DE1451640A1 - Verbrennungsraum fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

TELEGRAMME FORDMOTOR ■ FERNSCHREIBER 08881491

kolk, 27. Januar

IHR ZEICHEN: PS-2 Sp bÜ

UNSER

HAUSRUF:

Dr. Expl.

Patentanmeldung
VERBRENNUNGSRAUM FÜR

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsraum für Verbrennungsmotoren und im besonderen auf einen Verbrennungsraum, der einen ungedrosselten Betrieb des Motors erlaubt.

Ein Verbrennungsmotor, der nach einem bekannten Verbrennungsprozess arbeitet, kann seine maximal mögliche Wirtschaftlichkeit aus verschiedenen Gründen nur bei Vollast erreichen. Da in vielen Anwendungsbeispielen ein Verbrennungsmotor nur selten Vollast laufen miss, kann ein Motor, der nach einem bekannten Verbrennungsprozess arbeitet, nicht so wirtschaftlich betrieben werden, wie es sonst möglich wäre.

Beim Betrieb unter einem normalen Verbrennungsprozess, ist ein im CO
O wesentlichen homogenes Gemisch von Treibstoff und Luft zur Zeit der

Zündung im Verbrennungsraum vorhanden. Da zum Zeitpunkt der Zündung ein sUndfähiges Gemisch vorhanden sein muss, i3t im Verbrennungs-

*"·»> rau« ein Überfluss an Treibstoff vorhanden, im besonderen, wenn ein

<*> Betrieb unter Vollaat erfolgt. D.h., dass, obwohl örtlich ein reiches

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Gemisch zur Zündung der Verbrennung vorhanden sein muss, mehr. Treibstoff im Verbrennungsraum ist als zur Erreichung der gewünschten Kraft bei Teillast erforderlich wäre. Daher ist ein hoher spezifischer Treibstoffverbrauch bei leichterer und mittlerer Belastung bei herkömmlichen Motoren unvermeidbar.

Aufgrund des Überschusses an Treibstoff bei geringer Belastung muss die Kraftabgabe des Motors durch Drosseln der Ansaugluft reguliert werden. Diese Drosselung der Luftzufuhr erhöht die Temperatur der Luft und erniedrigt den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors. Die erwärmte Luftfüllung erhöht ausserdem die Möglichkeit einer Frühzündung und macht daher die Anwendung niedrigerer Kompressionsdrückeader die Verwendung von Treibstoffen mit höherer Oktanzahl notwendig. Die Drosselung der Ansaugluft bei herkömmlichen Motoren erhöht weiterhin die Betriebskosten durch Verringern des volumetrischen Wirkungsgrades sowie des thermischen Wirkungsgrades durch die Notwendigkeit niedrigere Kompressionsdrücke anzuwenden oder teueren Treibstoff zu verbrennen.

Es ist daher die grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsraum zu schaffen, der einen ungedrosselten Betrieb eines Verbrennungsmotors ermöglicht.

Gleichzeitig schafft die vorliegende Erfindung, einen Verbrennungsraum, der das Vorhandensein eines örtlichen reichen Treibstoff Luft-Gemisahes zur Zündung der Verbrennung bei Teillast ermöglicht..

Ein Verbrennungsmotor entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Zylinderkopf, einem Kolben, und einem Zylinder, die co

ο einen Haupt-Verbrennungsraum bilden» Zusätzlich ist ein Hilfs-Ver-

O₀ brennimgsraum vorgesehen, der vom Haupt-Verbrennungsraum durch eine Wand getrennt ist. Mindestens eine Öffnung in der Wand zwischen den **·- beiden Verbrennungsräumen erlaubt einen üuftdurehtritt.. Eine Treiben stoff-Einspritzdüse ist so angeordnet, dass sie einen Strahl von J₀ Treibstoff in den Haupt-Verbrennungsraum einspritzen kann., und zwar in unmittelbarer »She der öffnung in der Wand des Hilf s-Verbrainungsraumes. Die Ausbildung des BEtupt-Verbrennungsraumes und di» Lage FK-8O8 / 27.1.64 . ->

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der genannten Öffnung sind so gewählt, dass eine Luftströmung vom Häupt-Verbrennungsraum in den ffllfs-Verbrennungsrauni über die Öffnung erfolgt, sobald der KoIbHn seinen oberen Totpunkt erreicht. Diese Luftströmung nimmt einen Teil des eingespritzten Treibstoffes mit in den Hilfs-Verbrennungsraum und sichert so ein örtlich reiches Treibstoff-Luft-Gemisch zur Zündung des Verbrennungsvorganges.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nun folgenden dataillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist ein Schnitt entlang einer

Achse eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, in dem der Verbrennungsrauffl entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;

Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II - II der Figur 1.

In den Figuren ist ein Zylinderblock mit 11 bezeichnet, der eine Zylinderbohrung 12 aufweist. In der Zylinderbohrung 12 ist ein Kolben 13 angeordnet, der über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist. (nicht gezeigt) Ein Zylinderkopf 14 ist am Zylinderblock 11 befestigt und schliesst die Zylinderbohrung 12 ab. Der Zylinderblock 11 und der Zylinderkopf 14 sind mit Hohlräumen 15 versehen, die die Zirkulation eines Kühlmittels durch den Motor erlauben.

Ιπί Kolben 13 ist eine Ausnehmung angeordnet, die mit 16 bezeichnet ist. Die Ausnehmung 16 bildet den grösseren Teil des Kompressions-

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raumes, wenn der Kolben 13 ira oberen Totpunkt ist. Die Ausnehmung 16 besitzt parallel zueinander liegende vertikale Seitenwände 17, die an einem Ende über ein zylindrisches Segment 18 verbunden sind. Am anderen Ende der Seitenwände 17 führen diese über einen keilförmigen Abschnitt 21 zu einem weiteren zylindrischen Abschnitt 19-Die Ausnehmung 16 weist in der Achse der Zylinderbohrung liegend . eine kugelförmige Vertiefung 22 auf. Drei Seiten dieser kugelförmigen Vertiefung 22 gehen über^vden Bodenteil 23, der zusammen mit den Seitenwänden 17 und dem zylindrischen Segment 18 die Ausnehmung 16 bilden. Die vierte Seite der kugelförmigen Vertiefung 22 geht in einen schräg nach oben geneigten Bodenteil 24 über, der den keilförmigen Teil 21 der Ausnehmung 16 abschliesst.

Der Zylinderkopf 14 ist zur Aufnahme der Zündkerze 26 mit einer Bohrung 25 versehen. Die Zündkerze 26 ist in den Zylinderkopf 16 über ein Gewinde 27 eingeschraubt, das aussermittig zur Zylinderbohrung 12 liegt. Die Elektroden 28 und 29 ragen in den Korapressionsrauin. Die Elektroden 28 und 29 liegen unterhalb der oberen Fläche des Kolbens 13 innerhalb der Ausnehmung 16, wenn der Kolben im oberen Totpunkt steht (siehe Figur l).

Eine Treibstoff einspritzdüse 31 wird in einer Bohrung 32 im Zylinderkopf 14 aufgenommen. Die Treibst off einspritzdüse 31 ist vertikal, parallel zur Zündkerze 26 und zur Achse des Zylinders 12 angeordnet.

Die Treibst off einspritzdüse 31 ist aussermittig zum Zylinder 12 angeordnet und liegt über dem keilförmigen Teil 21 der Ausnehmung Die Treibstoffeinspritzdüse 31 ist mit einer Einspritzbohrung 33 versehen, die in die Ausnehmung 16 bei oberer Totpunktlage des Kolbens 13 führt*

Ein Einsatz 34 weist einen zylindrischen TeU 35 auf, der in einer Bohrung 36 iis 'Zylinderkopf 14 konzentrisch zur Aufnahmebohrung der

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Treibstoffeinspritzdüse JL mittels eines Presssitzes eingesetzt ist. Zusätzlich sind Passstifte 37 angeordnet, um die La^e des Einsatzes 34 zu sichern (siehe Figur 2). Der Einsatz 34 weist eine Wand 38 auf, die die Elektroden 28 und 29 umfasst und einen teilweise geschlossenen Raum 39 bildet. Der Raum 39 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt in einer Ebene quer zur Zylinderachse gesehen. Die lutte des Raumes 39 fällt mit der Lage der Funkenstrecke der Zündkerze zusammen. Der Raum 39 wird durch eine gekrümmte Wand 41 abgeschlossen. Die Wand 38 endet unterhalb der unteren Oberfläche des Zylinderkopfes 14, wodurch ein Spalt frei bleibt. Eine Öffnung 42 in der Wandung 38 ermöglicht eine Luftströmung zwischen dem Raum 39 und dem übrigen Teil des Verbrennungsrau:nes.

Ein Treibstoffeinspritzkanal 43 ist ebenfalls im Einsatz 34 ange-

ordnet. Der Einspritzkanal 43 endet an seinem oberen Ende in einer -

Öffnung 44, die der Einspritzöffnung 33 der Treibstoffeinspritzdüse 31 gegenüberliegt. Das untere Ende des Einspritzkanales 43 mündet in eine Auslassöffnung 45* die in einem Hohlraum 46 angeordnet ist, der im Einsatz 3^ gegenüberliegend zur Wandung 38 angeordnet ist. Die Auslassöffnung 45 ist also in unmittelbarer Nähe der Öffnung 42 in der Wandung 38 angeordnet.

Die Achse des Einspritzkanales 43 fällt nicht zusammen mit der Achse der Einspritzöffnung 33 der Treibstoffeinspritzdüse 31. Durch dieses Nichtfluchten der beiden Teile werden Treibstoffteilchen, die durch die Einspritzöffnung 33 herausgeschleudert v/erden, gegen

die Seite des Einspritzkanales 43 prallen, wodurch diese Teilchen |

zerteilt und ein Teil von ihnen in Richtung der Öffnung 42 abgelenkt werden.

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Funirfcioncvieiiio:

hl der vorliegende Verbrennungsraum sowohl bei Zvrei- wie auch bei Viertaktnioboren verwendet werden kann, wird hier die Viertalct-Arbeitaweise beschrieben. Während des A.: saugt akt es bei offenem Ansaugventil, wird eine Füllung ungedroscelter Luft in den Zylinder .12 gesaugt. Die Luftfüllung wird durch den Kolben 13, der aus seinem unteren Tobpunkt in den oberen Totpunkt bewegt wird, verdichtet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Kornpressionstaktes, der abhängig ist von der Belastung, wird die Einspritzung des Treibstoffes vorgenommen. Bei der Einspritzung des Treibstoffes wird ein Teil der Treibstoffteilchen, die durch die Einspritzöffnung 33 der Treibstoffeinspritzdüse 31 ausgeschleudert werden, gegen die Seitenwände des Einspritzkanales 43 prallen und dadurch im Zylinder 12 verteilt werden.

Wenn sich der Kolben 13 seiner oberen Totpunktlage nähert, wird im Verbrennungsraum eine bestiuimte Luftströmung hervorgerufen. Die Richtung der Luftströmung wird in der Zeichnung durch Pfeile angegeben. Die Öffnung 42 ist so angeordnet, dass eine Luftströmung vom Zylinder 12 durch die Öffnung 42 in den Raum 39 erfolgt. Die Luft kann aus dem Raum39 über den Spalt zwischen dem Zylinderkopf und dem oberen Ende der Wandung 38 entweichen.

Die-Einspritzung des Treibstoffes dauert an bis der Kolben nahezu den oberen Totpunkt erreicht hat. Ein Teil der zum Schluss eingespritzten Treibstoffteilchen wird durch die Luftströmung über die Öffnung 42 in den Raum 39 geführt. Die Treibstoffteilchen, die in den Raum 39 gelangen,. sind normalerweise'die kleineren Partikelchen, die durch den Anprall auf die Wandung des Einspritzkanales 43 verteilt wurden. ,,

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Wie bereits einmahnt, int die Einspritzzeit von der Belastung des Motors abhängig. Der Treibstoff wird zn einem bestimmten Betrag entsprechend der Drehzahl des i-Totors eingespritzt. Wird die Belastung erhöht, so wird der Beginn der Einspritzung vorverlegt, um genügend Treibstoff einzuspritzen umfaie gewünschte Kraft zu erzeugen. Das Ende der Einspritzung ist im wesentlichen auf einen Zeitpunkt festgelegt, der knapp vor der Erreichung des oberen Totpunktes durch den Kolben 15 liegt. Bei leichter Belastung wird daher ' ein mageres Gemisch im Verbrennungsraum vorhanden sein. Irr Raum 39 wird hingegen ein reiches Geniseh vorhanden sein. Durch das Vorhandensein einen reichen Gemisches in Raun 39 werden die Elektroden 28 und 29 der Zündkerze zu jeder Zeit im Zeitpunkt der Zündung von einem stöehiometrischen Gemisch umgeben.

Wenn die Zündkerze zündet, wird sieh die Verbrennung im Raum 39 J

schnell ausbreiten und durch die Öffnung H2 und den. Spalt zwischen der Wand 38 und der Oberfläche des Zylinderkopfes 14 austreten. Die Verbrennung wird die Temperatur der Füllung im übrigen Verbrennungsraum erhöhen und dadurch eine vollständige Verbrennung ermöglichen, obwohl das Gemisch zu mager zur Zündung des Verbrennungsvorganges ist. Es ist leicht zu ersehen, dass das Vorsehen eines örtlich reichen Geraisches um die Elektroden der Zündkerze und durch Verändern der Menge des Treibstoffes im übrigen Verbrennungsraum entsprechend der Belastung ein ungedrosselter Betrieb des Motors möglich ist. Zusätzlich wird der Motor mit einem hohen volumtrischen •und thermischen Wirkungsgrad arbeiten, da keine Drosselung der Ansaugluft erfolgt und bei jeder Belastung die gleiche Luftmenge verwendet wird, , '

Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass verschiedene Veränderungen und Umgestaltungen möglieh sind, ohne den Bereich des Erfindungsgedankens zu verlassen.

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Claims (8)

1. Patentansprüche:

   Verbrennungsmotor mit einer Treibstoff-Einspritzeinrichtung und einem Haupt-Verbrennungsraum, der durch einen Zylinder, einen Kolben und einen Zylinderkopf gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfs-Verbrennungsraum (359) vorgesehen ist, der durch Wandungen (38 und 41) von dem ihn umgebenden Haupt-Verbrennungsraum getrennt ist.
2. 2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt-Verbrennungsraum zum grössten Teil durch eine Ausnehmung (l6) im Kolben (13) gebildet wird.
3. 3· Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet* dass der Hilfs-Verbrennungsraum (39) durch einen Einsatz (3^) gebildet wird, der mittels eines Passstückes (35) und Passstifte (37) mit <äera Zylinderkopf (14) verbunden ist und nach unten in die Ausnehmung (16) des Kolbens (13) einragt.
4. 4« Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (31) aussermittig zur Zylinderachse, oberhalb des keilförmigen Teiles (21) der Ausnehmung (16) des Kolbens (13) angeordnet ist.
5. 5. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Einsatz (34) gebildete Hilfs-Verbrennungsraum (39)

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   die Elektroden (28) und (29) der Zündkerze (26) umschliesst unä über zumindest eine, der Einspritzeinrichtung (31) benachbart liegende Öffnung (42) mit dem Haupt-Verbrennungsraum in Verbindung steht.
6. 6. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet , dass der durch den Einsatz (34) gebildete Hilfs-Verbrennungsraum (39) über eine weitere, der Öffnung (42) gegenüberliegende Öffnung mit dens Haupt-Verbrennungsraum verbunden ist und die Öffnung vorzugsweise durch den Spalt zwischen dem Zylinderkopf (14) und der Wandung (38) des Einsatzes (34) gebildet wird.
7. 7· Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch

   gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung "

   (31) eine Einspritzdüse (33) aufweist, deren Treibstoffstrahl über einen schräg zur Einspritzachse liegenden Einspritzkanal

   (43) in den Haupt-Verbrennungsraum und über die als Prallfläche wirkende Schräge des Einspritzkanales \>O) durch die Öffnung (42) in den Hilfs-Verbrennungsraum (39) gelangt.
8. 8. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis ?", dadurch g-ekennzeicb.net , dass die Ausnehmung (16) im Kolben (13) so ausgebildet ist, dass die Aufwärtsbewegung des Kolbens eine Luftströmung erzeugt, die durch den Hilfs-Verbrennungsraum (39) streicht und eine Füllung desselben mit reichem, zündfähigem Geraisch sichert· . j

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