DE1526302A1 - Motor mit Kompressionszuendung - Google Patents
Motor mit KompressionszuendungInfo
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Description
Dl. E. WIlGAND . 2UO0 HAMBURG 1, (β .· CC
MÜNCHEN BALlINDAMMJi ΙΟ· ·» Jf'
DIPL-INO. W. NIfMANN telefon, 330475 1526302
HAMBURG
PATINTANWXLTI
.IU 22 518/66 8/fflö
Institut Francais du Petrole, des Carburants et Lubrifiants,
Rueil-fftalrnaison, Hauts-de-Seine (Frankreich)
Motor mit Kompressionszündung.
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Kompressionszündung arbeitenden Brennkraftmator derjenigen Art, der
am oberen Teil seines Zylinders eine Vorkammer aufuieist,
in u/elche der Kraftstoff in jektor mündet und u/elche mit der
Hauptverbrennungskammer über einen Übertragungskanal in Ver bindung steht, wobei der Zylinder einen Kolben enthält,
der an seinem oberen Teil mit einem Ansatz versehen ist, welcher am Ende des Kompressionshubs in den Übertragungskanal eindringt.
Der ^auptziueck der Erfindung besteht darin, einen
solchen motor (nachstehend auch mit "Motor der betrachteten Art" bezeichnet) zu schaffen, dessen Verbrennungslüi
rkungsgrad sich für jeden liiert der Kraftstoff ladung in
dem dafür vorgesehenen Änderungsinterval3 seinem maximalen
Wert nähert.
BAD
0098U/Ü646
Bei Motoren der betrachteten Art wird die in die
Hauptverbrennungskammer eingelassene Verbrennungsluft
während des Aufwärtsganges des Kolbens gegen die Vorkammer v/erdrängt und bildet beim Hindurchströmen durch den Ringraum zwischen der Wand des Kolbenansatzes und der Wand
des Übertragungskanals Luftstromfädeni in welche der Kraftstoff
eingespritz uiird.
Die Homogenität des von der Luft und dem eingespritzten
Kraftstoff gebildeten Gemisches wird aufgrund einer dem Kolbenansatz und der Vorkammer gegebenen zweckentsprechenden
Gestalt erhalteni welche bewirkt, daß die in die Vorkammer eintretenden Luftstromfäden sich auf lUirbelbahnen
bewegen.
Ein Motor der betrachteten Art verhält sich am Anfang
der Verbrennungsphase wie ein Motor mit wenig geöffneter Vorkammeri da seine Vorkammer dann flur über einen engen
Durchgang mit dem oberen Teil des Zylindere in Verbindung steht, welcher die Hauptverbrennungskammer bildet.
Daraus ergibt sich, daß die Verbrennung sich aus der Vorkammer in die Hauptkammer mit einem Fackeleffekt fortpflanzt,
welcher die Wirbelung in der.Hauptkammer erhöht und so das Beschickungegemisch homogenisiert, wodurch bei
voller Ladung die Verbrennung vollständiger gemacht und ermöglicht wird, den IKlotor mit einer an Kraftstoff reicheren
Beschickung als im Fall von Motoren mit unmittelbarer Einspritzung (ohne Vorkammer) arbeiten zu lassen, was sich
0048U/0646 bad original
in.einer Erhöhung der maximalen Leistung ausdrückt.
Die. betrachtete Motorart u/eist gegenüber bekannten
Motoren mit wenig geöffneter Vorkammer, d.h. bei denen die Vorkammer mit der Hauptkammer über einen engen Durchgang in
Verbindung eteht, dessen Querschnitt über den ganzen Arbeitezyklus
unverändert bleibt, den Vorteil einer Verminderung der Energieverluste auf, die beim Übertritt der
Gase aus der Vorkammer in die Hauptkammer entstehen, da
bei Motoren dBr betrachteten Art sich der Querschnitt des
den Gasen dargebotenen Durchgangs vergrößert, wenn der Ansatz des Kolbens sich aus dem Übertragungskanal in dem
Maße zurückzieht, uie sich die Verbrennungsgase entspannen.
Dieser knergieverlust ist jedoch bei den früher vorgeschlagenen
Klotoren der betrachteten Art keineswegs
vernachlässigbar, bei denen das Totvolumen des Verbrennungsraumes (Restvolumen am oberen Totpunkt des Kolbens) im wesentlichen
van der Vorkammer gebildet ist.
Bei diesen fflotjren schlieft die VorKamiier zu Beginn
der Verbrennung quajri die gesagte Ladunu aus Kraftstoff und
Verbrennungsluft ein, und daner ist die Verbrennung von der
Jburtraguncj eines erheblichen üasvjlumens aus der Vorkammer
in die HauptwT :.ner begleitet. Die ο ei dieser übertragung
auftretenden thermischen Verluste bleiben infolgedessen
betrachtlich.
Ein weiterer Nachteil der fr'Jh^r vorgesccilaijensn [fioto-
0098U/0646
ren der betrachteten Art besteht darin, daß sie nicht ermöglichen, einen Grad der Homogenisierung der Beschickung
(Kraftstoff plus Luft) zu erzielen, der in kontinuierlicher Weise progressiv abnimmt, uienn sich die Gesamtmenge an eingespritztem
Kraftstoff vermindert.
Es ist experimentell festgestellt morden, daß , tuenn
für die volle Kraftstoffladung die maximale Reichheit der
Beschickung eines filotors mit Kompressionszündung (jenseits
uielcher in den Auspuffgasen Rauch auftrittf uias in einer
unvollständigen Verbrennung zum Ausdruck kommt), d.h. die dem Maximum der Leistung entsprechende Reichheit mit einer ■
möglichst homogenen Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungsluft erhalten tuird, demgegenüber bei sehr geringen
Ladungen der optimale spezifische Verbrauch (ausgedrückt als die je Einheit des Arbeitsproduktes verbrauchte
Kraftstoffmenge ) für heterogene Verteilungen des Kraftstoffs
in der eingelassenen Luft erhalten wird.
Dht [iiotor gemäß der Erfindung meist die Nachteile der
früher vorgeschlagenen Motoren der betrachteten Art nicht auf, lueil er ermöglicht, einerseits die thermischen Verluste,
die bei der Übertragung der Verbrennungsgase aus
der Vorkammer -in die Hauptka.nmer auftreten, lueitestgehend
zu beschränken und andererseits einen Homoqenisierunysgrad Λ
dfer (liotorbeschickung zu erzielen, der in kontinuierlicher
Weise progressiv abnirnnt, wenn sich die Ladung vermindert.
uer filotor gemäß der Erfindung» d(=r ein Motor der bett
0098U/06A6
trachteten Art ist, ist gekennzeichnet durch die Kombination
eines Injektors, der den Kraftstoff im wesentlichen gemäü
einem gegen den Ubertragungskanal gerichteten konischen Schleier einspritzt einer Form der Wand dieses Kanals,
welche im wesentlichen der Kontur dieses konischen Kraftstoff schleiers folgt, einer komplementären Form des Kolbenansatzes, die sich in der Nähe des oberen Totpunktes im
wesentlichen dem konischen Kraftstoffschleier an seiner
Innenseite anpaßt, wobei der Kolbenansatz eine Höhe hat, die den Beginn seines Eindringens in den Ubertragungskanal
für eine Winkelstellung der Kurbelwelle zwischen 35 und
15 vor dem oberen Totpunkt gewährleistet, und einer in der oberen Fläche des Kolbens ausgebildeten ringförmigen
Umfangsvertiefung, die tangential in den Kolbenansatz übergeht
und in der Hauptverbrennungskammer ein Totvolumen begrenzt, welches mindestens 70 % des gesamten Totvolumens
ausmacht.
Bei dem Motor gemäß der Erfindung beginnt bei voller
Ladung das Einspritzen nicht merklich vor dem Beginn des Eindringens des Kolbenansatzes in den Ubertragungskanal ,
und in der Praxis beträgt der zulässige maximale Abstand
zwischen dem Beginn des Einspritzens bei voller Ladung und
dem Beginn des Eindringens des Kolbenansatzes in den Übertragungskanal nicht mehr als 10 des Drehwinkels der
Kurbelweile.
Die Einspritzung endet vorzugsweise vor dem oberen
0098H/0646
Totpunkt und spätestens in dem Augenblick des Zyklus, der
einer Lageverschiebung der Kurbelwelle von 5 hinter den oberen Totpunkt entspricht.
üie Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung
beispielsweise näher erläutert.
Figo 1 ist eine Teilschnittansicht einer ersten" Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Injektor und
der Ansatz des Kolbens auf der Achse des Zylinders angeordnet sind.
Fig.2 A und 2 B zeigen schütnatisch die gleichförmige
Verteilung des Kraftstoffs in den gesamten Verbrennungsraum bei voller Ladung, und sie entsprechen
dem Beginn bzw. dem Ende des Einspritzens bei voller Ladung.
Fig. 2 C und 2 D zeigen den Kolben in den gleichen Stellungen, die er in Fig. 2 A bzw. in Fig. 2 B einnimmt, jedoch beziehen sie sich auf das Einspritzen
bei einer sehr geringen Ladung, wobei dieses Einspritzen
erst in der Stellung des fast vollständigen Absperrens der Vorkammer beginnt, woraus sich
Bine sehr heterogene Verteilung des Kraftstoffs in den gesamten Verbrennungsraum ergibt.
Fig. 3 veranschaulicht sine zweite Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher der Ansatz des Kolbens mit Bezug, auf ie Achse des Zylinders exzentrisch angeordnet
und gegen die Achse geneigt ist.
00$8U/0646 . BAD ORIGINAL
Fi-g. 3a ist eine vergrößerte Unteransicht einer Injek-•torart,
die mit Vorteil bei der zuzeiten Ausführungeform der Erfindung verwendet uierdsn kann.
Bei der in Fig. 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform der Erfindung hat die im Kopf 1 des Zylinders 2 ausgebildete
Vorkammer 3 eine Umdrehungsform um die Achse des Zylinders· Die Vorkammer 3 steht über einen Übertragungskanal 4 mit dem oberen Teil des Zylinders in Verbindung,
welcher die Hauptvertjrennungskaminer 5 bildet.
Der in die Vorkammer 3 mündende Injektor 6 liegt gleichfalls
im wesentlichen auf der Zylinderachse, wie auch der an
Jem KoIbBn 7 vorgesehene Ansatz 8, der in den Übertragungskanal 4 eindringt, u/enn sich der Kolben in seine obere
Stellung bewegt· Die Verbrennungsluft uiird über ein Ventil
11 eingelassen, während der Auspuff dar Verbrennungsgase durch ein Ventil 12 gesteuert uird.
Der Injektor 6 ist uon derjenigen Art, der einen Kraftstoffstrahl
abgibt, uielchor die Form eines konischen Schleiers
hat, der getjen den ringförmigen Raum gerichtet ist,
welcher am Ende des Kompressionshubs zwischen der Wand des Ansatzes 8 und der Wand 9 des L'bortragungskanals 4 gebildet
ist.
Es kann beispielsweise ein mit einer Spitze versehener
konischer Injektor van der Art verwendet werden, wie er
in dem Buch "Injection an controls for internal combustion^
009814/0646 0RlQlNAt
-G-
engines", Kapitel 9, insbesondere Seite 112, Fig. 146
(verlegt won Simon Qoardman Publishing Corp.) aufgezeigt
ist,
Uei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsheispiel
weisen der Kalbenansatz U und die Wand 9 des Übertragungskanals 4 im wesentlichen die Gestalt von Umdrehungskegelstümpfen
auf, die an der Spitze im wesentlichen den gleichen
Winkel wie der Kraftstoffschleier haben, der in dem betrachteten
Fall ungefähr 6Ü betrLgt,
Allgemeiner ausgedrückt haben bei einem Motor gemäß
der trfindung die uJand des Kolbenansatzes Q und die UJand
des Übertragungskanals 4 komplementäre Gestalten, die der- ■ jenigen des Kraftstuffschleiers entsprechen, d,h0 im wesentlichen
parallel zu diesem v/erlaufen, Vorzugsweise haben diese UJände jedoch die kegelstumpfförmigen Gestalten des
in Fig. 1 wiederqegebenen Ausführungsbeispiels, wobei
die Öffnungswinkel der bei den Kegelstumpfe (Winkel an der
Kegelspitze) zwischen 20 und 140 betragen können und sich
voneinander um nicht mehr als 20 unterschieden.
bei einem weniger als 20 betragenden Öffnungswinkel
dieser Kegelstumpfe und des KraftstoffStrahls ergibt sich,
daß die Gasstromfäden, die aus der Vorkammer durch den
zwischen dem K-olbenansatz 8 und der li/and 9 des Übertragungskanals
4 gebildeten Ringraum hindurch in die Hauptkammer eintreten, wenn sich der Kolben in die Nähe seines
oberen Totpunktes befindet, auf die obere Fläche des Kolbens mit einer zur Achse des Kolbens zu kleinen Neigung
v auftreffen. Sie werden demzufolge von dem den Ansatz
0098U/06A6 l bad original
mit der Oberseite dos Kolbens verbindenden übergangsfl;.ichenstijck
stark abgebremst Lind können den Umfang der
Hnup tuBTbr innuncjskammür nicht erreichen.
iJornäU dar ErfindLjng vergrößert sich der Querschnitt
des Casstrums aus der Vorkammer 3 in die Hauptverbrnnnungskaiiiiiür
5 durch den ringförmijen Raum zwischen dem Kolbenansatz
B und der 'JüantJ 9 des Kanals 4 hindurch in kontinuierlicher
ILeis;e sehr allmählich, wenn der Kolben sich von
den oberen Totpunkt entfernt, rim oberen Totpunkt beträgt cJieser Uuer-;chni tt nicht mehr als 1 % der Zy linderbohrurjn,,
und er errnicht beispielsiue ise Fi % der Zy 1 inderbohrunq, uierin
ΊίΓ Ko 1 .ennnsa tz 8 v/oll ständig aus dem Über trag ungs kanal
zurückgBZoijsn ist.
Uni einen ausgeprägten Ucirkammern f f ek t nahe dem oberen
Totpunkt zu erzielen, soll der JURr..chni11 des (jasstroms
für eine tft-irachiebung das Kolbens in üezug auf den oberen
Tutpunkt, die einer Drehung der Kurbelwelle von jr_ 2U
entspricht, kleiner als 5 % der Zy1inderbohrung bleiben.
Jer maximale ijutrjchn ί 11, eier flam Gasstrom uon dem
L'bertraguncjskanal 4 dargeboten mird, soll in allen" F'illun
nicht iijhr als 10 % der ZyI inderhnh run j bötragen, und der
iuer schnitt des ringförmigen üurcfi jangfs ziuiac:hen den UJünden
ilus Ko 1 bBn:nisatzen 0 und des Kanals 4 soll weniger alr>
H /j der Zy L inrl. rbohrung betragen, luenn die fipitz» des KolbenafisatzHS
in i t dem unteren Ende de;"? Kanals 4 bündig liegfc
(il.ti, ii/eiin die Ansatzspitze in den Kanal ü inzud r Lngen btj-
0098H/0646 o
- lü -
ginnt).
Der kleine Wert des Durchgangsquerschnitt tes, der den
Gasen zwischen der Vorkammer 3 und der Hauptkanmer 5 in der
flahe dBB oberen Totpunktes dargeboten iuird, gestattet,
ti inen ausreichenden Ladeviirlust zu erhalten, um eine gute
Uirbelunq der am Ende der Kompression in die Vorkammer
strömendan Verbrennungsluft und dor zu üeginn der Verbrennung
in die H-aup tkammer eintretenden Gase (uranig geöffnete
Vorkanmer in der rJühe des oberen Totpunktes) zu
erzeugen,. Die untere Grenze ist durch technologische Betrachtungen
festgelegt (ausreichendes Spiel zwischen dem Kolbenansatz und der Uand der Vorkammeröffnung, um das Arbeiten
des Motors zu ermöglichen), ujobei jedoch auch der
Umstand zu berücksichtigen ist, daß für zu kleine Durchgangsquerschnitte die Ladungsverluste übermäuig groß werden.
Die UJand des Kolbenansatzes ß ist vorteilhaft mit einer
oder mehreren spiralförmigen Rillen 13 versehen, ujbI-che
sich iygebenenf ails, wie in'Fig» 1 angedeutet, auf die
obure Fläche des Kolbens fortsetzen können und melche die
Wirbelung der am Ende der Kompression in die Vorkammer eintretenden Luft und der am Beginn der Verbrennungsphase aus
dar Vorkammer austretenden i/erbrennungsgase begünstigen.
Diese Rillen Vi sind vurzugsiuuise dnrarfc rjsiichtet,
driü v>Lu eine tan jontioLs» Komponente in eier Hichtiing haben,
die dem Strom der Luft gegeben ijt, diu durch die :.iit ilem
Ventil LL verbundene Ein LaOIe i tuntj eintritt, um üie um
009814/0646 bad or««*.
die Zylinderachse herum er) olgende IUi rbelbeuiegung, die
üblicherweise der Verbrennungsluft im Augenblick ihres
^urchtritts ohne das Ventil 11 zufolge einer zweckentsprechenden
Gestaltung der Einlaßleitung erteilt und auf diese
Weise von den Gasen mährend des Arbeitszyklus beibehalten iuird, zu verstärken oder zumindesi nicht zu behindern, iuas
eine weitere Verbesserung der Homogenität des Kraftstoffgemisches
bei voller Ladung ermöglicht. Die spiralförmigen
Rillen 13 in der lila η d des Kolbenansatzes 8 können vorteilhaft
mit in der Uand 9 des. Übertragungskanals 4 ausgebildeten
Rillen oder Nuten 14 zusaronenuii rken.
Da das Einspritzen in der Nähe des oberen Totpunkts,
erfolgt, verhält sich der RIotor wie ein Motor mit zu Beginn
der Verbrennungsphase wenig geöffneter Vorkammer, und die Verbrennungsgase, die aus der Vorkammer durch den ringförmigen
Raum zwischen dem Kolbenansatz 0 und der.Wand 9 des
Übertragungskanals 4 hindurch gemäü den eingezeichneten
Pfeilen in die Hauptkammer 5 eintreten, erzeugen in tjer
Hauptkammer 5 eine starke Wirbelung, die noch durch die
Form erhöht wird, welche der oberen Flachs; des Kolbens 7
gegeben ist, in der eine ringförmige Vertiefung 10 ausgebildet
ist, welche den Ansatz 8 umgibt und in diesen tangential übergeht. Diese Vertiefung 10 erzeugt in der
Hauptverbrennungskanmer 5 ein Tutvalumen (Restvolumen am
oberen Totpunkt des Kolbens), u/elches wenigstens 70 % des
gesamten Totvolumens ausmacht.
0098U/0SA6 bad
l'Jenn sich der Kolben 7 abwärts bewegt, vuifjrößert
sich der Querschnitt des zwischen der Vorkammer 3 und der
Hauptkammer 5 befindlichen Durchgangs für die Gase, der
gegen die gesamte Üffnungsflache des Übertragungskanals 4
gerichtet ist, wodurch die Ladungsverluste der strömenden Gase herabgesetzt und«damit die thermischen Verluste
vermindert werden.
Sobald der Kolbenansatz B die Öffnung des Kanals 4
vollständig freigelegt hat?, verhalt sich der Motor wie ein
Motor mit unmittelbarer Einspritzung, da dann die Vorkammei
weit geöffnet isto
Ein motor gemäß der Erfindung weist gegenüber früher
vorgeschlagenen Motoren der betrachteten Art, bei welchen
die Vorkammer quasi das gesamte Totvolumen am oberen Totpunkt
bildet, den Vorteil einer Verminderung der thermischen Verluste bei der Übertragung der Verbrennungsgase
aus der Vorkammer in die Hauptverbrennungskammer auf.
Diese Verminderung der thermischen Verluste ergibt
sich daraus, daß bei einem Motor gemäß der Erfindung das Volumen der Vorkammer 30 /° des gesamten Totvolurnens des
Verbrennungsraumes nicht überschreitet, und demzufolge erstreckt sich die Übertragung der Vßrbrennungsgase aus der
Vorkammer in die Hauptkannner zu Beginn dor Verbrennung auf
ein begrenztes Gasvolumen.
Der sich daraus ergebende Vorteil uird jedoch bei
einem Motor r_.emäß der Erfindung nicht auf Kosten einer
0098U/0646 l BAD ORIGINAL
- 13 -
weniger guten Homogenität des LuFt-Kraftstoff«Gemisches
und damit einer weniger guten Gesamtleistung bei voller Ladung als bei Motoren der betrachteten Art erzielt, bei
welchen die Vorkammer praktisch das gesamte Totvolumen bil«
det, d.h» bei welchen das gesamte Gasgemisch in der Vorkammer
von den in sie am Ende dBr Kompression eintretenden
Luftstromfa'dan durcheinandergewirbelt wird und bBx welchen
der Fackeleffekt, der in der Vorkammer entsteht und die
Homogenität des Gasgemisches zu Beginn der Verbrennung noch weiter erhöht, sich auf ein größeres Verbrennungsgesvolumen
erstreckt*
Tatsächlich wird, da, wib dies die Figuren 2A und 2 B
zeijen, die Einspritzung bei voller Ladung ein wenig vor
dem Eindringen des KolbenanaatzBS in den Übertragungskanal
oder zu Beginn dieses Eindringens beginnt, der eingespritzte Kraftstoff gleichzeitig in die Vorkammer und die
Hauptkamrner verteilt, und zwar aufgrund der gemäß der Er~
findung vorgesehenen Anpassung der lüand das Kolbenansatzes
und der Wand dee Übertragungskanals an den von einem zweckentsprechenden
Injektor eingelassenen konischen Kraftstoffochleier und der besonderen Form der in dar oberen. Fläche
des Kolbens ausgebildeten ringförmigen Vertiefung. Diese ringförmige Vertiefung, die tangential in den Kolbenan«
sntz übergtsht, und der Richtung des Kraftstoff Schleiers
angebaut i j t, führt den Kraftstoffschleier bis an die von
dür Zylinderachse am weitesten entfernt liegenden Stellen
der Hauptverbrennungikammer, und der Kraftstoffstrahl wird
0098U/0846 bad original
nicht durch Auftreten auf die UJand des Ansatzes oder die
obere Fläche des Kolbens abgebremst.
Unter diesen Bedingungen verteilt sich der eingespritzte Kraftstoff bei voller Ladung in die Hauptkammer
(zu Beginn der Haupteinspritzung; v/ergl« Fig. 2A, wo der
Übertragungskanal weit geöffnet ist) und gleichzeitig in die Vorkammer (besonders am Ende der Einspritzung in der
Nahe des oberen Totpunkts, uienn der Kolbenansatz den Übertragungskanal
zu einem großen Teil absperrt; vergl. Fig. 2 B)
Unter diesen Bedingungen gewährleistet der tflotofc
gemäß der Erfindung bei v/oller Ladung eine sehr homogene Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungsluft, die den ganzen Verbrennungsraum (Hauptkamrner und Vorkammer) ausfüllt, was die Erzielung einer hohen Gesamtleistung
begünstigt.
gemäß der Erfindung bei v/oller Ladung eine sehr homogene Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungsluft, die den ganzen Verbrennungsraum (Hauptkamrner und Vorkammer) ausfüllt, was die Erzielung einer hohen Gesamtleistung
begünstigt.
In dem Maße, wie gemäß der Erfindung die Ladung
oder Kraftstoffmenge ebnimmt, uiird der Beginn der Einspritzung in Bezug auf denjenigen bei voller Ladung verzögert, mann ein festes oder sich mit der Ladung wenig
änderndes Einspritzende angenommen u/ird.
oder Kraftstoffmenge ebnimmt, uiird der Beginn der Einspritzung in Bezug auf denjenigen bei voller Ladung verzögert, mann ein festes oder sich mit der Ladung wenig
änderndes Einspritzende angenommen u/ird.
Mit anderen Worten, das Einspritzen beginnt umso
später im Verlauf des Eindringens des Koibenansatzes in
den Übertragungskanal, je kleiner die einzuspritzende
Kraftstoffmenge (Ladung) ist. Daraus folgt, daß der mittlere Querschnitt des Durchgangs, der dem Schleisr des
eingespritzten Kraftstoffszwischen dem Kolbenansatz und
Kraftstoffmenge (Ladung) ist. Daraus folgt, daß der mittlere Querschnitt des Durchgangs, der dem Schleisr des
eingespritzten Kraftstoffszwischen dem Kolbenansatz und
BAD ORiQJNAL
0098U/0646
dur Uand des Übertragungskanals dargeboten wird, abnimnt,
wenn sich die Ladung vermindert.
Für sehr geringe Ladungen (Fig. 2 C und 2 D) ist dieser Durchgang mährend des Einspritzens sehr wenig geöffnet,
und demzufolge verbleibt quasi der gesamte Kraftstoff in der Vorkammer, u/as eine starke Heterogenität der Verteilung
des Kraftstoffs in der Luft ergibt, welche das gesamte Totvolumen (Vorkammer plus Totuolumßn der Hauptkammer)
ausfüllt.·
fc-ine kontinuierliche Lrhöhung der Ladung, die nit
einer kontinuierlichen Vorverlanerung des Einspritzbeginns
mit Bezug auf den oberen Totpunkt erhalten wird, ist auf diese Weise mit einer progressiven und kontinuierlichen
VergröÜerun ι äes mittleren Querschnitts des während des
Linspritzeris dem Kraftstoff schleier zwischen dem Kolbenansatz
und der lüand des Übertragungskanals Jprgebotenen
Durchgangs v/erknüpft, und zwar aufgrund der bei einem
füiotor yemäG der t_rfindung vorgesehenen zweckentsprechenden
und sich dem Kraftstoffstrahl anpassenden Gestalten des
Kolbenansatzes und des Übertragungskanals.
Daraus ergibt sich somit bei einem filotor gemäß der Erfindung
eine progressive und kontinuierliche Erhöhung der Homogenität der Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungsluft,
wenn die Ladung in kontinuierlicher Weise zunimmt, und dies ermöglicht, f-"ir jeden Ladungsuiert den
besten Verbrennungswirkungsgrad zu erzislen,
0098U/0646
OiG konti nui ei liehe /'ndcruny der I'Aai chf'nrmi ykei t
dur ijfjtaisung e nes fnutors gemäß dc;r '-rfinduny in Mjhänyigkeit
von dor Ladung kann in dom grüßten Ttail dos E3ereiches
der verwendeten Ladungen oder sogar in dem ganzen Bereich
erhalten u/erden, indem ein von der Ladung im wesentlichen unabhängiges Einspritzende angennmr:ien und das Einspritzen
bei voller Ladung erst höchstens 10 (urehungsgrnde der
Kurbt-liuell e ) vor dem Beginn des Eindringens des Kolbenansatzes
in den Übertragungskanal begonnen ujird. nie bereits
üben ermähnt, wird das Einzuritzen spätestens für
die Winkelstellung der Kurbelwell e vcn 5 hinter dem oberen
T υ t ρ u η k t beendet; υ ο r ζ u g ε ω e i ε e erfolgt u i e B e; tj η d i g u η y des
Einspritzens vor dem obertn Totpunkt.
Der Übertragungsknnal und der ihm zugeordnete Kolb-jnansatz
werden ebenso wie der Injektor vorzugsweise auf der Achse des Zylinders angeordnet, wobei die Vorkammer eine
Umdrehungsgestalt um die Zylinderachse hat, ujie dies für
das Ausführungsbeispiel gern.'jß F'iy. 1 ^n encrnmen ist.
Dies gilt fir alle diejenigen fülle, in denen die Zylindurbohrung
ausreicht, um eine solche Anordnung zuzulassen, wobei auch der von den j'entilsitzen auf der Wand des Zylinderkopfes
eingenommene Matz zu berücksichtigen ist.
Dadurch, dai3 dem Kalbenansatz und der Vorkammer im
wesentlichen nie Zylinderachse als Achse gegeben wird,
werden die beiden nachstehenden u/ichtigtn Vorteile erzielt:
1. Es wird eine regelmä3iye Verteilung der thermischen
• ·
0098U/0646 *BAD ORlGfNAL
belastung des Kolbens erhalten (die Isuthurmenkurven
lassen die Achse des Kolbens nls Symmetrieachse
zu), was regelmäßige! Umfangsausdehnunfjön
ergibt und den heißesten Teil des Kolbens von cien Segmenten entfernt,
Es ist möglich, eine zuf riedenstel le;nde Höhe der uasiuirbelung selbst an denjenigen Stellen der Hauptv/erbrennungskammer, die am weitesten von der mit der Vorkammer in Verbindung stehenden Öffnung entfernt liegen, mit einer kleineren Anfangsenergie der aus der Vorkammer austretenden Gase zu urhalten, als wenn die Vorkammer bei gleichem Durchmesser der Verbindungsöffnung mit Bezug auf die Zylinderachse exzentrisch liegen ujürde.
Es ist möglich, eine zuf riedenstel le;nde Höhe der uasiuirbelung selbst an denjenigen Stellen der Hauptv/erbrennungskammer, die am weitesten von der mit der Vorkammer in Verbindung stehenden Öffnung entfernt liegen, mit einer kleineren Anfangsenergie der aus der Vorkammer austretenden Gase zu urhalten, als wenn die Vorkammer bei gleichem Durchmesser der Verbindungsöffnung mit Bezug auf die Zylinderachse exzentrisch liegen ujürde.
Es folgt daraus, daü diese axiale Anordnung der Vorkammer
gestattet, d«s Luft-Kraftetoff-Gemisch nah· der
vollen Ladung in den Zonen der ^auptverbrennungskammer
zu verbessern, die von der mit der Vorkammer in Verbindung
stehenden Öffnung am weitesten entfernt liegen.
Dies kommt, wenn sonst alles andere gleich bleibt, in einer Verminderung des Gehaltes an Unverbranntem bei
tien hohen Kraf tstof f reichhei ten und in einer besseren Ausnutzung
der eingelassenen Verbrennungsluft zum Ausdruck.
Ls int tuch möglich, einen Motor gemäß der Erfindung
zu verwirklichen, bei dom der Kolbenansatz ti mit Bezug
JOQ90U/O646
BAD
- IU -
auf die Achse des Zylinders eine exzentrische und/oder geneigte Lage einnimmt,
Fig. 3 veranschaulicht uin Ausf ührungsbeiispiul, bei dem
cJ i β Vorkammer 3, der Kolbenansatz B unu dar Injektor ß
mit Bezug auf die Zylinderachse exzentrisch angeordnet und gegen diese Achse geneigt sind, wobei die uiesentl iuhen
Merkmale der Erfindung bewahrt bleiben, nämlich eine im
wesentlich gernäß einem konischen Schleier erfolgende Einspritzung
des Kraftstoffs und eine Anpassung der $and 9
des Ubertragungskanals 4, der Wand de· Kolbenansatzes B
und der in der oberen Fläche des Kolbens ausgebildeten
ringförmigen Umfangsvertiefung 10 an diesen konischen
Kraftstoffschleier.
Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise für
die kleinen Zylinder verwendet werden, wenn der von den Ventilen ie Zylinderkopf eingenommene Platz eine Anordnung
des Kolbenaneetzes entsprechend derjenigen gemäß
Fig. 1 verbietet.
Damit bei einer Ausführungsform von der in Fig. 3
veranschaulichten Art die exzentrische Lage des Kolbenansatzes 8 jnd des Injektors 6 bei voller Ladung nicht zu
einer weniger guten Gleichförmigkeit der' Kraftstoffverteilung
in dem Teil des Totvolur.iens führt, der sich in der
Hauptverbrennungakammer befindet, ist es von Vorteil, einen
Injektor zu verwenden, der nehr Kraftstoff in ilie Zone 5a
der Hauptkammer einführt, deren Volumen großer als dasjenige
dar Zone 5 b ist, wobei diese beiden Zonen durch die Ebene
OO.aU/O6i» BADOR,Q,NAL
begrenzt sind, welche die AchsR des Injri. torn enthalt und
rech tu'i nkl ig zu df?i Ebene uerl iuf't, welche durcn din ΰρϊΐ.ζπ
des Kolhenansatzes hindurchgeht und die ZyI i ndnraclisß enthält.
tin Beispiel eines Injektors, der/zu diesem Zuieck
v/eruiendet werden kann, ist in F"ig. 3a in Unteransicht
(von dem Übertrag ingskanal 4 aus gesehen) in gegenüber
Fig. 3 wiirgröHertüni fllaßstab iui edergegebun. Hei dienern
Injektor habon die Kraftstoff au·; tri ttsöf'f nunyen auf der dem
Linspritzen in die Zpnn 5a der Mauptl· a-iiior entsprechenden
äeite (Öffnungen 15a) einen größeren uciarntquerschni tt nls
auf der dem Einspri tztän in die Zone 5t1 di±r Hauptkainmer entt^rechenden
Seite (Üffnjngen lf)b).
0098U/0648 BAD
Claims (1)
- Patentanspruch«.1. Motor mit Kompressionszündung, der am oberen Teil seines Zylinders sine Vorkammer aufweist, in welche der Kraftstoffinjektor mündet und welche mit der Hauptverbrennungekammer über einenf Übertragungskanal in Verbindung steht, wobei der Zylinder einen Kolben enthält, der an seinem oberen Teil mit einem Ansatz versehen ist, welcher am Ende des Korapressionshues in den Übertragungskanal eindringt, gekennzeichnet durch die Kombination eines Injektors, der den Kraftstoff im wesentlichen gemäß einem gegen den Übertragungskanal gerichteten konischen Schleier einspritzt, einer Form der Wand des Übertragungskanala, die im wesentlichen der äußeren Kontur dieses konischen Kraftstoffschleiers folgt, einer komplementären Form des Kolbenansatzes die sich nahe dem oberen Totpunkt im wesentlichen der inneren Kontur des konischen KraftstoffSchleiers anpaßt, wobei der Kolbenansatz eine Höhe hat, die den Beginn seines Eindringens in den Übertragungskanal für eine Winkelstellung der Kurbelwelle zwischen 35° und 15 vor dem oberen Totpunkt gewährleistet, und einer in der oberen Fläche des Kolbens ausgebildeten ringförmigen Umfangsvertiefung, die in den Kolbenansatz tangential übergeht und in der Hauptverbrennungskammer ein Totvolumen begrenzt, welches wenigstens 70 /o das gesamten Totvolumens ausmacht.2. lotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß009814/0646 '8ADORlGiNAl.dar Injektor für einen Einspritzbeginn bei voller Ladung eingestellt ist, der einer Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht, die um höchstens 10 in Bezug auf diejenige vor· verschoben ist, welche dem Beginn des Eindringens des KoI-benansatzes in den Übertragungskanal beim Aufwärtsgang des Kolbens entspricht.3. Biotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Kolbenansatzes und die Wand des Übertragungskanals im wesentlichen die Gestalt von Kegelstumpfan haben, deren Öffnungswinkel, die im wesentlichen gleich dem Öffnungswinkel des konischen Schleiers des eingespritzten Kraftstoffs sind, zwischen 20° und 140° liegen und sich voneinander um weniger als 20° unterscheiden.4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Kolbenansatzes mit spiralförmigen Rillen versehen ist·5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daQ der Querschnitt des ringförmigen Durchgangs zwischen der Wand des Kolbenansatzes und der Wand des Übertragungskanals kleiner als 5 % der Zylinderbohrung bleibt, solang· die Verschiebung des Kolbens in Bezug auf seinen oberen Totpunkt kleiner als diejenige bleibt, die einer Ulinkeldrehung der Kurbelwelle von + 20 ° in Bezug auf den oberen Totpunkt entspricht..6. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die üiand des Kolbenansatzes mit wenigstens einer spiral-0098U/0646föreigen Rille v/ersehen ist, dia sich auf dia obara Fläche das Kolbens erstreckt.7» Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Übertragungskanals mit wenigstens einer Rille oder Nut versehen ist.8, Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor, der Kolbenansatz und der Übertragungskanal exzentrisch zur Achse das Zylinders angeordnet sind.9· Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenansatz mit Bezug auf die Zylinderachss exzentrisch liegt,10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor den größten Teil des Kraftstoffs in diejenige Zone der Hauptkammer einspritzt, die auf der Seite dar Zylinderachse mit Bezug auf die Ebene liegt, deiche die Achse des Injektors enthält und rechtwinklig zu dar Ebene verläuft, die durch dia Spitze das Kolbenansatzes hindurchgeht und dia Zylinderachse enthält.0098U/0646 BADORIG-NAL
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