DE3402968A1

DE3402968A1 - Luftverdichtende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3402968A1
Application number: DE19843402968
Authority: DE
Inventors: Heinz 5210 Troisdorf Küpper
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1984-01-28
Filing date: 1984-01-28
Publication date: 1985-08-01

Description

Luftverdichtende Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse zur insbesondere direkten Einspritzung des Kraftstoffes in einen vorzugsweise als Mulde im Kolben ausgebildeten Brennraum und mit einem ein vorzugsweise zylindrisches Schutzelement aufweisenden Glühkörper.
Eine luftverdichtende Brennkraftmaschine der vorliegenden Gattung ist aus der US-PS 3,244,159 bekannt. Hierbei ist der Glühkörper als Glühstift ausgebildet und mit einer brennraumseitig offenen Schutzhülse im wesentlichen diametral zur Einspritzdüse in einer besonderen Ausnehmung des Brennraumes angeordnet. Der Schutzhülse des Glühkörpers kommt dabei insbesondere die Aufgabe zu, ein Kaltblasen des Glühstiftes zu verhindern, um auch bei sehr kalter Ansaugluft und in den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine für die Enzündung von schwer entzündbaren Kraftstoffen wie z. B. Methanol ausreichende Zündtemperatur sicherzustellen zu können. Die Anordnung und Ausbildung des Glühstiftes bzw. des Schutzelementes ist dabei dem bei der vorbeschriebenen Brennkraftmaschine Anwendung findenden M-Brennverfahren angepaßt, bei dem bekanntlich der Kraftstoff hauptsächlich als dünner Film auf die Brennraumwandung aufgebracht, danach in Dampfform von der Brennraumwand allmählich abgelöst und mit der mit einer Drehbewegung zugeführten Verbrennungsluft vermischt wird. Somit ist die hier beschriebene Anordnung insgesamt nicht geeignet, einen zufriedenstellenden Betrieb einer insbesondere mit schwerentzündbaren Brennstoffen betreibbaren Brennkraftmaschine sicherzustellen, bei der der Kraftstoff vorwiegend zentral in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine luftverdichtende Brennkraftmaschine der eingangs yenannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei einer im wesentlichen zentralen direkten Einspritzung des Kraftstoffes ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine auch mit schwer entzündbaren Brennstoffen möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die gattungsgemäße Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen mit ringförmiger Querschnittsstruktur ausgebildete Glühkörper und das Schutzelement die Kraftstoffeinspritzdüse in konzentrischer Anordnung brennraumseitig ummanteln. Damit ist eine luftverdichtende Brennkraftmaschine geschaffen, bei der auch bei zentraler direkter Kraftstoffeinspritzung z. B. durch bekannte Mehrlocheinspritzdüsen oder Zapfendüsen in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine der Kraftstoff sicher entzündet werden kann. Durch die räumliche Anordnung des Glühkörpers unmittelbar an der Kraftstoffeinspritzdüse erfolgt die Entzündung aller Kraftstoffstrahlen bzw. des gesamten Kraftstoffes unmittelbar nach Austritt aus der Kraftstoffeinspritzdüse. Das konzentrisch zum Glühkörper angeordnete Schutzelement ist dabei im wesentlichen der Querschnittsstruktur des Glühkörpers angepaßt und vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material hergestellt, so daß ein wirksamer Wärmeschutz gegen Kaltblasen gewährleistet ist. Durch die räumliche Anordnung des Glühkörpers und durch den Wärmeschutz kann deshalb die für die Entzündung des Kraftstoffes erforderliche Heizleistung des Glühkörpers relativ gering sein, was neben dem Vorteil einer hohen Lebensdauer des Glühkörpers auch besondere zusätzliche Stromerz-eugungsaggregate überflüssig macht.
In Anpassung an die Kraftstoffeinspritzdüse bzw. an die Ausrichtung des Kraftstoffstrahles sind dabei entsprechend Anspruch 2 das Schutzelement bzw. der Glühkörper so vorgesehen, daß das Schutzelement bzw. der Glühkörper die Kraftstoffeinspritzdüse derart ummanteln, daß der bzw. die Kraftstoffstrahlen den brennraumendseitigen Bereich des Schutzelementes oder des Glühkörpers tangieren.
Eine besonders günstige Ausbildung des Schutzelementes und des Glühkörpers wird nach der Erfindung dadurch erreicht (Anspruch 3) daß das Schutzelement zuminest brennraumseitig doppelwandig mit einem Zwischenraum zur Aufnahme des Glühkörpers ausgebildet ist. Hierdurch können der Glühkörper und das Schutzelement in einbaufreundlicher Weise als kompaktes Wärmeschutzmantelelement an der Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen werden. Bevorzugt umschließt hierbei das Schutzelement den Glühkörper brennraumseitig vollständig, wobei insbesondere bei Mehrlocheinspritzdüsen im Einspritzstrahlenbereich der brennraumseitigen Stirnfläche bzw. in stirnflächennahen Bereichen (z. B. Innenflächen, Außenflächen der Doppelwand) des Schutzelementes Öffnungen vorgesehen sein können.
Zur Verhinderung von Uberhitzungen der Kraftstoffeinspritzdüse ist bevorzugt zwischen dem Glühkörper und der Kraftstoffeinspritzdüse eine Wärmeisolation vorgesehen (Anspruch 6), die insbesondere bei der doppelwandigen Ausbildung des Schutzelementes nach Patentanspruch 2 an der einspritzdüsenseitigen Begrenzungswand des Schutzelementes in einfacher Weise angeordnet werden kann. In ihrer räumlichen Ausdehnung ist dabei die Wärmeisolation den jeweils vorliegenden lokalen Verhältnissen im Hinblick auf eine ausreichende Wärmeisolation der Kraftstoffeinspritzdüse und die angestrebte Entzündung des aus der Kraftstoffeinspritzdüse austretenden Kraftstoffes angepaßt.
Die brennraumseitigen Stirnflächen des Schutzelementes und/oder des Glühkörpers sind vorzugsweise der Art und der Lage der Kraftstoffeinspritzdüse angepaßt. Bei einer schrägen Anordnung einer Mehrlochkraftstoffeinspritzdüse beispielsweise weisen nach der Weiterbildung der Erfindung nach Patentanspruch 7 das Schutzelement bzw. der Glühkörper abgeschrägte Stirnflächen auf, um die Glühzone in einem annähernd gleichen Abstand zu den Kraftstoffstrahlen angeordnet zu haben.
In den Patentansprüchen 8 bis 12 sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben, die insbesondere einbaufreundliche und wartungsgünstige Anordnungsmöglichkeiten des Schutzelementes und des Glühkörpers an der Kraftstoffeinspritzdüse bzw. dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zum Gegenstand haben.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 in einer schematische Schnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; Fig. 2 in einer vergrößerten Schnittdarstellung die Kraftstoffeinspritzdüse des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
In den Fig. 1 und 2 sind grundsätzlich gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Soweit im einzelnen dargestellt, ist mit 1 der Zylinderkopf und mit 2 ein in einem Kolben 3 vorgesehener muldenförmiger Brennraum einer nicht im einzelnen gezeigten luftverdichtenden Brennkraftmaschine bezeichnet. In Schräglage weist der Zylinderkopf 1 eine abgestufte Bohrung 4 zur Aufnahme der Kraftstoffeinspritzdüse 5 zur zentralen direkten Einspritzung eines schwer entzündbaren Kraftstoffes wie z. B. Methanol auf. Die Kraftstoffeinspritzdüse 5 ist als Mehrlochdüse ausgebildet und mittels einer Spannpratze 6 am Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine befestigt. Brennraumseitig wird die Kraftstoffeinspritzdüse 5 von dem mit dem Schutzelement 7 versehenen ringförmigen Glühkörper 8 ummantelt.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der Kraftstoffeinspritzdüse 5 nach Fig. 2 hervorgeht, ist das Schutzelement doppelwandig (7a, 7b) ausgebildet, wobei der Glühkörper in dem Zwischenraum 9 angeordnet ist. Der Glühkörper 8 ist von dem Schutzelement 7 brennraumseitig vollständig umschlossen. In dem brennraumseitigen Stirnflächenbereich 7c des Schutzelementes 7 sind dabei im Bereich der Kraftstoffstrahlen der Kraftstoffeinspritzdüse 5 Offnungen 10 vorgesehen. Das Schutzelement 7 ist aus einem hitzebeständigen Material hergestellt und mit dem einspritzdüsenseitigen Verbindungsbereich 11 des Glühkörers 8 in geeigneter Weise, z. B. durch Schweißen oder Löten, verbunden. Zwischen dem Glühkörper 8 und der Wand 7b des Schutzelementes 7 ist zur Vermeidung von Uberhitzungen der Einspritzdüse 5 eine Wärmeisolation 12 vorgesehen. Der Verbindungsbereich 11 des Glühkörpers 8 weist einspritzdüsenseitig einen umlaufenden Kragen 13 auf, der in der abgestuften Düsenbohrung 4 des Zylinderkopfes 1 (Fig. 1) zur Anlage gebracht wird und somit nach der Befestigung mittels der gemeinsamen Spannpratze 6 als Düsenunterlegscheibe dient, wodurch Einspritzdüse 5 und der Glühkörper 8 bzw. der Verbindungsbereich 11 gegenüber dem Brennraum 2 abgedichtet sind.
zur Energieversorgung des Glühkörpers 8 ist an einer Drehlagenfixierung 14 des Verbindungsbereiches 11 eine Kontaktnase 15 vorgesehen, die mit einem Kontaktstift 16 in montiertem Zustand verbunden ist. Die Drehlagenfixierung 14 und der Kontaktstift 16 sind in eine Nut 17 der Einspritzdüsenbohrung 4 des Zylinderkopfes 1 eingesetzt (Fiy.
1).

Claims

Patentansprüche Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (5) zur insbesondere direkten Einspritzung des Kraftstoffes in einen vorzugsweise als Mulde im Kolben (3) ausgebildeten Brennraum (2) und mit einem ein vorzugsweise zylindrisches Schutzelement (7) aufweisenden Glühkörper (8), dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen mit ringförmiger Querschnittsstruktur ausgebildete Glühkörper (8) und das Schutzelement (7) die Kraftstoffeinspritzdüse (5) in konzentrischer Anordnung brennraumseitig ummanteln.
2. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7) bzw.

der Glühkörper (8) die Kraftstoffeinspritzdüse (5) derart ummanteln, daß der bzw. die Kraftstoffstrahlen den brennraumendseitigen Bereich des Schutzelements (7) oder des Glühkörpers (8) tangieren.
3. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7) zumindest brennraumseitig doppelwandig (7a, 7b) mit einem Zwischenraum (9) zur Aufnahme des Glühkörpers (8) ausgebildet ist.
4. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7, 7a, 7b, 7c) den Glühkörper (8) zumindest brennraumseitig vollständig umschließt.
5. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7) in einem brennraumseitigen Stirnflächenbereich (7c) und/oder in einem stirnflächennahen brennraumseitigen Bereich öffnungen (10) aufweist.
6. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teilbereich zwischen dem Glühkörper (8) und der Kraftstoffeinspritzdüse (5) eine Wäreisolation (12) vorgesehen ist.
7. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7) und/oder der Glühkörper (8) abgeschrägte brennraumseitige Stirnflächen (7c) aufweisen.
8. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (7) oder der Glühkörper (8) an dem dem Brennraum (2) abgewandten Stirnflächenbereich mit einen umlaufenden Kragen (13) versehen sind.
9. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch (jekennzeichnet, daD das Schutzelement (7) bzw.

der Glüllkörper (8) in der Einspritzdüsenbohrung (4) des Zylinderkopfes (1) der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, wobei der Kragen (13) als Düsenkörperunterlegscheibe dient.
10. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzdüse (5) sowie das Schutzelement (7) und/oder der Glühkörper (8) mittels einer gemeinsamen Spannpratze (6) befestigbar sind.
11. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsenbohrung (4) des Zylinderkopfes (1) der Brennkraftmaschine eine Nut (17) zur Aufnahme einer an dem Schutzelement (7) und/oder dem Glühkörper (8) vorgesehenen Drehlagenfixierung (14) aufweist.
12. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Drehlagenfixierung (14) eine Kontaktnase (15) vorgesehen ist, die mit einem in die Nut (17) einsetzbaren Kontaktstift (14) zur Energieversorgung des Glühkörpers (8) in Wirkverbindung steht.