DE1301607B

DE1301607B - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1301607B
Application number: DEK51373A
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Pischinger
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1963-11-15
Filing date: 1963-11-15
Publication date: 1969-08-21
Also published as: AT264207B; GB1076598A

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine, bei der der Kraftstoff in einen gegen Ende der Verdichtung nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, in seiner Grundform zylindrischen Brennraum eingespritzt wird, in dem die Verbrennungsluft zum Einspritzzeitpunkt eine kreisende Bewegung um die Brennraumlängsachse ausführt, wobei Länge und Durchmesser des Brennraumes etwa im Verhältnis 1 : I. zueinander stehen und ein Kraftstoffstrahl parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang derselben gerichtet ist, während ein zweiter Kraftstoffstrahl quer durch den Brennraum so gerichtet ist, daß er einen Kreis um die Brennraumachse tangiert.
Brennkraftmaschinen der vorstehend näher beschriebenen Art sind bekannt. Bei ihnen wird der parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang derselben gerichtete Kraftstoffstrahl gut zerstäubt unmittelbar in die kreisende Verbrennungsluft, also luftverteilt, eingebracht, so daß sich in der Nähe der Wand des zylindrischen Brennraumes ein kreisender Gemischring bildet. Versuche mit solchen Brennkraftmaschinen ergaben, daß dieselben die Hauptbedingungen, wie niedriger Kraftstoffverbrauch, Gangruhe und rauchlose Verbrennung, schon weitgehend zu erfüllen vermögen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere für Fahrzeugmotoren, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben werden, noch Verbesserungen vorgenommen werden müssen, die einer Anpassung an die heute gebräuchlichen Einspritzsysteme Rechnung tragen.
Für den parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang derselben gerichteten Kraftstoffstrahl ist es von Bedeutung, daß er wegen der Bildung des Gemischringes im zylindrischen Brennraum nicht auf dessen Bodenfläche auftrifft. Diese Bedingung ist bei der bekannten Brennkraftmaschine wegen der kurzen zur Verfügung stehenden Strecke für den Kraftstoffstrahl nur schwer zu erfüllen. Es zeichnet sich somit die Aufgabe der Erfindung ab, für den entlang der Wand des zylindrischen Brennraumes eingespritzten Kraftstoffstrahl günstigere Bedingungen für die Gemischaufbereitung zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht, ausgehend von einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art, erfindungsgemäß darin, daß die Längsachse des Brennraumes zur Ermöglichung einer größeren freien Strahllänge für den entlang der Brennraumwand gerichteten Kraftstoffstrahl geneigt zur Zylinderachse verläuft.
Die auf diese Weise sichergestellte größere Spritzlänge ist, wie sich gezeigt hat, bereits von erheblicher Bedeutung, weil es dadurch gelingt, auch größere Mengen von Kraftstoff vollständig luftverteilt in den Brennraum einzubringen. Für die Verbesserung ist aber auch noch die durch die Schrägstellung des zylindrischen Brennraumes geänderte Strömung der Verbrennungsluft in demselben bestimmend. Nach den zur Zeit bestehenden Vorstellungen hierüber wird in der Hauptsache ein günstiger Einfluß auf den entlang der Brennraumwand eingespritzten Kraftstoffstrahl hervorgerufen, der zusammen mit der Vergrößerung der Spritzlänge ein Auftreffen des Kraftstoffstrahls auf den Boden des Brennraumes verhindert.
Ein weiterer auf eine stärkere Intensivierung der Aufbereitung gerichteter Vorschlag geht dahin, dem entlang der Wandung gerichteten Kraftstoffstrahl eine schwache Richtungskomponente entgegen der Drallrichtung der kreisenden Verbrennungsluft zu erteilen.
Im Sinne der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn der insgesamt in den Brennraum einzubringende Kraftstoff etwa je zur Hälfte auf die beiden Strahlen aufgeteilt wird. Dadurch wird einerseits in vorteilhafter Weise erzielt, daß der Kraftstoffanteil auf den entlang der Brennraumwand eingespritzten Kraftstoffstrahl vermindert und andererseits der Gemischring in seiner radialen Erstreckung durch den zweiten Kraftstoffstrahl in günstiger Weise verstärkt wird. Dem zweiten Kraftstoffstrahl kommt auf diese Weise neben seiner Wirkung als Zündstrahl noch eine besondere Bedeutung zu.
Es soll hier nicht außer acht gelassen werden, daß es an sich bekannt ist, die Achsen von rotationssymmetrischen Brennräumen zur Zylinderachse um einen bestimmten Winkel zu neigen, jedoch nur im Zusammenhang mit anderen Gemischbildungsverfahren. In einem Falle wird hierbei der Kraftstoff in Richtung der kreisenden Luft an der Brennraumwandung entlang gespritzt. Bei einer anderen bekannten Maschine mit einem schräggestellten walzenförmigen Brennraum im Kolben ist das Kraftstoffeinspritzventil etwa mittig vor dem Brennraum angeordnet und die Kraftstoffstrahlen treten aus dem Einspritzventil fächerförmig auf die Brennraumwand zu gerichtet aus. Schließlich ist noch eine Brennkraftmaschine mit einem koaxial zur Zylinderlängsachse im Kolben liegenden kugeligen Brennraum bekannt, in dem die Verbrennungsluft zum Zeitpunkt der Einspritzung um die Zylinderlängsachse kreist. Die Einspritzung des Kraftstoffes in den rotationssymmetrischen Brennraum erfolgt zweistrahlig, wobei die Achse des einen Strahls mit einer verhältnismäßig kurzen Sehne des kugeligen Brennraumes zusammenfällt, so daß mit Sicherheit ein erheblicher Teil des Kraftstoffes an die Wand des kugeligen Brennraumes gelangt, während der zweite Kraftstoffstrahl zur Brennraummitte hin gerichtet ist.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.
A b b. 1. zeigt den Arbeitskolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Brennraum in Draufsicht auf den Kolbenboden; A b b. 2 zeigt diesen Kolben teilweise im Schnitt nach der Linie II-II in A b b. 1; A b b. 3 stellt einen Schnitt nach der Linie III-III in A b b. 2 durch den Arbeitskolben dar.
Wie aus den A b b. 1 und 2 zu ersehen ist, ist der Brennraum 1 im Kolben 2 zylindrisch und grundsätzlich so angeordnet, daß er mit dem Kolben 2 einen zum Zylinderkopf 3 hin offenen Topf bildet. In diesem Brennraum 1 kreist die Verbrennungsluft zum Zeitpunkt der Einspritzung in der in A b b.1 durch einen Pfeil angedeuteten Richtung. Der Kraftstoff wird durch ein am Rande des Brennraumes im Zvlinderkopf angeordnetes Ventil 8 stark zerstäubt in zwei Strahlen 4 und 5 eingespritzt, von denen der erstere etwa senkrecht zu den Drallebenen der Verbrennungsluft, jedoch mit einer kleinen Richtungskomponente entgegen der Drallrichtung, in einigem Abstand von der Brennraumwand, wie aus A b b. 3 zu ersehen ist, verläuft. Der Strahl 5 weist eine starke Richtungskomponente in Drallrichtung der Verbrennungsluft auf.
Die Verbrennung nimmt folgenden Verlauf: Unmittelbar nach der Einspritzung erfolgt eine intensive Vermischung des Kraftstoffes mit der kreisenden Verbrennungsluft, die wiederum das entstandene Gemisch über den Umfang des Brennraumes verteilt. Kurze Zeit nach der Einspritzung entzündet sich ein Teil des in das Randgebiet des heißen Luftkerns eingespritzten Kraftstoffes 5 an der heißen Luft. Die Flammen dieses Zündherdes brennen nach innen und bilden schließlich einen rotierenden Flammenkern, der Schicht um Schicht das außen rotierende, gut aufbereitete Gemisch erfaßt.
Wie A b b. 3 erkennen läßt, liegt der Brennraum 1 dergestalt schief im Kolben 2, daß seine Längsachse y-y mit der Zylinderlängsachse x-x einen spitzen Winkel a einschließt, wobei das Einspritzventil so angeordnet ist, daß dem entlang der Brennraumwand gerichteten Brennstoffstrahl 4 der längste Brennraumwandabschnitt 6 gegenüber dem entsprechend verkürzten Brennraumwandabschnitt zugeordnet ist. Es steht ihm also die größtmögliche Strahllänge zur Verfügung.
Für die Gegenstände der Ansprüche 2 und 3 wird kein selbständiger Schutz beansprucht. Vielmehr sollen die Gegenstände dieser Ansprüche nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hauptanspruches geschützt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine, bei der der Kraftstoff in einen gegen Ende der Verdichtung nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, in seiner Grundform zylindrischen Brennraum eingespritzt wird, in dem die Verbrennungsluft zum Einspritzzeitpunkt eine kreisende Bewegung um die Brennraumlängsachse ausführt, wobei Länge und Durchmesser des Brennraumes etwa im Verhältnis 1: 1 zueinander stehen und ein Kraftstoffstrahl parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang derselben gerichtet ist, während ein zweiter Kraftstoffstrahl quer durch den Brennraum so gerichtet ist, daß er einen Kreis um die Brennraumachse tangiert, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Längsachse (y-y) des Brennraumes (1) zur Ermöglichung einer größeren freien Strahllänge für den entlang der Brennraumwand (6) gerichteten Kraftstoffstrahl (4) geneigt zur Zylinderlängsachse (x-x) verläuft.
2. Einspritzbrennkraftkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der Brennraumwandung gerichtete Kraftstoffstrahl (4) eine schwache Richtungskomponente entgegen der Drallrichtung der kreisenden Verbrennungsluft aufweist.
3. Einspritzbrennkraftkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der insgesamt in den Brennraum einzubringende Kraftstoff etwa je zur Hälfte auf die beiden Strahlen (4, 5) aufgeteilt ist.