DE2439806A1

DE2439806A1 - Einrichtung zum optimieren der verbrennung von luft- und kraftstoffbestandteilen bei nach dem otto- oder dieselprinzip arbeitenden brennstoffmaschinen

Info

Publication number: DE2439806A1
Application number: DE2439806A
Authority: DE
Inventors: Guenter Elsbett; Klaus Elsbett
Original assignee: Elsbett Geb GmbH
Current assignee: Elsbett Geb GmbH
Priority date: 1974-08-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE2439806C2

Description

Anmelderin: Firma Gebr. El s b e t t GmbH

8543 Hilpoltstein

Vertreters Fritz M e r t e n·

Patent- und Zivilingenieur

8501 Schwarzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25

Zustellungsbevollmächtigter i siehe Vertreter

Titels Einrichtung zum Optimieren der Verbrennung von Luft- und Kraftstoffbestandteilen bei nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitenden Brennstoffmaschinen

E 34

16.8.1974
me/s

98 10/0419.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Optimieren der Verbrennung von Luft- und Kraftstoffbestandteilen bei nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen mit vorzugsweise im Kolben derselben vorgesehenen, rotationsförmigen Brennraum, welcher zum Zwecke seiner Temperierung nach einem vorgegebenen Wärmebild mindestens teilweise nach außen wärmeisoliert ist und welchem in axialer, sich öffnenden Richtung ein den Brennraum begrenzender Zylinderkopf vorgelagert ist, wobei im Zylinderkopf mindestens Einlaßorgane für die der Verbrennung zuzuführenden Luftbestandteile vorgesehen sind und diese Einlaßorgane drallbildende Einbauten aufweisen.

Es ist im Bau von Brennkraftmaschinen geläufig, daß eine gute Verbrennung von Luft- mit Kraftstoffbestandteilen besonders dann möglich ist, wenn zum einen eine geordnete Vermischung der zu verbrennenden Teile und zum anderen eine für die Verbrennung optimale Temperatur im Brennraum erzielt werden. Diese Maßnahmen allein, gewährleisten eine gute Kraftstoffausnutzung, d.h. einen hohen Wirkungsgrad bei niedrigem Verbrauch, so daß die Bestrebungen beim Bau von Brennkraftmaschinen dahin laufen, eine Wärmeisolierung des Brennraumes gegenüber den sonstigen, gekühlten Bauteilen der Brennkraftmaschine zu erreichen. Bei bisher üblichen Brennkraftmaschinen nach dem Ottoprinzip ist es, infolge des sich daraus ergebenden unkontrollierten Verbrennungsablaufes, schwierig, diese Erkenntnisse anzuwenden. Brennkraftmaschinen nach dem Dieselprinzip mit Vor- oder Wirbelkammern - haben zwar bereits sehr heiße Brennräume, sie kommen aber dem vorgenannten Ziel wegen der hohen Verluste durch Luftarbeit vielfach nicht nahe.

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Um diesen Erkenntnissen im Rahmen der bisherigen Möglichkeiten Rechnung zu tragen, ist es bei einer nach dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung des Kraftstoffes in einen im Kolben vorgesehenen, rotationssymmetrisehen Brennraum bekannt, den Brennraum nach einem vorgegebenen Wärmebild in der Weise zu temperieren, daß der der Brennraumöffnung benachbarte Abschnitt des Brennraumes sehr heiß, der dem Brennraumboden benachbarte hingegen sehr "kalt" gehalten werden. Um dieser Forderung Rechnung zu tragen, ist im Bereich der Brennraumöffnung ein Einsatz in Form eines sogenannten Glühteiles vorgesehen, welcher gegen die Brennraumwand so stark wärmeisoliert ist, daß kaum Wärme aus dem Brennraum über den Einsatz an den Kolbenmantel gegeben wird. Diese Maßnahmen, die mitunter auch den Vorteil einer weitgehenden Unterbindung der Blaurauchbildung haben, reichen vielfach bei kleinvolumigen, schneilaufenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere nach dem Dieselprinzip nicht mehr aus, weil bei diesen nicht nur der notwendige heiße Brennraum, sondern auch die erforderliche gute Gemischbildung schwierig zu erreichen sind (vgl. DT-OS 15 76 013.1-13).

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Einrichtung zu schaffen, mit der auch bei kleinvolumigen Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen nach dem Dieselprinzip, ein geordneter Mischvorgang, eine erhöhte Wärmedichtheit und ein geringerer Blaurauch erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Zylinderkopf an seiner dem Brennraum zugewandten

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Seite eine den überwiegenden Teil des Durchmessers des Zylinders abdeckende und gegen den Zylinderkopf wärmeisolierte Platte aufweist, und daß an dieser Platte im Bereich der in den Zylinder mündenden Öffnungen, mindestens der der Einlaßorgane, drallbildende Einbauten vorgesehen sind.

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es wird zudem der Vorteil erzielt, daß die Einrichtung ohne großen Aufwand auch an schon bestehende Brennkraftmaschinen leicht angebracht werden kann. Hierzu kommt, daß durch Einbau der erfindungsgemäßen Einrichtung auch bei solchen Brennkraftmaschinen ein Drall, insbesondere der zu verbrennenden Frischluft, erzeugt werden kann, bei denen mangels entsprechender, drallbildender Organe in den Ansaugkanälen eine solche Drallbildung bisher nicht möglich gewesen war.

Um die Schließorgane der Ein- und Auslaßkanäle betätigen zu können, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mindestens der im Einlaßorgan vorgesehene, drallbildende Einbau jeweils eine zentrische Ausnehmung für die Führungsstange eines deren Öffnung verschließenden Ventils aufweisen. Damit ist sichergestellt, daß das Führungsmittel des Ventils ausreichend geführt, so daß auch dessen Paßgenauigkeit gegeben ist,

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zum Zwecke der Wärmeisolierung der Platte gegen den Zylinderkopf zwischen diesem und der Platte ein Luftvolumen vorgesehen ist. Durch die Einschaltung eines solchen Luftvolumens zwischen der Platte und dem Zylinderkopf wird gewährleistet, daß die Platte ausreichend

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gegen den Zylinderkopf wärmeisoliert ist, so daß auch die notwendige Temperierung des· Brennraumes aufrechterhalten werden kann. '" . -

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können insbesondere den verbleibenden UnteranSprüchen entnommen werden.

Um der in einen Zylinder einzubringenden Frischluft einen Drall zu verleihen, ist bei einer bekannten Brennkraftmaschine ein schaufeiförmiger Einsatz an einer Ventilstange angebracht, und es ist dieser Einsatz so ausgebildet, daß er nur einen Teil der Einlaßöffnung umspannt. Dieser Einsatz, der an der Ventilstange fest angebracht ist, wird mit dieser entsprechend den Öffnungsintervallen des Ventils auf und ab bewegt und vermag aufgrund seiner nur teilweise ausgeführten Ausdehnung auch nur einen Teil der Frischluft um die entsprechende Brennraumächse zu lenken. Der vom Einsatz nicht erfaßte Luftstrom fließt ungerichtet in den Brennraum ein und kann somit mangels einer geordneten Luftdrehung in keiner Weise zu einer optimalen Verbrennung der Luft mit den Kraftstoffbestandteilen beitragenο Auch ist dieser Einsatz nicht wärmedämmend ausgeführt, so daß die Verbrennung des zur Verfügung stehenden Kraftstoff-Luftgemisches auch nicht nach einem vorgegebenen Wärmebild erfolgt. Aus diesem Grund ist dieser bekannte Einsatz nicht geeignet, zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beizutragen (vgl. DT-PS 490 094).

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeisplele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt;

Figo 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Zylinder mit darin geführten Kolben sowie den Zylinder

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abdeckenden Zylinderkopf mit der an diesem angebrachten, erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine solche über zwei Ventilöffnungen reichenden Einrichtung, wobei diese von Ventilsitzringen am Zylinderkopf gehalten wird,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Einrichtung mit

nur im Frischluftkanal vorgesehenem, drallbildendem Einbau und

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen drallbildenden Einbau mit den an ihm vorgesehenen Leitschaufeln.

An einem Zylinderkopf 1 mit Einlaßkanal 2 für die Frischluft und Auslaßkanal 3 für das Abgas ist an der einem Brennraum 4 zugewandten Seite die erfindungsgemäße Einrichtung vorgesehen, welche im wesentlichen von einer Platte 5 gebildet wird, die entsprechende Ventilöffnungen 6, 7 für die Ein- und Auslaßkanäle 2 und 3 aufweist und die gegen den Zylinderkopf wärmeisoliert ist. Die Wärmeisolation ist bei dieser Ausführung durch ein Luftvolumen gegeben, welches sich in einem Spalt 8 zwischen der Platte 5 und dem Zylinderkopf 1 befindet. Die Platte 5, die bei dieser Ausführung über den Durchmesser des Zylinders 10 reicht, ist an ihrem Rand über eine Kopfdichtung 9 gegen den Zylinder gedichtet. Um insbesondere der in den Brennraum 4 einströmenden Frischluft einen Drall um die Brennraumachse X zu verleihen, weist die Platte 5 an ihrer Einlaßventilöffnung 6 einen drallbildenden Einbau 11 auf, der wiederum Je nach Ausführung desselben mit der Platte aus einem Stück besteht oder als besonderes Bestandteil gefertigt ist. Zum Durchführen, beispielsweise eines KraftstoffStrahles einer Einspritzdüse 13

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in den Brennraum 4 ist in der axialen Verlängerung eines im Zylinder 10 geführten Kolbens 14 eine Bohrung in der Platte 5 vorgesehen, und es weist diese Bohrung einen Einsatz 12 auf, der fest und dicht mit der Platte 5 verbunden ist und auf dessen den Brennraum 4 abgewandten Seite die Einspritzdüse über eine Dichtung sich abstützt. Aufbauend auf der Erkenntnis, daß eine optimale Verbrennung der Kraftstoff- mit den Luftbestandteilen besonders dann möglich ist, wenn der Brennraum 4 nach einem vorgegebenen Wärmebild temperiert wird, ist vorzugsweise der Brennraum 4 im Kolben 14 mittels eines besonderen Einsatzes 15 gegen den Kolbenmantel, als auch die Platte 5 gegen den Zylinderkopf wärmeisoliert. Diese Wärmeisolierungen an Kolben 14 und Platte 5 erlauben kaum Wärmeverluste, so daß der Brennraum 4 die gewünschte Temperatur erreichen und aufrechterhalten kann.

Die Anbringung der Platte 5 am Zylinderkopf T kann verschieden ausgeführt sein und zwar entweder durch Angießen, wie in Fig. 1 dargestellt, oder durch Befestigen derselben mittels Ventilsitzringen 18, wie in Fig. 2 dargestellt oder durch Anschrauben und Einsetzen besonderer, drallbildender Einbauten, welche beispielsweise auswechselbar.ausgeführt sein können und wie sie auch in Fig. 3 dargestellt sind. In allen vorbeschriebenen Ausführungen sind die Einbauten 16 mit schraubenförmig gewundenen Leitschaufeln 17 versehen, und es sind diese Leitschaufeln so gerichtet, daß sie der durch sie strömenden, insbesondere Frischluft, einen Drall um die Brennraumachse X verleihen.

Die Darstellung der Erfindung gemäß Fig. 1 zeigt eine zentrisch angeordnete Einspritzdüse 13» was jedoch nicht ausschließt, diese auch exzentrisch anzuordnen.

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Claims

Anmelderin: Firma Gebr. E 1 s b e t t GmbH

8543 Hilpoltstein

Vertreter: Fritz M e r t e η

Patent- und Zivilingenieur

8501 Schwarzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25

PATENTANSPRÜC HE

J Einrichtung zum Optimieren der Verbrennung von Luft- und Kraftstoffbestandteilen bei nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen mit vorzugsweise im Kolben desselben vorgesehenen, rotationsförmigen Brennraum, welcher zum Zwecke seiner Temperierung nach einem vorgegebenen Wärmebild mindestens teilweise nach außen wärmeisoliert ist und welchem in axialer, sich öffnenden Richtung ein den Brennraum begrenzender Zylinderkopf vorgelagert ist, wobei im

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16.8.1974

me/s

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Zylinderkopf mindestens Einlaßorgane für die der Verbrennung zuzuführenden Luftbestandteile vorgesehen sind und diese Einlaßorgane drallbildende Einbauten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (1) an seiner dem Brennraum (4) zugewandten Seite eine den überwiegenden Teil des Durchmessers des Zylinders (10) abdeckende und gegen den Zylinderkopf wärmeisolierte Platte (5) aufweist, und daß an dieser Platte im Bereich der in den Zylinder mündenden Öffnungen (6, 7) mindestens der der Einlaßorgane (2), drallbildende Einbauten (11) vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die im Einlaßorgan (2) vorgesehenen, drallbildenden Einbauten (11) jeweils eine.zentrische Ausnehmung für eine Führungsstange eines deren Öffnung verschließenden Ventils aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Wärmeisolierung der Platte (5) gegen den Zylinderkopf (1) zwischen diesem und der Platte ein Luftvolumen (Luftspalt 8) vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) am Zylinderkopf (1) fest angegossen ist. "
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3»dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) mittels mindestens eines Ventilsitzringes (18) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder drallbildende Einbau (11)

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mindestens eine schraubenförmig um dessen Längsachse gewundene Leitschaufel (17) aufweist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drallbildenden Einbauten (11) auswechselbar an der Platte (5) vorgesehen sind.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) aus hitzebeständigem, schlecht wärmeleitenden Material besteht.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4, 5, oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) einen fest und dicht mit dieser verbundenen Bohrungseinsatz (11) für den Kraftstoffeinspritzstrahl (Einspritzdüse 13) oder eine Zündkerze aufweist, und daß dieser Bohrungseinsatz an seiner dem Brennraum

(4) abgekehrten Seite an der Einspritzdüse oder Zündkerze abgedichtet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) über den Durchmesser des Zylinders (10) hinausreiclit und an ihrem Rand eine zwischen diesem und dem Zylinder liegende Dichtung (9) aufweist.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte

(5) sich über mindestens zwei Zylinder (10) erstreckt.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte

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(5) insbesondere bei solchen Brennkraftmaschinen abwendbar ist, bei welchen auch der Brennraum (4) im Kolben (14) der Wärmedämmung dienende Mittel (15) aufweist.

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