DE1526294A1 - Verbrennungsverfahren und Zylinderkopfausbildung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verbrennungsverfahren und Zylinderkopfausbildung fuer BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Dipl,- Ing. Karl Wessel ι
8 München 13 , Ι
Hohenstaufenstr. 2, Tel. 33 8111 τ?Κ'\τ~13 Jf β
Ford- Werke Aktiengesellschaft
Köln -~Miehl, Henry-Ford-Strasse
"Verbrennumrsverfahren und Zylinder1confat*rt5Tldung für
nrennkrnftmaschinen."
diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Ser/io. i*17 328 vom in, Dezember 1964 in den Vereinirten
Staaten von Mordamerika in Anspruch genommen.
Die Erfindung be?,i3ht r.i.ch .n.uf eine .-brennkraftmaschine mit
Zündun^ durch Zündkerzen. Insbesondere bezieht sich die Krr.'ndun"·
auf ein Verbrennun'vsverfahren nit geschichteter Auf-1-i.dun™,
bei welchem der Brennstoff in einem Luftüberschuss
verbrannt i-rird und bei allen Belastungen und Drehzahlen vor
eier* ^ündun-": eins Tchichtun"; existiert.
•.ine übliche Brennkraftmaschine verbrennt ein homogenes Gemisch
von Luft und brennstoff, welches durch einen Vergaser oder andere
~eei -.nete Mittel der Maschine von aussen zugeführt wird. Diese
!laschinen sind nicht so ausgebildet, dass sie stets mit vollständiger
Berbrennunn; arbaiten und zwar aus mehreren Hründen.
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Ein Grund liegt darin, dass ein Luftüberschuss bei Teilbelastungen
notwendig ist, um nicht nur die Brenngase innen zu kühlen,
damit die auf das Kühlmittel übertragenen Wärmeverluste reduziert werden und der Wirkungsgrad der Expansion verbessert, sondern
auch deswegen, um die gesteigerte Saugwirkung zu reduzieren,
die durch die Drosselung hervorgerufen wird, um die Pumpverluste
zu verringern. Aus diesem Grunde muss hierbei die homogene
Mischung mager sein.
Andererseits wird für maximale Kraftleistung zusätzlicher Brennstoff
benötigt, um sicher zu stellen, dass sämtlicher Rauerstoff in der Luft verbrannt wird, da die maximale Leistungsfähigkeit
der Maschine durch die Lufttnenge, die sie aufnehmen
kann, beschränkt ist. Aus diesem Grunde nuss die Mischung
reicher sein, als bei einer vollkommenen Verbrennung.
Die übliche Brennkraftmaschine erfordert daher stets einen
überschuss an Luft oder Brennstoff, abhängig von den Betriebs zuständen.
Bei der normalen Maschine wird das Brennstoff-Luft-Verhältnis
üblicherweise nur in engem Bereich aufrecht erhalten, da homogene Mischungen mit einem überschuss an Luft nicht gezündet?
werden können unrl da ein Brennstoffüberschuss nicht wirtschaftlich ist. Vierer, dieses beschränkten !3oreiches wir el
daher die zusätzliche Luft, die bein Betrieb unter Teilbelastungen erforderlich ist, üblicherweise nicht zugeführt und
die Brennkraftmaschine neigt daher dazu, hierbei unter reduziertem
Wirkungsgrad zu arbeiten.
Die Verwendung einer homogenen Aufladung bringt auch einen Nachteil
mit sich. Bei einer Zündung durch eine in der Mitte anr^e-
909831/0824 ^
ordnete Zündkerze z.B. bei üblichen Brennkraftmaschinen verursacht
die progressive Expansion der Verbrennungsprodukte gegenüber den unverbrannten Molekülen des Brennstoff-Luft-Gemisches
eine rasche Steigerung in der Druckaunbreitung nach den Umfanr;
der Verbrennungskammer. Bei einer Maschine mit hohem Kompression^·
.verhältnis erzeugt dieses einen Anstieg der Temperatur der
unverbrannten Partikel derart, dass diese sich entzünden, bevor die Flamme Zeit hatte, die Mischung zu erreichen. Ein
solcher Vorzün/dungs- oder Detonationseffekt verursacht nicht
allein Geräusch und Kraftverlust, sondern kann auch die Wände Λ
der Verbrennungskammer infOL ge der hohen Geschwindigkeiten der
Selbstzündung beschädigen, indem die schützende Luft ,~renz lage an den Zylinderwänden weggezogen wird, üblicherweise zwingt
dieses dazu, ein niedrigeres Kompressionsverhältnis für die Haschine zu benutzen.
Ein weiterer Nachteil der üblichen Brennkraftmaschinen lien;t
darin, dass die forcierte Benutzung relativ reicher ilischungen
höhere Glastemperaturen ergibt. Dadurch entstehen unerwünschte Elemente in den Absasstrom an Ende der Verbrennung und unge- "
nürcend Sauerstoff, um die unverbrannten Brennrr-toffpartikel
auf weniger schädliche Formen zu reduzieren.
Die Erfindung vermeidet die oben angegebenen 'Tachteile durch
Schaffung einer ßrennkraftnaschine, die stets eine wirksame
Verbrennung aufweist. Die Brennkraftmaschine gemäss der Erfindunf
benutzt ein Verbrennunpsverfahren mit geschichteten, durchsetzten
l.'irbellagen. Das heisst der Zylinder nimmt eine Ladung
ι von Frischluft oder sehr mager mit Brennstoffluftremisch versehaae
Ladun™ in einer "'e'.re^ung auf, -reiche die Luft in parallele
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BAD
Strömungsschichten schichtet, die sämtlich um eine gemeinsame Achse wirbeln. Der Brennstoff wird in der Weise eingeführt,
dass er die Wirbelbewegung nicht, wesentlich beeinträchtigt und keine besondere Mischung zwischen der mit Brennstoff durchsetzten
Schicht und der Frischluftschicht erzeugt.
Im allgemeinen erfolgt das Verbrennungsverfahren gemäss der
Erfindung in folgender Weise:
Es wird eine Luftladung im wesentlichen tangential in den Zylinder
unter einer Wirbelbewegung in parallelen Stromlinien eingeführt. Der Brennstoff wird entweder direkt in die ankommende
Luftschicht eingeführt oder er wird gegen eine Fläche gesprüht, über welche eine Frischluftschicht hinwegströmt, so dass
er die Schicht durchsetzt und durch die Wirbelbewegungiund
um die Zylinderbohrung herum getragen wird. Einige der schwereren Brennstoffpartikel werden an der Brennkainmerwand niedergeschlagen
und anschliessend verdampft, so dass sie sich nit der Luft in der Schicht infolge der Wirbelbewegung mischen.
Die Luftschichten, die den Brennstoff in den Zylinder treten,
sind daher im Anfang überreich. Die Wirbelbewegung der Luft erzeugt
unmittelbar eine langsame natürliche Diffusion dieses Brennstoffes in die daneben liegende parallele Frischluftschicht.
Die Anreicherung dieses mit Brennstoff imprägnierten
Teiles steigt daher. ?,ine weitere leichte D-tfusion oder Abmagerung
der Mischung tritt während des Kom^ressionshubes
auf, ehe r?ie obere Totnunktlafte des Kolben.* erreicht ist.
• Diese Vermischung ist indessen nicht rasch rsnu-, u-n "lie "irbol-
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bewegung der Luft wesentlich zu beeinträchtigen. Eine zusätzliche rasche Vermischung beginnt die Wirbelbewegung der Luft zu
beeinträchtigen, wenn die Druckwirkung einsetzt. Indessen ist in keinem Falle diese Druckwirkung stark genug, um eine Vollständige
Mischung zwischen allen Schichten vor der Zündung zu bewirken. Daher ist stets eine Schicht an Frischluft bei der Zündung vorhanden,
um Kühlzwecken oder anderen Zwecken zu dienen, wie sie beschrieben wurden,
Mit anderen Worten ist die zeitliche Einstellung- der Zündung
stets so, dass sie eine ausreichende Abmagerung der anfänglich reichen Mischung durch Diffusion und Druckwirkung ermöglicht,
abhängig von der Belastung um die richtige Mlschungsstprke
an der Zündkerze bei der Zündung zu erzeugen. Bei leichten Belastungen
z.B. wird die mit Brennstoff durchsetzte Schicht -ez'indet, ehe die Druckwirkung desKolbens stark genu-r wird,
die '/Jirbelbewe -um; zu beeinträchtigen und eine zusätzliche
"Ilschung zwischen Frischluft- und mit Brennstoff durchsetzter
Schicht hervorzurufen. Bei höheren Belastungen ist die mit |
Brennstoff durchsetzte Schicht reicher und die Zündung wird
daher verzögert, um eine ^e'Ίπse Druckwirkung zuzulassen, welche
die 'U'beIberregung beeintrr.chtigt und eine rasche !lischung der
von Brennstoff durchsetzten Schicht mit der daneben liegenden FrischluFtschicht oder Schichten vor der Zündung voran zu treiben.
Die Zündverzögerung ermöglicht eine ausreichende Druckwirkung, um die Mischung zur Zeit der Zündung auf da^ rishtlge
"nnr; .'ibzunagern. DIo 3ttnrtzelt wird so gesteuert, dr.ss selbst
bei voller Belastung die Stärke der Druckwirkung nicht ausreicht, ^ine vollständige Mischung zwischen sämtlichen Schichten
Hervorrufen. β0β|31/β|Μ BAD ORIGINAL
Daher hat die mit Brennstoff durchsetzte Schicht bei der Zün- "
dung einen angereicherten Teil und einen mageren Teil. Die Zündkerze
wird im allgemeinen so ausgerichtet und angeordnet, dass sie dem reicheren Teil der mit Brennstoff durchsetzten Schicht
zv7ecks leichtaer Zündung zugewandt ist«
Das Endergebnis der Schichtung bei dem Verfahren nach der Erfindung liegt darin, dass bei der Zündung der JZylinder eine
mit Brennstoff durchsetzte Schicht und eine Prischluftschicht oder eine Schicht mit sehr magerer Mischung (mehr als 1IO-I)
enthält. Die mit Brennstoff durchsetzte Schicht besitzt einen reichen Teil und einen mageren Teil, Der Brennstoff in dem
mageren Teil wird durch den Luftüberschuss gekühlt, der ihn umgibt und erfordert daher eine Zündungstemperatur, die höher
ist als diejenige, die notwendig· ist, um den Brennstoff in
dem reicheren Teil zu entzünden. Dadurch wird im wesentlichen die Möglichkeit der Detonation oder Vorzündung verringert. Die
■frischluftschicht, die bei der Zündung stets vorhanden ist,
ermöglicht die Expansion der Verbrennungsgase sowie der unverbrannten Flüssigkeitspartikel nach der Zündung ohne Detonation.
Sie liefert ausserdem Luft zur Hachmischunn; und Verbrennung
während der umgekehrten Druckwirkung des Kolbens. Das heisst also, es zündet bei der Zündung nicht sämtlicher
Brennstoff in dem reichen Teil der Mischung. Dieser Brennstoff mischt sich alsdann mit der Frischluft, die noch nach der
Zündung in dem Zylinder vorhanden ist und wird durch die flamme
entzündet und verbrannt.
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Der Verbrennungsprozess mit geschichteter Aufladung genass der
Erfindung wird durch eine Anzahl dargestellter Konstruktionen durchgeführt» Bei allen Ausführungsformen tritt die Luft in
dichten parallelen Stromlinienschichten in die Verbrennungskammer ein, wobei jede Schicht eine Wirbelbewegung: ausführt.
Bei einer Ausführungsform wirbelt die Luft um eine Achse, die
ttrwa senkrecht zur Mittellinie der Zylinderbohrung 3teht. Der
Brennstoff wird durch Niederschlagung an einer -fand der Einlass vent ilöffnung eingeführt, so dass er durch eine Schicht
der einströmenden Luft in die Verbrennungskammer eingeführt Λ
wird. Etwas von dem Brennstoff benetzt die Zylinderkopffläche,
wenn er sie überstreicht, während der Rest von Brennstoff sich In der Endschicht m-it der Luft vermischt und zwar infdfee der
Wirbelbewegung der Luft, Der Brennstoff an der benetzten Fläche wird rasch verdampft, da die Wirbelnde Luft darüber streicht und
iiffundiert in die mit Brennstoff durchsetzte Schicht. Die
Wirbelbewegung der Luftschichten erzeugt eine langsame natürliche Abmagerung der Mischung in'die daneben liegende Frischluftschicht
hinein. Der Anfangsteil des Kompressionshubes erzeugt
ebenfalls eine leichte Mischung zwischen diesen Schichten. | Eine zusätzliche schnelle Mischung mit den Frischluftschichten
infolge der Druckwirkung tritt entweder als Funktion der Belastung
nuf oder nicht.*Selbst bei voller Belastung ist der
Zündzeitpunkt ro, dfss die Zündung auftritt, ehe die Drucki.'irkunr·
stark -enug ist, um die gesamte Wirbelbewegung vollständig
aufzuheben und eine uollständir^e Durchmiochung zwischen
allen Schichten hervorzurufen. Bei der Zündung ist daher eine
mit Brennstoff durchsotzte Endschicht und e5ne ^rischluftschicht
vorhander.
6AD ORIGINAL 9O9831/Q024
Bei einer anderenAusführüngsform der Erfindung wird der Brennstoff
mit niedriger Partikel ge schwindigke it eingeführt, indem
er gegen eine Kante des Einlassventiles gerichtet ist, so dass er in eine Endschicht der Frischluft ladung abgelenkt und gegen
die Zündkerze bewegt wird.
Hoch eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Rippe
oder eine Trennwand in der Eirlassventilöffnung vor, um die einströmende Luftladung in Teile grösseren und kleineren Volumens
zu unterteilen. Der Brennstoff wird mit niedriger Partikelgeschwindigkeit in die Luftaufladung kleineren Volumens
eingespritzt und in der Verbrennungskammer in die Endschicht an Frischluft eingetragen. Bei dieser Ausführung^ form ist
ausserdem eine Wirbelbewegung der Luftladung um die Längsachse
oder Mittellinie der Zylinderbohrung vorgesehen,
Weiterhin sieht eine Ausführungsform zwei parallel arbeitende Lufteinlassventile vor. Der grössere Anteil an Frischluft wird
durch ein erstes !Einlassventil eingelassen, während der Brennstoff
mit der übrigen Luft 3η der zweiten Einlassöffnung vermischt
wird und in den Zylinder als Endschichten eingeführt wird.
Bei noch einer anderen Ausführungsform werden zwei Einlnsrventile
benutzt, die nacheinander wirken, so dass etwa drei Viertel der Frischluftladung durch das erste Einlassventil eingelassen wird,
bevor dieses schliesst, wobei das übrige Viertel mit Brennstoff in der zweiten Einlassventilöffnung vermischt und alsdann in
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die Verbrennungskainmer als oberste Schicht eingeführt wird,
Weitere Ausführungsformen erläutern Konstruktionen, bei denen
die Luftschichten horizontal angeordnet rfund radial geschichtet
sind und bei denen der gesamte Brennstoff entweder direkt in die
oberste Luftschicht eingespritzt wird oder gegen entweder die Zylinderkopffläche oder die Oberfläche des Kolbens, Das gleiche
Betriebsverfahren, wie in den bereits besäiriebenen Ausführungsforraen
wird dabei durchgeführt, inden je nachdem die oberste
oder unterste Wirbelschicht mit Brennstoff durchsetzt wird, wobei -die leichte natürliche Diffusion und die schnellere
Druckwirkung die Durchmischung mit den daneben liegenden
Frischluftschlchtan proportional zur Belastung voran treiben, niemals jsäoch ausreichen, dass eine vollständige Durchmischung
tischen sämtlichen Schichten vor der Zündung erfolgt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Brennkraftmaschinenkonstruktion
zu schaffen, bei der ein Verbrennungsverfahren angewendet wird, welches Brennstoff in einem Luftüberschuss
in einer VJeisc verbrennt, dass stets eine wirksame
Verbrennung infolge partieller dauernder Schichtung erreicht wird,
1^ine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, bei der die Anwesenheit unerwünschter To 11·^ in den Abgasstrom herabgesetzt ist.
BAD ORIGINAL 909831/06 2 4
Ausserdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Konstruktion für
eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der der Brennstoff in die Verbrennungskammer in einer Weise eingeführt wird, dass
er keine Störung der Luftbewegung hervorruft oder eine besondere
Mischung zwischen den mit Brennstoff durchsetzten Schichten und denPrischluftschichten,
Ausserdem ist es Aufgabe der Erfindung eine Maschinenkonstruktion
zu schaffen, bei der das beschriebene Verfahren benutzt wird, k vrodurch eine Leistungsänderung nicht allein durch Steuerung
des Beginnes und des Endes der Brennstoffzufuhr bewirkt vrird,
sondern ausserdem durch Steuerung des Zündzeitpunktes als Punktion des Druckanstieges, derart, dass das Ausmass der
Mischung zwischen den mit Brennstoff durchsetzten Schichten und den daneben liegenden Frischluftschichten als Punktion der
Belastung gesteuert wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, die einfach in der Konstruktion ist, f einen guten Wirkungsgrad hat und wirtschaftlich herzustellen ist.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus den nachstehend an Hand der Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeisnielen der Erfindung,
Auf den Zeichnungen zeigen:
HAD 909831/062A DA
Pig, 1 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
die nach dem Schicht-Verbrennungsverfahren der Erfindung arbeitet.
Fig, IA einen Querschnitt in Richtung der Linie IA - IA der
Piß. 1·
Fig. 2 einen Querschnitt ebenso wie Fig. 1 durch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt ebenso wie Fig. 1 durch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,
Pig, 2A ist ein Querschnitt nach Linie 2Λ - 2A der Fir. 2,
iH Fig. 3 ist ein Querschnitt wie Fig. 1 und erläutert eine %
weitere Ausführungsform der Erfindung.
Fig« 3A und 33 sind Querschnitte nach den Linien 3A - 3A und
3B - 3T3 der Fi». 3 und 3A.
Fig. ^t ein Querschnitt wie Fi^. 1, der eine weitere AucfÜhrungs-
Fig. ^t ein Querschnitt wie Fi^. 1, der eine weitere AucfÜhrungs-
fo-rm der Erfindung darstellt.
Fie-,. 1IA und JJB sind Querschnitte nach den Linien *JA - HA und
Fie-,. 1IA und JJB sind Querschnitte nach den Linien *JA - HA und
HB - 1ie der Fi-. H und 'IA.
Fig. 5 und 6 Querschnitte wie Fi~. 1 und erläutern vettere
Fig. 5 und 6 Querschnitte wie Fi~. 1 und erläutern vettere
Ausführungsformen der Erfindung.
Fig, 5Λ, 6a und 6b sind Querschnitte nach den Linien 5A - 5Λ,
Fig, 5Λ, 6a und 6b sind Querschnitte nach den Linien 5A - 5Λ,
6a - 6a und 6h - 63 der Fic. 5, 6 und 6A.
Fig. 7» fi und 9 Querschnitte wie Fir, 6 und zeilen weitere
Abänderungen,
Die Tili~. 1 zei~t ledic-lich einen Zylinder einer Brennkraftmaschine
mit
bei dem das Verbrennunrsverfahren/geschichteter Aufladung gemäss der Erfindung durchgeführt vrird. Selbstverständlich können ebenpoviel gleiche Zylinder vorgesehen vierden, wie notwenrii-: sind, • so lan.re jeder Zylinder so konotruiert ist, dass er den
bei dem das Verbrennunrsverfahren/geschichteter Aufladung gemäss der Erfindung durchgeführt vrird. Selbstverständlich können ebenpoviel gleiche Zylinder vorgesehen vierden, wie notwenrii-: sind, • so lan.re jeder Zylinder so konotruiert ist, dass er den
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gleichen zu beschreibenden Arbeitsvorgang ausführt. Bei allen
Ausführungsformen, wie sie beschrieben werden, haben gleiche Teile die gleichen Bezugs zeichen..
Die Brennkraftmaschine nach Pig. I besitzt einen Zylinderblock
10 mit einer Zylinderbohrung 12, Die Zylinderbohrung nimmt den Kolben lh auf, der das eine Ende der Bohrung dicht abschliesst.
Das andere Ende der Bohrung ist durch den Zylinderkopf 16 abgedeckt, der gemeinsam mit den Wänden des Zylinders und der Ober-
* fläche des Kolbens eine Verbrennungskammer 18 mit veränderlichem
Volumen bildet. Der Kolben lH ist in der üblichen Weise mit der ■
nicht dargestellten Kurbelwelle■der Maschine verbunden, durch
die er aus der dargestellten Stellung in die obere Totpunktstellung
nahe der Fläche des Zylinderkopf^ 16 hin und her bewegt
wird.
Der Zylinderkopf ist mit einer Lufteinlassöffnung 22 versehen,
die mit einer Elnlaesarmatur 24 verbunden ist. Die öffnung 22
wird durch die Bewegung eines Ventlies 26 geöffnet und abge-F
schlossens welches Iu einer Bohrung 28 des.Zylinderkopfes gleitenc
geführt ist. In das Ansaugrohr 2A<
hinein ragt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 30e Diese besitst eine Düse 32, welche unter
einem geringen Winkel und mit niedriger Partikelgeschwindigkeit
einen Brennstoff strahl 31' gegsn die Wand 36 der Einlass öffnunr
25 spritzt. In die Vsrbrennungskarumer IB ragt eine Zündkerze
38 bis unter die Flachs 20 des Zylinderkopfes«
Sowohl der Kolbenkopf Ik als auch der gegenüberliegende Teil
des Zylinderkopfes 16 sind mit flachen Hohlräumen ko und *J2
versehen, die zwischen der. flachen Flächenteilen des Kol
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" 13 " ' 1528294
und der Zylinderkopffläche 20 einen Druckbereich k'4 erzeugen.
Der Zylinderkopf ist ausserdem mit einem Sitz HS für den Kopf 48
des Einlassventiles versehen.
Wie aus Fig. 1 erkennbar, sind das Lufteinlassrohr 2;i und die
öffnung 22 so ausgebildet, dass die Luftmasse in die Verbrennungskammer
hinein beschleunigt wird. Zusammen mit der gekrümmten Gestalt der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche leiten sie
also einen Luftstrom in die Verbrennungskammer In parallelen
Luftströmungsschichten und zwar mit einer Wirbelbewegung um ^
eine Achse, die etwa senkrecht zur Mittellinie 50 der Zyiinderbohrun:;
12 verläuft. Diese Wirbelbewegung wird während des Einlas shubes und eines Teiles des Kompressionshube?; aufrecht erhalten.
Durch geeignete Steuerung der Geschwindigkeit- l.es
^inlassluftstrahles und der Turbulenz erfolgt ledi'dii ■:■;, eine
verhältnismässig längspme ?Tischung oder· Diffusion suischen den
Schichten, Die frischluft Int auf diese Weise auf jeaenFail in
Sinsellagen geschichtet gehalten,
Während der Einführung der Luft ladung in die Veri-reniurgskammer
1° ::ird aus der Düse 32 Brennstoff eingespritzt, entweder in
kontinuierlicher orter unterbrochener ::inr,r>vxbzn:i * uru 3v;a:e ^c-s^n
die "7,1.1Ti 36 der EinlassePfnun-?, um dien-3 ^läohe ::u :>en^tzen
unrl \υλ eine Schicht 5? (Pi", IA) an ΓνΐΆϊΆΙαίt s die :-vi'. -er
Plr.che in :er;3hrun^ tritt, ^u aurchsetzen, Dle&e? T-.vj-.nr.atoti'
v.'Iri soenrjo v.ie der bereit? verda?npt*t-5 Brennsto'i z.^ae.m In
dio V-sr'-ir'onnunrT'kamn^r aln r;naBchicht getragen '-cy'X einige der
•r'>rr:"--"r:-n ."n;i.iJ::r.i.;:kß1t3nartlli:el v/oräen an eine11: Teil der Z'/luLC^y
20 niedergenchl'i^en. Die "T:I.cbalhewegung 5c:: r:dt ß-?nn
908831/062Λ BAD
.. 1528294 :
stoff iu^Qlissfcstea Sonlcht ¥srdampfi; dsn Brer-natoff aus der*
bsnecsüea Fiäelis rasen uad ils allniählicha ü^ * Ur *,ioha Durch- ■
mischung awisöhsE den Sciilohtsn vei'tt^aabht, a&ss einioer Brennstoff In als Luft dsi! daiie-ben liegenden Sohlen,, diffundiere»
De? Brennstoff öu^stisetst also is-i Anfaiig aine 2ndschlchtj
f-'U~ "i ?!?;r/üifsm ί1ΐ?ΐ·»θΗ fi'i^ ß"^i[ff5i*f»T!f5n0' Λ>&" ''ή'ί,^'^.ϊΛΓί'"-' "Iu *ΪΙ*Γ '· "^"t'OSffetl·"
den P^lseliluf^SoMeIiV iiiaexnwa-shBt und ^wa?^ iiifc:^;1? der leichten
ns/bür-liöhsn Klaoliiig siiisilia:! &m 'SahichtiJii divrsh «li- Molekular»
j3i?uök;v ^,pkunG; 3~?'ΆΤ'-Ζ ϊΐ&ΐιΐ'^ ^ίνΛ-. uoi "Hb Mis>\-~,'- r-^ ^λιό*! 2'ί
B'?-^iiii2t iQv Ko'ieen ^« d^n h;3;«'pfes3i^ß;öMius so wc^v-e!i die -;e-■-■■'ϊηίϊ.νϊ"-.ς-ί;όθίϊ
.υάgCTi ίάΐώίϋί.:-!: JäUi-iäüiriiGii g&.?i:u ',:"·., v?or-.>tr«-ij iii;ie
üie ffiiv bi-is='ir>^v.üfi ---.·>—ii&e^gtt; 8ch;iC-irüs Ä^^gPö'-^'i- auf 'ijnen
tindtei-t QtB ;?Λ?Ιΐηί3οΐ·ί imo aI^ feiwu ·:-ΐι^ Drittel tier geraunten
Lüft"<a;l:3lIaäuns bwi etwa 35° ν©Is oberem 'totpurüctla«?:? des Kolben« „
In diesem Zeitpunkt, xst- die D;;;iiokfi5rkune: noch nicht st^rlc ße-IVtI^j
uiü d:>
G Hirbfei üsvi&^-ng Bu fcc-einträchti^er;, Be:! ]elcl)tei»
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Ansammlung von Partikeln an Brennstoffflüssigkeit in der Tasche,
die später verdampfen und die einen angereicherten Bereich unmittelbar
rund um den Zündspalt ergeben, so dass die Zündung der Ladung sicher und mit hoher Energie erfolgt.
Bei höheren Belastungen 1st die mit Brennstoff durchsetzte Schicht
anfänglich reicher. Die Zündung wird daher nunmehr verzögert, bis die Druckwirkung ausreichend Beeinträchtigung der Wirbelbewegung
erzeugt, damit eine ausreichende Durchmlschtmg des Brennstoffes
mit den daneben liegenden Frischluftschichten erfolgt,
um eine sachgemässe Durchmlechung an der Zündkerze sur Zeit der
Zündung hervorzurufen. Die Anreicherung oder Stärke der mit Brennstoff
durchsetzten SbMent steigt daher proportional der Belastung,
Bei höheren Belastungen it Hirt die Mischung s,i., eine Hfelfte att
Volumens der Verbrennung:,-'.αγι!ώ--γ ein»
Bei voller Belastung senkt das weitere Ansteigen aei
Anreicherung und die notwendige längere Zündverzögerung die
Anreicherung der Frischluftschichten, die in der Zylinderbohrung verbleiben. Hierbei wird die Druckwirkung sehr stark und erzeugt
daher eine rasche Ahma^erun^ des Brennstoffluftgemisehes in die
daneben liegenden Frischluftschichten hinein. Die Zündzeitpunkteinstellung
wird indessen se gesteuert, da3s, ehe die Druckwirkung
eine vollständige Auf ISsunr; des Brennstoffes in sämtlichen Frischluftschiehten
hervorrufen kann, ale Mischung ς-ezündst vrlrd, so
dass eine geschichtete, im v;e&entl:ieben Frischluft enthaltende
Endschicht in denjenigen Teil der Kam.™ ar aufrecht erhalten ^ird,
jiie von der Zündkerze am weitesten entfernt ist. Dadurch wird die
Möglichkeit der Detonation verringert und es wird möglich, höhere
8 31/0624 BAÜ or«
Kompressionsverhältnisse anzuwenden.
Bei sehr leichter Belastung oder weniger als ein Drittel Belastung
findet die Zündung bei etwa 35° vor dem oberen Totpunkt statt und die Luft ladung,- die durch die öffnung 22 aufgenommen
wird, ist leicht durch eine nicht dargestellte Einrichtung
gedrosselt, derart, dass die sachgemässe leichte
Mischung bei-der Zündung erreicht ist.
Die Fig, 2 erläutert eine Konstruktion, liel der die Brennstoffzuführung
in die Verbrennungskammer in anderer Weise er- · folgte Das Gesamte-Verbrennungs-verfahrsn bleibt indessen das
gloiöhe» Fige 2 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Einlass
5Λ. einer EinlassÖffnung 56 und einem Einlassventil 58. Das
Einlassventil ist mit Begüg auf die Mittellinie der Zyllnder-
bolwung isysiieteiseh angeordnet und v&Psetst gegenüber der anderen
iii'v&sllini'S* Eis Zylinderkopf fläche 20 ist, ebenso wie in Fig.
2& ausgebildet^ fisss si$ mit der Gestalt eier Kclfcenoberfläclie
ieis vrl^ktf., mn einen LnftstP&H in parallelen Luftstrom1-
in öiG Virai^miURgskasHae? -sinsuleiten; -.vobei diese
ein® Wi^bslbsiie^-ing um eine MhBB auLführen» die
ißliSE EG:/E?5Gi3i£3 :m?>
Mittellinie d«i- Bohrung lieKi;,
Ρθρ "pyp&mis^oi:? -rli'ä währmia des Eiiilasehytos direkt ge^en die
.·.■ "■"■"■-. dss EiiiiSiSSföivüilss 5ß ei2v'ssS(::.:iv^·.: i.·:·.·;- -::; ohtunr" des
£\'-.^hlGS i::-^ so ai^g©?;£uilts äati ij^öli Abi^fcuüg dürch die Ventil
-:-::.äuhsP ε£2ΐι ä:".s ^ifJ^siglisitBpö^tii^^ ξι:ϊ; Lüi-dkarze 38 hin be-J7-5?£s:,
SiE Teil äss Epe2i?i3toffes wircl an der- Zylinderkop.ffläche
20 niedergeschlagen,- während äsr übrig bleibende Teil von der
■iOQ831/QS2i
Kantenschicht an Luft mitgenommen wird. Die Endluftschicht nimmt
daher den Brennstoff mit und vermischt ihn mit der Luft, wobei die .Wirbelbewegung der Schicht den Brennstoff von der Fläche
rasch verdampft und eine leichte Mischung des Brennstoffes mit der daneben liegenden Frischluftschicht hervorruft. Die Zündkerze
38 sitzt vorteilhafterweise so, dass sie in die mit Brennstoff durchsetzte Schicht hineinragt.
Der Verbleibende Teil des Verfahrens ist im wesentlichen der gleiche, wie er bereits in Verbindung mit Fig» I beschrieben worden
ist, D,h, also die Höhe der Druckwirkung, die zur Abmagerung der Mischung vor der Zündung notwendig 1st, wird als Funktion
der Belastung regiLiert, ist indessen niemals ausreichend, um eine vollständige Durchmischung hervorzurufen.
Die Fig. 3 zeigt einen unterteilten Einlass, um das Verbrennungsverfahren
mit geschichteter Ladung, wie es an Hand der Fig, I und 2 beschrieben wurde, auszuführen. Nach F±<*. 3 ist der Lufteinlasskanal
62 mit einer Rippe oder Trennwand 64 versehen, die bis abwärts an den Ventilkopf reicht und die den Kanal in zwei
Kanüle 66 und 68 von srösserem und kleinerem Volumen unterteilt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Hauptfrischluftladung
durch den Kanal 66 ^rösseren Volumens eingelassen,
während der Brennstoff auf einer Einspritzdüse '.70 in die Luft
des kleineren Kanales 68 eingespritzt wird. Der- Brennstoff wird
daher» n.ber das Einlassventil 72 in das Zylindervolumen in der Endluftschicht eingetragen und mit der Wirbelbewegung der Endschicht
rundherum getragen. Es werden die gleichen Einrichtungen
nn yihntufunr. dos Ventilumfan^es und an Gestaltung der Einlassöffnung
benutzt, ?'ie bei den vorauf gehenden Konstruktionen, um
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. 18 - ■ ■ /
der in parallelen Stromlinienschichten einströmenden Luft eine Wirbelbewegung zu erteilen. " «
Die grösseren Brennstoffpartikel werden an einem Teil der Zylinder kopf fläche niedergeschlagen und durch die Wirbelbewegung
der Endluftschicht rasch verdampft. Die Zündkerze 38 ist wiederum so angeordnet, dass sie in die mit Brennstoff durchsetzte
Schicht hineinragt. Obgleich der Brennstoff nach,der Darstellung
in den Kanal 68 durch die Einspritzvorrichtung 70 eingespritzt ) wird, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den Brennstoff
mit der Luft des kleineren Kanales 68 mittels eines eine reiche
Mischung erzeugenden Vergasers zu mischen.
Die Pig, 4, 4A und 4b erläutern eine Konstruktion, bei der ein zweites Einlassventil 74 verwendet wird und bei der die
beidenEinlassventile parallel arbeiten. Beide Einlassöffnungen 76 und 22 und beide Ventile 74 und $8_wirken mit der Gestalt
der Kolbenoberfläche und der Zylinderkopffläche so zusammen,
dass die· Einlassluft in das Zylindervolumen in parallelen Stromlinien
geschichtet wird, wobei jede Schicht eine ¥irbelbewegung
um eine Achse ausführt, die etwa senkrecht zur Mittellinie der
Zylinderbohrung liegt.
Das zweite Einlassventil 74 liegt in der J-ütte -ler Zylinderbohrung:,
Die beiden Ventile bewegen sich parallel uncl können
durch ctönselben, nicht dargestellten I'in^hec^l betätigt- werden.
Das Hauptvolumen an Frischluft wird durch 5es erste Einlassventil
1^B eingeführt und gleichseitig wird- ein Brennst rf f-Luft-Ggmisch
78 durch das zweite Einlassventil 74 einrplK!
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Der Brennstoff kann mit der durch die zweite Einlassöffnung
eintretenden Luft entweder durch einen eine reiche Mischung erzeugenden Vergaser gemischt werden, oder durch eine im Ein-
! lass vorgesehene Einspritzvorrichtung» Die zweite Einlassöffnung '
kann leicht gedrosselt werden, um eine reiche Durchnischung
der reichhaltigen Mischung mit dem Luftstrahl durch die erste Einlassöffnung sicher zu stellen.
Diese Art der Brennstoffzuführung ergibt eine Durchsetzung
einer mittleren oder Zwischenschicht der gesamten Liftladung·, (f
wobei zwei Endschichten an Frischluft verfeleibert, t-Ic aus- den
Fig. 4 urvi 'HTi erkennbar« Während das zweite Ventil in der Mitte
angeordnet 5.sr, Vr.nte es auch gegebenenfalls sr: der Seite
der Zylinderbchrun:-. ~r,r - "^dnet wer de ν-, ·; - e'.-rj- Erir^M-Cbt der!
wirbelnder Luft :·■■ ■ -■ - '■*■■■-■ ·'
Der weitere Betrieb erfolgt ir. wes<*r ■' ' ■■
Weise, wie sb bereits beschrieben wo-'ipi" -t -: -. -; ■.·.: ^ vs-λ
Brennstoffrartik«! benetzen einen TeiÄ "^r ·:-:' ^e-'-y-iT^oli^
20 an der ^i tt lere η Luftschicht und wsri^n "\v-.i-:': .1\-^ ·-^--h Jurch ™
die Wirbel!'β ν; ^ίτ:ί η v: ^e ρ Schichten verdar.pft, riie le'C1ItS
Diffusion swisehe:·. ;f>n^cnlchten verursacht t clast ii: "ischund
nach auseer hin \"-m ^«^'Fit^e aus ab%n^ert, r:.- An^-.-.nr^Vo·^.-pression
durch der ;'cl:"'?n' bsvirkt eine v*;ite^:e lai .'·*:?. ^IscI;i::i:T
de« Brenrstoffe? J.r. l:>r ^ΐΓ^τθΓβη Soliicht r:it ie:: ·;-'"tc^eiV''■'::
Luft» Je r^oh Belastung wire eine zt-T^ti:":J r".<" ^5;?1'- Durchs: cc;:u:-
6AD ORIGINAL
909831/062/.
mit den Frischluftschichten erreicht, indem die Druckwirkung
die Wirbelbewegung beeinträchtigen kann.
Nach den Ausführungsformen der Fig, 1 bis 1J sind die Einlassöffnungen
und Ventile so ausgebildet, dass sie der Einlassluft
eine Wirbelbewegung um eine Achse aufzwingen, die im wesentlichen
senkrecht zur Mittellinie der Zylinderbohrung steht. Nach den . Fig, 5 bis 9 sind die Einlassöffnungen und Ventile so ausgebildet,
dass sie eine Wirbelbewegung um die Achse der Zylinderbohrung erzeugen, so dass die Luftschichten horizontal angeordnet
sind und radial geschichtet.
Die Pig. 5 zeigt eine Konstruktion, bei der zwei Einlassventile
hintereinander betätigt werden, um das Verbrennungsverfahren gemäss der Erfindung mit geschichteter Aufladung durchzuführen.
Die Zylinderkopffische ist flach ausgebildet und das erste Einlassventil
80 sowie die öffnung 82 sind so ausgebildet, dass sie der eintretenden Luft eine Wirbelbewegung um die Längsachse
der Z^lindspboiiraßg ©stellen« Das Ventil und die öffnungen führen
lediglich fpisohl'-Lft- unä besitsen eine Abmessung, dass sie etwa
drei Viertel ösp gesamten Frischluft in die Zylinderbohrung
leiten, ehe das Venfeil 80 sich s.chlissst und das zweite Einlassventil
BH sich öf^uist.
Γι- 3:;-??;ns^öff "$ii~C in ü@t sweitin EiPlassöffnunn Pt entweder
ii:Z:0u .- --.mn '7si;gG-SS2? fib? reiche Mischung oder durch eine JEiLni'pri^gfci^iölviL^g
in dem Elnlassrohr, die nicht dargestellt sind,
vermisohtc Alsciann wird der Brennstoff mit de:^i verbleibenden
■ Viertel an in den Zylinder einströmenden Luftvolunen so eln<?eführ-':.-dass
die mit Er-snnstoff durchs^tgte iehicht ob<=n ^u^ -Ie^
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Frischluftschichten aufliegt.
Die zweite Einlassöffnung 86 kann so ausgebildet werden, dass
sie der mit Brennstoff durchsetzten oberen Schicht einen I-Jirbel
erteilt, oder die obere Schicht kann die Wirbelbewegung durch Reibung mit den wirbelnden unteren Luftschichten annehmen,
Das zweite Einlassventil 84 ist in der Pi-, 5Λ an der Seite der Zylinderbohrung angeordnet, es kann jedoch auch in der Mitte
angeordnet sein, wie es in der Fig, 4B dargestellt, ist. Das
zweite Ventil 84 ist mit einer hin- und hergehenden Ventilwir- (| kung ausgebildet. Der Ventilsitz ist in die Zylinderkopffläche
am Boden der zylindrischen Öffnung versenkt, Die öffnung hat etwas Spielraum gegenüber dem Aussendurchmesser des 7entilkopfe3,
Bei dieser Ausbildung kann das zweite Ventil sich zu bewegen beginnen, ehe die erste öffnung sich öffnet, wodurch ein
schnellerer Übergang zwischen den beiden Ventilen ermöglicht wird und eine bessere Belastung des Antriebes für das zweite
Ventil, Im Betrieb sind die offnungs- und Sehliessbe;/e.';;ungen
der beiden Einlassventile c;0 und 84 so eingeplant;, aass im Anfang,
während des erstenTeiies des Einlasshubes etwa drei
Viertel der gesamten Luftladung durch das erste Ventil mit einer
achcialen Wirbelbewegung eintreten. Von hier an bsw. bis zum
J0 Ende des Einlasshubes wird eine reiche Mischung, die etwa ein
to Viertel der Gesamt ladung darstellt, auf die Oberseite dee Luft-
Wirbels durch das zweite Ventil eingeführt, Während de-: Kom-Q
nrencionnhubes des Kolbens mischt sich die obere s.rx^ere
k> :?ischung mit der daneben liegenden unteren ?riεe-hlufr.schicht,
zo dnss etwa ein Drittel der gesamten IiuFt. bei fttwa 33" vor a-äin
obaren Totpunkt den Kolbeno durchsetzt nind, ehe -Ils Druckwirkung
aine zusätzliche Mist^w.^ hervoi·· zu-f-wfen berinnt. Der verbleibende
- da -
Abmagerungsvorgang der.Mischung ist ähnlich dem bereits beschriebenen
'"organg. Die Zündkerze 38 wird wiederum dicht neben die
Mitte dar Kit Brennstoff durchsetzten ober-en Schicht gesetzt. "
Bei den Konstruktionen nach B1Ig8 3. bis 4 wurde der Brennstoff
nicht direkt gegen d©a ZylinderkcpfflSche oder die Kolbenoberflache
gerichtet eingeführt, sondern er wurde mit Luft vermischt
entweder in. die erste oder die zweite Ventileinlcxsöffnurg eingelassen
oder gegen öle Wand der Einlassöffnung gespritzt oder
•tfon"dsr Kante des Einlassventllkopies abgelenkt * Dieses bedeutet,
dass mix- ein Teil de? BrennstoffpartikeX öle Eylinderkopffläche .
oder die Wände clep Yerbreiinungakammei? benamsen« Auch war der
Luftwirfc-ei iitöhö gl&eb ausgebildet, aa der Wirbel um eine Achse,
ate sesuiw?«ehi; sur Mittellinie aer gy-linderbohrüng verläuft?
Liif·.' In ©ine h&hn %m,r-.i .= s ύ;..>; sicfit 7oilSvi>;ilg zylindrisch
ΰ α*?-· Breams-Doff wird
i.sfc"h-.i--%?s «i-rig
li fc-Fguu, vmr daher
och iahten durch
aehslale Wirbelbewegung um die Längsachse der Bohrung erteilt
und zwar mit der Gestalt der Verbrennungskammer, die diese Bewegung unterstützt.
Die Lufteinlassöffnung wird durch eine Rippe 87 unterteilt, die
parallel zum Ventilschaft 22 verläuft und die sich längs der
Ventilumrisslinie erstreckt, wobei ein schmaler Spalt 88 verbleibt.
Die unterteilte öffnung macht eine Veränderung des Verwirbelungsausmasses der Luftladung möglich. Eine teilweise
Drosselung an der Innenseite 89 ruft eine erhöhte Luftgeschwindigkeit
im äusseren Teil 90 hervor und dadurch eine erhöhte Luftverwirbelung in dem Zylinder. Ein kompletter Abschluss
der inneren Seite 89 ruft die höchste Verwirbelung hervor.
Eine Brennstoffe« ^-:vV:z^ ;/ ' -h+w.-,; ul. pi-i-ri- *■-■■ ^v- c--eits
der Zylinderbohruns; 1' \r.\ ■":..■' ..", -"-r-- <
> <r " τ <■</■ ΑΛ -» "-'linriarkopffläche
20 nahe am Einlassventil "'-. :l :,., - ; ::/■ ι.
91 ist in diesem Falle eine einfache, άι in -·το^--·'-.Vl·.; : 3:le
einzige Forderung besteht, das-s der Brennst;":" , päl ^er-zn die
Zylinderkopf fläche gespritzt wird. Obgleich öz'r.e? ^r.n-pritsdiisen *
verv/endet werden, u~ den Brennstoff direkt in 6en ''ischinenaylinder
einzuspritzen und obgleich daher eine ^uie /^diehtung
für die Einspritivcrrichtuns notwendig ist, '-önner? s.J.ne Anzahl
Steuereipenschaften der üblichen Brennstoffeins^rit :?:rSuenie
weggelassen werden, to νή.^'- :..?. eine ;Iiich^^ssl; ? Herrtäuburr
der '-rannstο^fes nicht erforderlich, D?.iur?-h '-'lra '?.:*.2 V-rT-:endting
von Einspritzvorrichtungen ™it fester ;''-"Τπ-α:~-~ - ' :-^elrixen
^ins-5ritzdruc!c morlic":-. Die Aufrechterhait-xr~ vL.a~ :.dhus-
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Winkels für den Sprühstrahl ist nicht wichtig, ebenso sind die Charakteristiken von Anfang und Ende der Einspritzung sowie die
Gleichmissigkeit des Ausnasses der Einspritzung nicht bedeutend.
Auch kann die Dauer der Einspritzung so ausgebildet werden, dass
eine billige Einspritzpumpe verwendet werden kann. Die Einspritzung
erfolgt in dienern Falle während des ·Kompressionshubes
bald nach dem unteren Totpunkt, wenn der Zylinderdruck niedrig . ist. Daher ist eine Einspritzung gegen einen hohen Zylinderdruck
nicht erforderlich und die Verwendung von billigen Einspritzfe
düsen und Einspritzag~regaten ist möglich.
Venn der i3rennstoff direkt gegen die Zylinderkonffläche eingespritzt
wird und die Luftschichten in glatter Kreisbahn um die Bohrungsachse wirbeln,, wird eine sekundäre Luft bewegung bemerkbar.
Einer der Gründe hierfür liegt, wie bereits erwähnt, darin, dass, wenn die Luft rund um die Verbrennungskammer j»hr um eine
in wesentlichen senkrecht zur Bohrungsachse verlaufende Achse wirbelt, die Virbelbahn nicht so gleichförmig ist, als wenn die
Luft um die Bohrungsachse herun wirbelt, und den glatten S«itenwänden
der »Bohrung folgt. Deswegen ist die sekundäre Luftbewegung beim senkrechten Wirbel im Vergleich zur Gesantluftbewegung
vernachlässigbar. Auch neigt die Einführung des Brennstoffes in die Schicht an Stelle von oben auf die Verbrennungskammerwand
dazu, diese sekundäre Luftbewegunr weniger bemerkbar
zu machen.
In der Fig. 6 ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 91 ir. die
Zylinderwand eingesetzt, derart, dass der Brennstoffrtr°hl
■ niedriger 'Geschwindigkeit auf den Zylinderkopf ?.uftrifft unf
sämtlichen Brennstoff auf ihm absetzt. Die .\insnritzun~ finret
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des Kompressionshubes statt, wenn der Zylinderdruck noch niedrig ist. Während des Kompressionshubes verdampft der
Brennstoff und misclit sich mit der Luft in der Grenzschicht
der T.-rirbelnden Luft. In der Grenzschicht an der Zylinderkopfflache ist die tan^entiale Luftgesclr./indip-keit ~erinn;er als in
der Hauptluftmasse. Daher reicht die Zentrifugalkraft, die auf
die Holsküle der wirbelnden Luft einwirkt, nicht aus, um den
Saur;effekt des wirbelnden Kernes auszubleichen. Diese Unaus-'-e^lichenheit
erzeugt einen sekundären nach innen °-erichteten
Stron in der Grenzschicht. Die Luft^artikel naha der Zylinderlauffläche
beveger sieh nach innen und versuchen den Kern aufzufüllen. Der Ersatz dieser Luftnartikel stammt aus der ϊ-iauptluftnasse.
Der ^rennstoffda^.nf und die Partikel, die an der
Zylinderkopffläche neben der Grenzschicht niedergeschlagen sind,
'■rerden daher5 in den Kern des "Jirbels hinsinretra^en und ermögliche]
es, dass neua ^rischluftnartikel an die noch nn^se Z;/lind er kopf-
^l-.che -elan-en. Diesen Ilschverfahren ergibt eine DurchsetzunK
d?r obf-ren '"'c-iicht des LuftT:irbels mit Brennstoff und die
r/chi ent erhält eine leichte nach innen berichtete Anschwellung
in der i''itte.
j'ie rokundäre ""i^ch^irl-'in^ ergibt daher eine Durchset zun;"i; der
oberen ">.hicht der -rirbelnrien Luftschichten mit Brennstoff und
lJ.e -''rbleibanden unteren frischluft schichten bleiben ^schichtet
und Y '.nitzt-n eins VJirbelbevje^un.-* um die Längsachse der Z3rlinderbohrun".
BAD ORiOlNAL 909831/062A
Bei niedriner Verwirbelung ruft die langsame Mischunr oder
Diffusion des Brennstoffes in der durchsetzten Pchicht in die daneben liegenden Frischluftschichten hervor, dass die
Mischung auf etwa ein Viertel der Luftladung beschränkt bleibt, etwa 35° vor oberer Totpunktlar;3, ehe die .°t".rke der Druckvrirkun;?
ausreichend wird, um eine zusätzliche rasche Mischung
oder Ablagerung der Mischung in i-i-3 weiteren cnstossenden Frischluft.schichten
hinein hervorzurufen. Dies3 'Jirkunr, ist f-lhnlich
derjenigen, vie sie für die vorh'-ri^er Konstruktionen bereit?
b3scLrieben worden i^t. Bei ein Viertel Pelastum; wird daher
die Zündunr; ir. diesen Zeitpunkt stattfinden. Die Zündkerze 3"
ist, wie dargestellt, in einer Lage angeordnet, die es ermöglicht,
dass der Zündsoalt nicht an der Mitte der Bohrun~ lie^t.
Bei höherer ;'elartunr; "rird eine höhere Verwirbelun-; und Z-'lndverzö^e^unr
benutzt. Die höhere Verwirbelung kann durch ::esif;n9-te
Blockierung der Einlassöffnung, wie sie beschrieben wurde,
erreicht werden. Dies ergibt eine schnellere Verdampfung der
Brennstoffpartikel aus der benetzts-n Fläche und eine dickere
mit Brennstoff durchsetzte obere Schicht. Die spätere Zündunr
":entsttet er., dass die Druckwirkung ein ''Jachstun der nit Brennstoff
durchsetzten Schicht in die daneben liegende "rischluftschicht
hinein ermöglicht, um eine ausreichende Abrtanerunn der
Mischunr bis zur sach-;emässen Mischung im Zeitpunkt der Zündunr,
zu erreichen.
Wie bei den vor auf gehenden Ausführung formen wird ein Betrieb
mit leichter Belastmr* oder ein Betrieb mit -rGniger ^.Is ein
Viertel Last zum Beispiel durch teilweises Abdrosseln des Lufteinlasses
erreicht. 909831/0624 ^^ ^
Ein Betrieb bei sehr leichter Belastung kann auch ohne Drosselung erreicht werden, wenn eine veränderliche Einspritzzeit verwendet
wird. Eine späte Einspritzung geringer Mengen an Brennstoff ergibt eine kleinere Brennstoffdispersion und auf diese Weise eine
zündfähige obere Mischungsschicht von geringer Stärke.
Fig. 7 zeigt eine Abänderung der Konstruktion nach Fig. 6, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung 90 im Hittelpunkt des Zylinderkopfes
angeordnet ist und·bei der sie mit einem breiten Konusdüsenwinkel versehen ist, der den Brennstoff an die gegenüberliegenden
Seiten der Zylinderkopffliiche einspritzt. Diese Art der Anordnung 1st für Konstruktionen günstig, bei denen
Einheitsin.iektionsvorrichtungen verwendet werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere Abänderung der Fi^. 6, bei der die
Brennstoffeinspritzvorrichtung 92 in der Zylindervand angeordnet
ist und zwar nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens. Der Brennstoff wird hierbei an der Kolbenoberfläche niedergeschlagen.
Der Kolben besitzt wiederum einen Hohlraum 44, der gegebenenfalls nach der einen Seite versetzt sein kann, um günstigere Bedingunger
für den Niederschlag des Brennstoffes zu schaffen.
Die T?ir;. 9 zeigt noch eine andere Abänderung der Ausführung nach
Fig. 6, bei der die obere "Wirbelschicht mit Brennstoff durch Direkteinspritzung durchsetzt ist. Die Zylinderkopffläche 20
ist in dieser Falle flach, während der Hohlraun 44 in dem Kolben tiefer ist. Diese OestaltunTen erzeugen in Verbindung mit in geeigneter
Weife aungebildeter Ventileinlassöffnung (nicht darcre-
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stellt) eine hohe Verwirbelung der einströmenden Luft. Die
Zündkerze 38 ist so eingesetzt, dass der Zündspalt dicht an der
Mitte der Bohrung liest.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 9^ ist in den Zylinderkopf
eingesetzt und zwar in Längsrichtung"zur Zylinderachse. Gegebenen·
falls kann sie.leicht geneigt sein, oder etwas versetzt aus der Hitte angeordnet und geneigt sein. Der Brennstoff wird während
des Kompressionshubes eingespritzt und zwar etwa unter einem weiten Konuswinkel von 90° bis 180°. Die Zerstäubung des Brennstoffes
ist fein und gleichmässig und die Partikelgrösse kann ·
etwa 6 bis 10 mal grosser sein als sie bei Dieseleinspritzungen beispielsweise geeignet ist. Die Anfangsgeschwindigkeit der
Brennstoffpartikel sind niedrig. Geschwindigkeiten, die durch
10 erreicht
einen Druckabfall von aete«· bis 55 at'i z.B. eingeführt werden,
sind ausreichend.
Das Ende der Einspritzung ist konstant von Hull bis Ilalblast
und zeitlich so eingestellt, dass es etw.a 90° bis 30° vor oberem Totpunkt eintritt, über Halblast wird das Einspritzende vorverlegt,
um ausreichend Zeit zur Abmagerung der reichen Hi^chunzu
geben. Der Beginn der Einspritzung nuss eine funktion der
Beiast ung sein, sofern ein konstantes ri,insnritzverhältnir
angewendet wird. Bei leichter Belastung wenn die "insnritzung
kurz ist, dringen die Brennstoffpartikel nit niedriger Geschwindigkeit
nur ein kurzes Stück in die obere Schicht ier
wirbelnden Luft ein, ehe die Zugkräfte ien "irennctof nit der
Luft belegen. Inzwischen verdampfen die "Jrennstcfftrö^fcher.
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und mischen sich mit den Molekülen der umgebenden Luft, um die
oberste Schicht der wirbelnden Luft zu durchsetzen, die infolge der sekundären Luftbewegung eine Ausbauchung in der Mitte des
Wirbels besitzt. Die Einspritzgeschwindigkeit wird so gewählt, dass z.B. bei einem '.-Jinkel von 20° bis 6o° nach Beendigung der
Einspritzung, wenn die Zündung stattfindet, die durchsetzte Schicht die richtige Mischung für die leichteste Belastung
enthält,
jsi hohen Belastungen ist die Einspritzdauer länger. Daher ™
dringt der Brennstoff strahl tiefer ein. Das bedeutet, dass, ,je
eher die Einspritzung beginnt, die früher eingespritzten Partikel
in die Luft mit niedrigerer Dichte eingespritzt werden und auf
diese VTeise weiter eindringen. Dadurch ergibt sich mehr Dispersion
grösserer Brennstoffmengen und dadurch die Durchsetzuneiner
grosseren oberen Luftschicht mit einer richtigen
"unerring. Die Zündung lie^t bei grösseren Lasten später, so
d£ss die Druckwirkung eine zusätzliche Mischung hervorruft.
"Λο.± voller Belastung ist die Ladung bei der Zündung noch leicht Jj
f3cchichtet, so dass die Gefahr eine:.- Detonation vermindert ist.
Cb ;;·=■'~t sich also, dass die Erfindung ein Verbrennungsverfahren
""nschlchtetar Ladung benutzt, b^i dem ein Luftstrom in die Verbrsnnun-'-skammor
in dichten parallelen Stromlinienschichten mit "/irbolbe^e^un': um eine 'vemeinsame Achse eingebracht wird. Der
'.srennr.toff wird in eine Schicht in der V/eise eingebracht, dass
ο" ks-lne wesentliche Beeinträchtigung der Luftbewerunn; oder
BAD ORIQiNAL 90Ö831/062A
wesentliche Durchmischung zwischen der durchsetzten und der Frischluftschicht hervorruft. Eine rasche Durchmischung zwischen
der durchsetzten und der Frischluftschicht durch die Druckwirkung wird abhängig von der Belastung gesteuert, indessen
vrird in keinem Falle eine vollständige Mischung zwischen allen Schichten ermöglicht.
Es sind Abänderungen der Erfindung möglich, ohne aus dem Rahmen
des" ErfindunpsGedankens herauszutreten.
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Claims (1)
- fflr Brennkraftmaschinen, tel dera doit Brennefcoff-Luft-fiteiifleh durch eine 28ndkerse .-,esflndet wird, dadurah g«ktnns«lchn«tf d&sn die Ladunr Verbrennung«» luft unttr Wirbelbildung in parallelen Stromlinien schichtweise in den Cylinder <!er Hrennkraftnaeehin· «rfcvl^.t» das« die Br#nrsetofriedunr nur in ·1η# der Luftechichton mit neringer :«- aehwindiriieit dtr Pnrtlk«! *»Iar*l>rAcht t^ird und diui? die s#!.t~ Hche CineteXlune d*r Hr«nn«toffKttfuhr eo =r««tea«rt vflrd# vtr.se die «it ίtrennet©ff duroha«txttn "ehicht^n zur ".«it d#r ZJindunr xdndfllhi? sind, «Ehrend «lie Sündunf? statt findet y ehe die Druck- «firkun.s d«s Μο(φΓΐ9ΐ·Γ«ηα·η Kol^na «ine vollttt;.n»ilre Durch* der *#8fuQt«rn .«ehlchten bewirkt hat»2· Vepbr*nnun(te#*rffthr«n n*cr. Artspruch 1, dcdurnt* t-.tk<.nneeieh«· net, da· κ dtr Brennstoff alt niedri r*r fte.tebwiruti^fceit .{--en eine von einer Luftschicht fineretrlohen« Flache /re«prfl;<t wird# «β dnss er ver<l*er»ft und la den Luftwlrböl {-*lenirttt nowie in «Inen benaehbitrten Luft wir bei nlnein diffundiert, ohne snmtlleh« parallelen Luftwirbel su erreichen..1· yerUrennunRefrerfuhren naoh An«prucii 1 ur.d 2t dr:;duroh g# l:er:ntelchnet, d«er, dl« neoenelnaitder lie 'er:d«m Luftwtrt>el u» eine aenkreeht *ur ".ylinderiertse Rteaeiide- ACh^e «irbeln.H9 Verbre inunraVfirffthren rftC Annprue-S 1 und 2, dadurch "e ker.f.aeioimet, <ia«.« dii· n^bepf-!»ander llccndei! ;*urttftriitl u« «./linderte! sft herum wirbeln,909831/0624Verbrennung» νβι» fahren nach Anspruch 1 &ie *, dadurch , dm« der Srennefcoff in «in*» OpensWirbel tl wird, cter die Sylinderfipent hestreioht.6· Verbr*nnuneererfRhren nach Anbruch 1 bis ** d&dureh kemiKe lehnet» dl«·* der Brennstoff In'»Inen sswlechtn dtn «irb#ln i-elögenen LuftMrirt«*l «tngttprüht wird.7# Verrbrennunsovtrfahr«n nach Aneprutfh I bis 6, dadurch u-e· k«nnseiohttett des« die Ladung: im ilnlaesluft In alnt« rröfisex wnd ein·« kl«in«r«n Ttil unterteilt wird, dats. der Brennstoff :ita kleineren T»iX <1·γ Ladunf: tuf^ef12hrt μΧρΛ und fine <lle ϊ;(InUUn1T tntepreehend <1θγ E«Xaitun^ 4er H*schine so «eit ver· E5g#rt xlrd, <iaes eint *usreichende Fiaehun«; von Luft und etoff duroh atm Kolbenilruck bei der Κοτ:ρΓ*$»1ση in elni -er '. oeleohlchten «rreieht wlrtl, jedoch nicht in allenZ* VerbrennunfT ever fahren nach Anspruch l «i» 7, dadurch --.e· kennet lehnet, dar? β der Sprvlhstrahi des »JrennstoffoR 'e^-en eine Flficne des. Klnlaeirentlle« der Brenntcraftisneehlne wirvl, die ihn s*f,en die EylinderflÄche und In der: Ablenkt» wodurch er9· Verbrennunpc/iverfahren :i»:ch Antprucii 1 biß % dadurch .-.*· kennie!ehn*t, dft»a uin Teil der ?.inlaBfluft in re.tnera Zustand durot/ ein Klnlaaaireritil #in**ela«nen wird, ^fthr+tnd ein weiterer Teil der riinlaesluft in Poras «Ines i-eclrASRcltc '!«Biisches niedriger OesehvlndtKkeit iurch ein ,-felteres ventil U-' der Hitte der Hrer-rikam:»«?? »a^enihrt ^irrt, -·οΐβί » ainlaai?:Veatile parallel arbeit«^,90983 1 / 062 A5 O10* Verbrennung«verfahren niuih Anspruch 1 Ma 9P dadureh k*nn**.tchn*t, dass die beid*n Einlassventil· nacheinander öffnst11, V«rbrenim»c;ev*rfalir«n nach Antpruoft 7 bis 10, dadurch ·*- k«nnselehn*t» daes 4er grosser« Luftanttil in radial t3#r an^eordn^tftn v;irfeel»chicht#R inwirrt»12, Vei^rtmmttffsverf&iiren naeh Anaorueh 1 bis llt rifedurohdi«t ^eaamte Yerbrennunislttft In radial suKirbelachi«!itaa in d#ri iylind»r und der -Brennstoff ^«iron <ii0 ?!ylliK!#rktjpfflÄehe i<«apr,Jht13« V«rbreiinunp;av*rrahr*n nnch Ansrruoh X fois 12» itaUurch iuinnsiiiehnfct, u»9s die «In>;*f-'i;irte i^uft teilw#iae .»'«drosselt«ach Ansnruoh 12 and 13# daiureti ?-*· eiuiet, dass d*r Sr«nnst»fr an fii* :-' r.äfj tie« £ylim!*rin>pf9» »owt* In die oberste ••ier Luft ^ia15. Vdj»br*?;ftun<>:averfahren rmoh Ληίί^ιηιοη 12 und 13« da-iureh ?:«· , das* ii«r brennstoff ?'StS#tt di# "'.ol^orofeirflAche U*r un-Λ in iie untsr^t« '--rtrbelaeMcht '.i«r Luftlö» '/erbrer.nunivJiverfahrea nacr» Anspruch 12 vm«l 13, dadurch **«- J> der : r*nnstoff nur in dl·909831/0624 dör Luft eiu -ö»:>rit5it «ir<1.gAD17» Verbrennuwgaverfahren naoh Anspruch 1 bis IS9 daduroh re· kenneeicnnet, dass 41· ;irefin»toff*ufuhr und dl· Zflndunji seitlich 1» Verhältnis sur Belastung der Maschine tn 4er Wels« >;·- steuert sind, tiaae dl« mit Brennstoff äurchaetaten Sohlehten bei niedriger Bftlaatunit t«eaiim1et werden, bevor dl* Druokwlrkunf, des ko:nprlKl*r«m1*n r»lbena eine Ahwaperunff der durehr.efceten Schlehken hervorruft, b&X Tellfcelaatun« dann» wenn die DruekrHrkung öee kolben» eine tetli*«lse Abaawerun-: der durchastit^n "oisicht*n bKw· Ausbreitung des Brennstoffdurch^attes In weiteren ,.irbeschichten bewirkt hat und bei Vollaat dann, nachd»« die Druckwirkung? alrse raaehe r/urefeiischöng einer Mehrxahl von W!rbelluftaehlohten bewirkt iiat, ohne aber »Ine voll»tAndl**e Buren· »fintilüher WirbeXluftechiebten bewirkt «u babtn·"irennkriftaftechlne »lt einem Verbrennung*verfahren nachI bJU 17» dadurch Kekenn«elehn*t, ilase de« rir*Xaeev«r>tl] Ui« «ln;;«Xai»aane Luft In parallele ^trorainien un:i .vcrslchten unti»rt«llt und eine VlrbeXbewegunE atr Luft uk «IIe Aehue Λατ Sy-HnderUohrun ■* h^rvi>rruft und iaas der 7.ün<ia«it;>unkt tn Abn-Snc!/-K4»lt von tier 'i)^la»tung der ,%s«hine und als Funktion tt«r Druckwirkung des komprimierenden Kolben» a«f 11« i.:r«nn«toffvertellunr die einzelnen Luftsöhichtsn so verateilt wird, das* (!ΐβ^ *ta vor .siner vollatSr.dll'
Luftaehichten19· Jrennkraftisaechine nach Anspruch I^. rtf»<lurch -ökannaelehnet.den ;3«» :'lnlöß3V*Jitiles richtet.*° 2". irennkraftmaachine nach Anspruch 1^, <ialurch -die ^r«nn8toffdase tien Brennstoff strahl «;e"*en el^en Teil de»BADEinlassventil·* (60| selbst richtet«21. AretinJcraftitasehlne nach Anspruch IB bis 2O9 dadurch g·· kenntelohnet, da*« vor de* Einlassventil (T2) «In« Trennwand (61) Ie Luftweg vorgesehen 1st» die den Luftstrom» unterteilt.22« Brennkraftmaschine «ad» Anspruch 1* bis 20, dadurch ge« kennzeichnet* dass aehrcre Einlassventile (43, 7*1) für mehrereLuftetröne vorgesehen sind, und das« der Brennstoff durch eineswirbelnde der Ventile (T*) sugefünrt und in eine mittlere wirrte**«* Luft*schiebt elnseföhrt wird.23· Brennkraftmaschine naoh Anspruch 22, dadurclt cekennttichnet, dass eines der Ventile (?4) ein« geringere Durchlesaffihipkeit beeitet, als die anderen (*H), dass <ias kleinere Ventil (7t) nach den anderen Tentilen (*?) geöffnet vird und die Brennstoff sufuhr d»rch das kleinere Ventil (71O erfolpt.2*· Brennkraftmschine nach Anspruch 1*, dadurch ?ekenn*eichnet, dass der iirennstoff /regen die Plftohe des Zy linder kopf es wird·25» iirennkraftntasehlne nach Anspruch I1 und 2k, dadurch ςβ-kennseleUnet, dass der Brenntitoff an beiden «Gelten der Fläche des ZyIInderkorfe* elnRSpritst wird.26. brennknift!V!?tchine nach Anspruch 1% dftdurch rekenn«ciohne1 i*ae der brennstoff reccen die Kolfienoberflach· eiripeepritst wird,BAD ORIGINAL 909831/062/.27· Sr«nnkrftft»aß«hln0 naoh Anspruch IS, dadureih is zeichnet, da» β d«r Brennstoff, in dl* oberste wirb#3nde Luft-· »hhicht *In^asrrit«t wird*909831/062/.
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