran in Form einer sackartigen Erweiterung anschließender Zündbrenuraum entsteht, wobei die Einspritzdüse in den Treibbrennraum hineinragt.
Hierbei bringt die Einschnürung der Ellipse im Bereich zwischen ihrem Mittelpunkt und ihrem einen Brennpunkt den Vorteil, daß der Bereich der Brennraumwand, der die mit Düsenbohrungen versehene Düsenmündung in geringem Abstand umgibt, noch vergrößert werden kann, so daß ein möglichst großer Teil des Brennstoffes auf diese Teile der Brennraumwand aufgespritzt werden kann. Die an diesen Brennraumteil anschließende sackartige Erweiterung dient nur zum Einspritzen des kleinen Brennstoffanteiles, der als Zündstrahl wirken soll.
Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Düsenbohrungen in der Einspritzdüse in an sich bekannter Weise unsymmetrisch angeordnet sind, und zwar derart, daß der Großteil des Brennstoffes auf die dem einen Brennpunkt des elliptischen Brennraumes unmittelbar benachbarten Teile der Brennraumwand und nur der restliche kleine Teil des Brennstoffes in Richtung der Längsachse des Brennraumes auf den zweiten Brennpunkt eingespritzt werden.
Um bei kalter bzw. noch nicht betriebswarmer Maschine zu erreichen, daß der Großteil des eingespritzten Brennstoffes in Richtung der Längsachse des Brennraumes auf den zweiten Brennpunkt eingespritzt wird, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß pro Brennraum je zwei wahlweise betätigte Einspritzdüsen vorgesehen sind; deren Düsenbohrungen derart unsymmetrisch angeordnet sind, daß beim Betrieb der ersten Einspritzdüse bei kaltem Motor der Großteil des Brennstoffes in Richtung der Längsachse des Brennraumes auf den zweiten Brennpunkt und nur ein kleiner Teil des Brennstoffes auf die dem einen Brennpunkt des elliptischen Brennraumes unmittelbar benachbarten Teile der Brennraumwand aufgespritzt wird, während nach Erreichen der Betriebswärme des Motors bei Betätigung der zweiten Einspritzdüse der Kraftstoff im umgekehrten Verhältnis in den Brennraum eingespritzt wird. Hierbei kann zweckmäßig in den Brennstoffzuführungsleitungen zu den Einspritzdüsen ein Umschaltorgan vorgesehen sein, welches nach Erreichen der Betriebswärme des Motors vorzugsweise selbsttätig die erste Einspritzdüse jedes Brennraumes ab- und die zweite zuschaltet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig.1 einen Querschnitt durch einen Zylinder mit Draufsicht auf den Kolben einer Brennkraftmaschine mit im Kolben liegendem Brennraum, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Zylinder mit Draufsicht auf den Kolben einer Brennkraftmaschine mit im Kolben liegendem Brennraum anderer Form, Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Zylinder, Zylinderkopf und Kolben einer Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf angeordnetem Brennraum und Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4. In den Fig. 1 und 2 ist der Zylinder einer Brennkraftmasehine mit 1, der Zylinderkopf mit 2 und der Kolben mit 3 bezeichnet. Im Kolben 3 befindet sich der Brennraum 4, der die Form eines elliptischen Zylinders hat. Die beiden Brennpunkte der die Form des Brennraumes 4 bestimmenden Ellipse sind mit 5 und 6 bezeichnet. Die Einspritzdüse 7 ist derart im Zylinderkopf 2 angeordnet, daß ihre Längsachse durch den Brennpunkt 5 der Ellipse verläuft und senkrecht auf deren Längsachse steht. Die nicht näher bezeichneten Düsenöffnungen in der Einspritzdüse 7 sind derart angeordnet, daß ein Großteil des Brennstoffes in Brennstoffstrahlen 8, 9, 10, 11 und 12 unmittelbar auf die den Brennpunkt 5 der Ellipse benachbarten Abschnitte der Brennraumwandung aufgespritzt wird, während nur ein kleiner Teil des Brennstoffes mit dem Brennstoffstrahl 13 in Richtung der Längsachse der Ellipse auf den zweiten Brennpunkt 6 zu eingespritzt wird. Dabei stellen die Brennstoffstrahlen 8, 9, 10,11 und 12 die Treibstrahlen und der Brennstoffstrahl 13 den Zündstrahl dar.
In Fig. 3 ist eine weitere Form eines Brennraumes dargestellt, der ebenfalls im Kolben 3 untergebracht ist. In diesem Fall ist die die Brennraumform bestimmende Ellipse im Bereich zwischen ihrem Brennpunkt 5 und ihrem Mittelpunkt 14 mit einer Einschnürung 15 versehen. Dies hat zur Folge, daß die Abschnitte der Brennraumwandung, die in unmittelbarer Nähe des Brennpunktes 5 liegen, den eingespritzten Brennstoffstrahlen eine größere Fläche bieten. Durch die Einschnürung 15 entsteht eine gewisse Unterteilung des Brennraumes, und zwar derart, daß ein in seiner Grundfläche nahezu kreisförmiger Treibbrennraum 16 und ein daran etwa sackförmig anschließender Zündbrennraum 17 entsteht. Hierbei entspricht der Durchmesser des zylinder- oder kugelförmigen Treibbrennraumes 16 etwa dem Durchmesser des kleinen erzeugenden Ellipsenkreises. Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt auch in diesem Fall in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Weise.
In dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Brennraum 18 im Zylinderkopf 2 angeordnet und weist die Form eines elliptischen Zylinders auf, wobei die Ellipse im Bereich zwischen ihrem Brennpunkt 5 und ihrem Mittelpunkt mit einer Einschnürung versehen ist. Die Brennstoffdüse 7 ist auch hier wieder derart im Zylinderkopf 2 angeordnet, daß ihre Längsachse etwa durch den Brennpunkt 5 verläuft. Der Brennraum 18 ist dabei mit dem Zylinderraum 19 durch einen Schußkanal 20 in der bei Vorkammermotoren bekannten Art verbunden. Der Schußkanal kann dabei auch die in gestrichelten Linien angedeutete Lage einnehmen.
Die erforderliche Turbulenz der Verbrennungsluft zur Verteilung des von der Brennraumwandung verdampften bzw. zurückgespritzten Brennstoffes entsteht durch die beim Aufwärtsgang des Kolbens zwischen Kolbenboden und Zylinderkopf in bekannter Weise entstehende Quetschwirkung. Es soll jedoch bemerkt werden, daß gegebenenfalls eine Erhöhung der Turbulenz der Verbrennungsluft auch in bekannter Weise durch entsprechende Ausbildung der Einlaßschlitze oder etwa durch Schirm-Ventile erzielt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Brennstoffeinspritzung am Ende des Verdichtungshubes und mit im Kolben oder Zylinderkopf angeordnetem Brennraum, bei der ein Großteil, z. B. 80%, des Brennstoffes auf die Brennraumwand und ein restlicher kleiner Teil des gleichen Brennstoffes als Zündstrahl unmittelbar in die Verbrennungsluft eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum als mit seiner Längsachse zur Zylinderlängsachse parallel verlaufender Zylinder mit elliptischem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Längsachse der in den Brennraum hineinragenden Einspritzdüse durch einen der Brennpunkte der den Querschnitt des Brennraumes bestimmenden Ellipse verläuft und vorzugsweise parallel zur Zylinderachse senkrecht auf der Ellipsenlängsachse steht. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum im Querschnitt die Form einer im Bereich zwischen ihrem Mittelpunkt und einem ihrer Brennpunkte derart mit einer Einschnürung versehenen Ellipse aufweist, daß ein im Querschnitt in an sich bekannter Weise annähernd kreisförmiger, in seinem Durchmesser etwa dem kleinen erzeugenden Ellipsenkreis entsprechender Treibbrennraum und ein daran in Form einer sackartigen Erweiterung anschließender Zündbrennraum entsteht, wobei die Einspritzdüse in den Treibbrennraum hineinragt. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen in der Einspritzdüse in an sich bekannter Weise unsymmetrisch angeordnet sind, und zwar derart, daß der Großteil des Brennstoffes auf die dem einen Brennpunkt des elliptischen Brennraumes unmittelbar benachbarten Teile der Brennraumwand und nur der restliche kleine Teil des Brennstoffes in Richtung der Längsachse des Brennraumes auf den zweiten Brennpunkt eingespritzt werden. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei umschaltbare Einspritzdüsen pro Brennraum, deren Düsenbohrungen derart unsymmetrisch angeordnet sind, daß beim Betrieb der ersten Einspritzdüse bei kaltem Motor der Großteil des Brennstoffes in Richtung der Längsachse des Brennraumes auf den zweiten Brennpunkt und nur ein kleiner Teil des Brennstoffes auf die dem einen Brennpunkt des elliptischen Brennraumes unmittelbar benachbarten Teile der Brennraumwandung aufgespritzt wird, während nach Erreichen der Betriebswärme des Motors bei Betätigung der zweiten Einspritzdüse der Kraftstoff im umgekehrten Verhältnis in den Brennraum eingespritzt wird. 5. Bremskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltorgan in den Brennstoffzuführungsleitungen zu den Einspritzdüsen nach Erreichen der Betriebswärme des Motors vorzugsweise selbsttätig die erste Einspritzdüse jedes Brennraumes ab- und die zweite Einspritzdüse zuschaltet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 448159, 802121, 865 683; deutsche Auslegeschrift Nr. 1012 775; österreichische Patentschrift Nr. 126 367; schweizerische Patentschrift Nr. 296 779; MAN-Forschungsheft 1954, S. 65 und 66; Deutsche Kraftfahrtforschung 1941, Heft 53, S. 1 bis 29; MTZ 1952, S. 237 bis 242.