DE3044442C1 - Brennverfahren fuer eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents
Brennverfahren fuer eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit DirekteinspritzungInfo
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Description
gekennzeichnet durch
— eine solche exzentrische Anordnung der Brennraummulde
(8),
— daß die Drallströmung (Pfeil »a«) in der Brennraummulde in einer wandnahen Zone (11)
durch die Quetschströmung (Pfeile »B«) beschleunigt wird, und
— daß die wesentliche Einspritzmenge bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine in einen der
vorgenannten Zone in Drallströmungsrichtung zumindest benachbarten, wandnahen Bereich
(13) ausgebracht wird, wobei
— ein Einspritzstrahl (14) in diesen Bereich mit einer zur Wand (15) der Brennraummulde
tangentialen Komponente eintritt.
2. Brenn verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentliche Einspritzmenge
bei relativ hoher Last zwischen 20° bis 5° KW vor OT in den wandnahen Bereich (13) ausgebracht wird.
3. Brennverfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Last die
wesentliche Einspritzmenge zwischen 35° bis 15° KW vor OT oder zwischen 8° KW vor OT und
5° KW nach OT in den Bereich (13) der Brennraummulde (8) ausgebracht wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennverfahren für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
In dem DE-Gm 66 10 078 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung in eine mit Drall zugeführte Ladung beschrieben mit dem Ziel, für eine im
Kolbenboden exzentrisch angeordnete Brennraummulde eine solche Lage relativ zur Einspritzdüse und den
Mündungen der Gaswechselkanäle anzugeben, daß ein und dieselben Kolben sowohl für eine rechtsdrehende
und — bei Drehung der Kolben um die Kolbenlängsachse um 180° — auch für eine linksdrehende Brennkraftmaschine
geeignet sind. Der Druckschrift ist weiter zu entnehmen, daß die Einspritzung des Kraftstoffes in
Richtung des Ladungsdralls und tangential an die Wand der Brennraummulde erfolgt.
Da in der Beschreibungseinleitung ferner der Hinweis auf einen Dieselmotor als Brennkraftmaschine gegeben
ist, kann von einem von der restlichen Kolbenbodenfläche mit der Zylinderkopfwand gegen Verdichtungsende
gebildeten Quetschspalt ausgegangen werden, aus dem ein Ladungsanteil als Quetschströmung dem mit
Drallströmung von der Brennraummulde aufgenommenen Ladungsanteil zugeführt ist.
Aus der DE-OS 24 07 783 ist weiter eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung in eine mit Drall eingebrachte Ladung bekannt, bei der gegen
Verdichtungsende zur Erzielung einer guten Mischung des Kraftstoffes mit der drehenden Ladung in einer im
Kolbenboden zentrischen Brennraummulde die in der
to Ladung vorhandene Turbulenz durch eine Quetschströmung verstärkt ist. Eine zusätzliche Verbesserung des
Brennverfahrens wird in einer weiteren Steigerung der Turbulenz durch eine gegen die drehende Ladung im
Brennraum gerichtete Quetschströmung gesehen.
Demgegenüber wird im allgemeinen bei Dieselmotoren mit Direkteinspritzung und Gemischbildung in Nähe
der Wand der Brennraummulde, insbesondere durch überwiegend an der Wand angelagerten Kraftstoff, für
einen günstigen Gemischbildungs- und Verbrennungsprozeß bei hoher Last der Brennkraftmaschine angestrebt,
am Ort der Gemischbildung und Verbrennung eine gerichtete und hinreichend hohe Geschwindigkeit
der Ladungsströmung bei möglichst großer Ladungsmenge zu erreichen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Brennverfahren für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches in einfacher Weise mit einfachen Mitteln so zu verbessern,
daß bei hoher Last der Brennkraftmaschine am Ort der Gemischbildung und Verbrennung eine gerichtete und
eine relativ hohe Geschwindigkeit aufweisende Ladungsströmung bei möglichst großer Ladungsmenge
erreicht ist.
Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Mitteln gelöst.
Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Mitteln gelöst.
Wird gemäß dem ersten Kennzeichenmerkmal die Brennraummulde relativ stark exzentrisch angeordnet,
ist die initiale Drallströmung bzw. die drehende Ladungsströmung in der Brennraummulde durch die
Überlagerung mit der im wesentlichen auf die Mitte der Brennraummulde gerichteten Quetschströmung in einer
wandnahen Zone der Brennraummulde beschleunigt mit dem Vorteil einer relativ starken und gerichteten
Ladungsströmung in dieser Zone.
Da diese Zone beschleunigter Drall- bzw. Ladungsströmung in Richtung der Drallströmung sich bewegt,
ist mit der gemäß dem zweiten Kennzeichenmerkmal bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine in einen
der vorgenannten Zone in Richtung der Drallströmung benachbarten, wandnahen Bereich ausgebrachten Einspritzmenge
der Vorteil erreicht, daß die Zone beschleunigter Drall- bzw. Ladungsströmung über den
bei hoher Last der Brennkraftmaschine wandangelagerten Kraftstoff sich hinwegbewegt und somit ein
intensiver und geordnet ablaufender Gemischbildungsund Verbrennungsprozeß erzielt wird.
Der Gemischbildungs- und Verbrennungsprozeß bzw. das Brennverfahren wird zusätzlich durch einen
gemäß dem dritten Kennzeichenmerkmal in den wandnahen Bereich mit einer zur Wand der Brennraummulde
tangentialen Komponente eintretenden Einspritzstrahl verbessert durch eine dadurch erzielte
großflächige Wandanlagerung.
Wird bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine die wesentliche Einspritzmenge gemäß dem Anspruch 2 zwischen 20° und 5° Kurbelwelle vor OT ausgebracht, fällt die Kraftstoffeinspritzung zeitlich im wesentlichen mit der Phase einer starken Quetschströmung zusam-
Wird bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine die wesentliche Einspritzmenge gemäß dem Anspruch 2 zwischen 20° und 5° Kurbelwelle vor OT ausgebracht, fällt die Kraftstoffeinspritzung zeitlich im wesentlichen mit der Phase einer starken Quetschströmung zusam-
ORIGINÄL INSPECTED
men. Daraus ergibt sich zwischen dem Kraftstoffstrahl und der Zone beschleunigter Drall- bzw. Ladungsströmung
eine kleine Relativgeschwindigkeit, wodurch in vorteilhafter Weise der Kraftstoffstrahl weniger aufgerissen
und somit überwiegend an die Wand angelagert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit
im Vollastbereich eine wandverteilende Einspritzung mit den bekannten Vorteilen eines günstigen Druckanstieges,
niedrigen Höchstdruckes und kurzer Brenndauer erzielt.
Wird dagegen bei niedriger Last der Brennkraftmaschine die wesentliche, gegenüber dem Vollastbetrieb
aber geringere Einspritzmenge gemäß dem Anspruch 3 zwischen 35° und 15° Kurbelwelle vor OT oder
zwischen 8° KW vor OT und 5° KW nach OT eingebracht, fällt die Kraftstoffeinspritzung zeitlich im
wesentlichen mit der Phase einer geringen Quetschströmung zusammen. Da hierbei in der Zone die
Drallströmung unwesentlich beschleunigt ist, ergibt sich zwischen dem Kraftstoffstrahl und der Drallströmung in
der Zone eine hohe Relativgeschwindigkeit, wodurch der Kraftstoffstrahl aufgerissen wird und der Kraftstoff
somit überwiegend Luft-verteilt verbrennt mit dem Vorteil einer geringen Kohlenwasserstoffemission.
Mit der Erfindung ist somit der weitere Vorteil der lastabhängigen Steuerung des Verhältnisses von luftverteiltem
zu wandangelagertem Kraftstoff erzielt.
Die Drehung der Ladung im Zylinder bzw. in der Brennraummulde wird bekanntlich im wesentlichen
durch einen Einlaß-Drallkanal oder — Tangentialkanal während des Einströmvorganges erzielt. Da mit der
Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit der Ladung bei Vollastbetrieb im Bereich und zum Zeitpunkt der
Verbrennung besonders hoch ist, kann der durch einen Drallkanal oder einen Tangentialkanal initiierte Ladungsdrall
wesentlich verringert werden. Dies ergibt neben einer konstruktiv einfachen und raumsparenden
Gestaltung des jeweiligen Einströmkanals den weiteren Vorteil einer verringerten Gaswechselarbeit. Darüber
hinaus wird ein besserer Liefergrad und ein höherer Mitteldruck an der Rauchgrenze bei Dieselmaschinen
sowie ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt.
Wird dagegen die bisherige Gestaltung eines Dralloder Tangentialkanals an einer erfindungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschine im wesentlichen beibehalten, kann bei Dieselmotoren der Kraftstoff, bezogen
auf das Ende des Verdichtungshubes, relativ spät eingespritzt werden ohne Nachteile bezüglich Abgasschwärzung
und Kraftstoffverbrauch. Damit wird die Abgaszusammensetzung günstig beeinflußt. Bei verbrauchsoptimalem
Einspritzbeginn kann eine höhere Last an der Rauchgrenze genutzt werden. Für fremdgezündete Maschinen ist die Erfindung gleichfalls
vorteilhaft anwendbar.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Brennraumes einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
F i g. 1 einen Brennraum mit einem Einlaß-Drallkanal,
Fig.2 den Kolben zu obigem Brennraum mit exzentrischer Mulde mit an diametralen Stellen
unterschiedlichen Geschwindigkeitsvektoren der rotierenden Ladung,
F i g. 3 die Lage von wandnaher Zone der beschleunigten Drallströmung und wandnahem Bereich der
Gemischbildung in der Mulde.
Bei einer nicht näher aufgezeigten Hubkolben-Brennkraftmaschine begrenzt ein Kolben 1 im Bereich des OT
in einem Zylinder 2 mit einem Zylinderkopf 3 einen Brennraum 4. Im Zylinderkopf 3 ist ein Einlaß-Drallkanal
5 ausgebildet, durch den der einströmenden Verbrennungsluft bzw. Ladung ein Drall um die
Zylinder- bzw. Kolbenachse 6 beispielsweise gemäß Pfeil »a« aufgeprägt ist.
Der Kolben 1 hat einen flachen Kolbenboden 7. In dem Kolbenboden 7 ist eine rotationskörperförmige
Brennraummulde 8 relativ stark exzentrisch zur Zylinder- bzw. Kolbenachse 6 angeordnet. Kurz vor
Beendigung des Verdichtungshubes des Kolbens 1 ergibt sich ein von der restlichen Fläche des
Kolbenbodens 7 und einer flachen Zylinderkopfwand 9 gebildeter Quetschspalt, aus dem ein Ladungsanteil als
Quetschströmung — Pfeile »b« — dem mit Drallströmung von der Brennraummulde. 8 aufgenommenen
Ladungsanteil zugeführt ist.
Diese kurz vor OT des Kolben 1 sehr intensive Quetschströmung gemäß den Pfeilen »b« ist zur
Mittelachse 10 der Brennraummulde 8 gerichtet. Durch die relativ stark exzentrische Lage der Brennraummulde
8 ergibt sich bei der für die Ladung gewählten Drehrichtung gemäß Pfeil »a«'m der Brennraummulde 8
eine in Fig.3 angedeutete, wandnahe Zone 11, in der
die drehende Ladung durch im wesentlichen gleichgerichtete Geschwindigkeitskomponenten der Quetschströmung
»b« beschleunigt ist. In F i g. 2 ist für ein Ladungsteilchen in aer wandnahen Zone 11 die erhöhte
Umfangsgeschwindigkeit vUR durch vektorielle Addition
der Umfangsgeschwindigkeitskomponente vUD aus der
Drallströmung und der örtlichen Umfangsgeschwindigkeitskomponente vuq aus der Quetschströmung veranschaulicht.
In einer jenseits der durch die Achsen 6 und 10 vorgegebenen Ebene liegenden Zone 12 der
Brennraummulde 8 ist dagegen die initiale Drallströmung »a« verzögert, da die vorerwähnten Einzelkomponenten
in Umfangsrichtung einander entgegengerichtet sind.
Eine nicht dargestellte Kraftstoff-Einspritzdüse ist so im Zylinderkopf 3 angeordnet, daß die wesentliche
Einspritzmenge bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine in einen der Zone 11 in Drallströmungsrichtung
»a«benachbarten, wandnahen Bereich 13, Fig.3,
ausgebracht wird, wobei ein Einspritzstrahl 14 in den Bereich 13 der Gemischbildung und Verbrennung mit
einer zur Wand 15 der Brennraummulde 8 tangentialen Komponente eintritt.
Wird bei relativ hoher Last der Brennkraftmaschine die wesentliche Einspritzmenge zwischen 20° und 5°
Kurbelwelle vor OT ausgebracht, fällt die Kraftstoffeinspritzung zeitlich mit der Phase einer starken Quetschströmung
zusammen. Daraus ergibt sich zwischen dem Kraftstoffstrahl 14 und der Zone 11' beschleunigter
Ladungsströmung eine kleine Relativgeschwindigkeit mit der Folge, daß der Kraftstoffstrahl 14 wenig
aufgerissen wird. Somit ist für den Vollastbereich ein Brennverfahren mit im wesentlichen wandangelagertem
Kraftstoff erzielt.
Wird dagegen bei niedriger Last der Brennkraftmaschine (Teillast) die wesentliche, gegenüber dem
Vollastbetrieb aber geringere Einspritzmenge zwischen 35° und 15° KW vor OT oder zwischen 8° KW vor und
5° KW nach OT eingebracht, fällt die jeweilige Kraftstoffeinspritzung zeitlich mit einer Phase einer
geringen Quetschströmung »b« zusammen. Da hierbei zwischen dem Kraftstoffstrahl 14 und der unwesentlich
beschleunigten Ladungsströmung in der Zone 11' eine hohe Relativgeschwindigkeit gegeben ist, wird der
Kraftstoffstrahl 14 aufgerissen. Somit ist für den Teillastbereich ein Brennverfahren mit im wesentlichen
luftverteiltem Kraftstoff erzielt.
Um in der wandnahen Zone 11 eine größtmögliche Beschleunigung der Drallströmung »a« durch die
Quetschströmung »b« zu erzielen, ist hierbei der Übergang der Wand 15 der Brennraummulde 8 in den
Kolbenboden 7 mit einem Radius von etwa 1 bis 2 mm verrundet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Brennverfahren für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in eine mit
Drall in einen Brennraum eingebrachte Ladung,
— wobei der Brennraum eine im Kolbenboden exzentrisch angeordnete, im wesentlichen rotationskörperförmige
Brennraummulde sowie
— einen von der restlichen Kolbenbodenfläche mit der Zylinderkopfwand gegen Verdichtungsende
gebildeten Quetschspalt umfaßt,
— aus dem ein Ladungsanteil als Quetschströmung dem mit Drallströmung von der Brennraummulde
aufgenommenen Ladungsteil zugeführt wird,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8331 | Complete revocation |