DE854599C

DE854599C - Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit im Kolbenboden angeordneter, im wesentlichen kugelfoermiger Brennkammer

Info

Publication number: DE854599C
Application number: DED2061D
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl-Ing Links
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1943-10-01
Filing date: 1943-10-01
Publication date: 1952-11-06

Description

Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit im Kolbenboden angeordneter, im wesentlichen kugelförmiger Brennkammer Es ist bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen mit einer im wesentlichen kugeligen Brennkammer im Kolbenboden bei der Einspritzung eines geschlossenen Kegelstrahles oder eines aufgelösten schleierartigen Strahles in gleicher Weise ein sehr niedriger Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche Maschinen einen recht harten Gang haben, der auf die jähe Verbrennung der gesamten eingespritzten Kraftstoffmenge in einem Zuge zurückzuführen ist.
Des weiteren sind Brennstoffeirnspritzvorrichtungen bekannt, bei welchen der Brennstoff zunächst in einem durchschlagskräftigen, gebundenen Strahl und hierauf in einem schleierartig aufgelösten, den ersteren umschließenden Strahl eingespritzt wird. Die Erfindung besteht demgegenüber in der Anwendung des mit einer solchen Einspritzvorrichtung erzielbaren Verfahrens auf eine Maschine mit im Kolbenboden angeordneter, im wesentlichen kugelförmiger Brenmkammer, und zwar derart, daß der Kraftstoff durch die die Brennkammer mit dem Zylinderraum verbindende Drosselöffnung hindurch in den der Drosselöffnung gegenüberliegenden Teil der Brennkammer in der beschriebenen Weise, also zunächst in einem durchschlagskräftigen gebundenen und hierauf in einem schleierartigaufgelösten Strahl, eingespritzt wird.
Durch eine solche Einspritzung lassen sich die Vorteile der im Kolben angeordneten kugelförmigen Brennkammer mit den Vorteilen einer stufenweisen Einspritzung in besonders vorteilhafter Weise miteinander vereinigen. Infolge der zeitlich nacheinander einsetzenden Strahlen wird erreicht, daß der früher eingespritzte Kraftstoff in dem der Droseelöffnung gegenüberliegenden Teil der Brennkammer bereits gezündet hat, wenn die Einspritzung des zweiten schleierförmig aufgelösten Brennstoffstrahles beginnt. Infolge derTeilzündung im hinterenTeil der Kammer tritt eine Druckwelle auf, welche dem nachfolgend eingespritzten Brennstoff entgegengerichtet ist und eine wirksame Zerstäubung dieses Brennstoffes bewirkt. Gleichzeitig wird ein besonders weicher Gang der Maschine erzielt.
Zweckmäßig weist die Brennkammer auf der der Einspritzdüse gegenüberliegenden Seite eine nischenförmige Vertiefung auf, in welche der d,urchschlagskräftige gebundene Strahl gespritzt wird, während der schleierartig aufgelöste Strahl in die umgebenden nicht vertieften Teile der Brennkammer gerichtet ist. Hierdurch ist dem gebundenen durch.schlagskräftigen Strahl eine ausreichende Spritzweite gesichert, so daß er zur Zündung gelangt, ohne in flüssiger Form die Kammerwandungen zu berühren, und auf eng begrenztem Raum ein gut zündfähiges Gemisch bildet. Zugleich wird eine vorteilhafte Anpas-sung der Kammergestalt an die beiden nacheinandier einzuspritzenden Brennstoffstrahlen erreicht, wobei sich der schleierartige Strahl über den ganzen übrigen Raum der Brennkammer gut und gleichmäßig verteilen kann.
Die Symmetrieachse der Brennkammernische deckt sich zweckmäßig mit der Achse des vorzugsweise schräg zur Zylinderachse und exzentrisch durch die Drosselöffnung der Brennkammer gespritzten Brennstoffstrahles.
Die Einspritzung des Vollkegelstrahles erfolgt vorteilhaft mit einem solchen Öffnungswinkel, daß der Kegelstrahl zwar eine hinreichende Durchschlagskraft besitzt, gleichzeitig aber doch so weit aufgelockert ist, daß die Verbrennung baldmöglichst beginnen kann. Erfahrungsgemäß liegen günstige Werte des Öffnungswinkels etwa bei 2o bis 25°. Der zweite Strahl dagegen, dessen Einspritzung um einen bestimmten KW später erfolgt, braucht keine Durchschlagskraft. Wesentlich ist jedoch, daß er so weit aufgespalten ist, daß der Kraftstoff möglichst schnell verbrennen kann. Günstige Öffnungswinkel für diesen Strahl liegen im Bereich von 35 bis 45°.
Der mengenmäßige und zeitliche Verlauf der Einspritzung der beiden Strahlen zueinander muß so abgestimmt werden, daß nach Einspritzbeginn, dies inneren Strahles bis zur Entzündung des. Gemisches, also während der Zündverzugszeit, nur einte ganz bestimmte, kleine Menge Kraftstoff, die durch Versuch bestimmt werden muß, in den Brennraum eintreten kann. Diese mengenmäßige und zeitliche Abstimmung kann bei entsprechender Wahl der Einspritzdüse durch geeignete konstruktive Formgebung des Düsennadelkopfes herbeigeführt werden (Anzahl und Größe der Zulaufbohrungen, Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Spritzbohrung, Größe der Angriffsquerschnitte für den Öffnungsdruck am Düsennadelkopf vor dem Öffnen der Düsennadel und bei geöffneter Nadel, Hubhöhe und Federstärke). Damit kann dann erreicht werden, daß der Außenstrahl nicht innerhalb der Zündverzugszeit eingespritzt wird, sondern nach Beendigung derselben. Erfahrungsgemäß beträgt die Zündverzugszeit etwa io bis 12° KW, und um den gleichen oder etwas größeren Betrag unterscheidet sich der Austrittszeitpunkt der beiden Kraftstoffstrahlen.
Bei richtiger mengenmäßiger und zeitlicher Abstimmung der beiden Strahlen hinsichtlich des Zündverzuges werden die gleichen günstigen Verbrauchswerte wie bei dem bekannten Betriebsverfahren und darüber hinaus ein wesentlich weicherer und geräuschloserer Gang der Maschine erzielt.
Die Zeichnung veranschaulicht einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brennkammer und einer für diesen Zweck besonders günstigen Einspritzdüse in Abb. i, während Einzelheiten dieser Einspritzdüse in der Abb. 2 dargestellt sind.
i ist der Zylinder einer Brennkraftmaschine, in welchem sich der Kolben 2 mit der im wesentlichen kugelförmigen Brennkammer 3 bewegt. Die Brennkammer ist in bezug auf den Kolbenboden außermittig angeordnet, ihre Eintrittsöffnung 4 liegt zur Gänze seitlich von der Kolbenachse. Solche Brennkammern sind an sich bekannt.
Die hier dargestellte Brennkammer 3 zeigt nun gegenüber der Eintrittsöffnung 4 eine Nische 5 in Form einer hohlen Kugelkappe.
Der Nische 5 gegenüber ragt in die Eintrittsöffnung 4 der Brennkammer 3 eine im Zylinderkopf 6 angeordnete Einspritzdüse j hinein.
Die Düse ist als nach dem Brennraum hin öffnende Nadeldüse ausgebildet, deren Nadel 8 zwei Führungszapfen 9 mit Steilgewinde aufweist und,deren Ventilkopf io hinter dem Ventilsitz i i einerseits radiale, zur Mitte des Kopfes führende und in einen zentralen, .nach außen ausmündenden Kanat übergehende Radialbohrungen 12 aufweist, andererseits an seinem Umfang derart in der Führungsbohrung der Düse eingepaßt ist, daß er beim öffnen der Ventilnadel einen ringförmigen Spalt zwischen Ventilkopfumfang und Außenkante 13 der Führung freilegt.
Die Steuerung der Düse erfolgt durch den Brennstoff-druck. Durch die Druckeinwirkung auf die Fläche Fi wird die Nadel 8 geöffnet und der Ventilkopf io bei i i von seinem Sitz abgehoben. Der durch einen entsprechenden Kanal 14 der Nadel und durch die Gewindenuten der Führungszapfen 9 zugeführte Kraftstoff tritt durch den freien Spalt am Sitz hindurch in die Radialbohrungen 12 und wird durch die Mittelbohrung des Ventilkopfes als voller Kegelstrahl 15 bereits vor der oberen Tonstellung des Kolbens 2 eingespritzt. Infolge seiner Konzentration ist der Strahl kräftig genug, den über dem Kolben befindlichen Brennraum sowie die Brennkammer 3 im Kolbenboden zu durchschlagen, und bis in die Nische 5 zu spritzen, deren Symmetrieachse mit der Achse des Kegelstrahles 15 zusammenfällt.
Nachdem der Dichtkegel i i geöffnet hat, wirkt der Kraftstoffdruck auf die Fläche F2 ein, so daß die Nadel wieder öffnet und schließlich der Ringspalt am Umfang des Ventilkopfes freigelegt wird. Der Kraftstoff tritt nun auch durch diesen Ringspalt aus in Form eines stark aufgelockerten, schleierartigen Strahles 16, der den Kegelstrahl 15 umschließt. Dieser Strahl 16 hat keine so große Reichweite und verteilt den Kraftstoff in der eigentlichen Brennkammer 3.
Das erfirndungsgemäße Einspritzverfahren ist natürlich nicht an die Verwendung der hier dargestellten Brennkammer- und Düsenausbildung gebunden.
Ebenso kann der Kegelstrahl 1,5 in die Nische 5 außermittig eingespritzt werden.
Durch entsprechende Fahl der Höhe des eingepaßten Umfangsteiles am Ventilkopf kann da.s Einsetzen des Umfangsstrahles wunschgemäß verzögert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit im Kolbenboden angeordneter, im wesentlichen kugelförmiger Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff durch die die Brennkammer mit dem Zylinderraum verbindende Drosselöffnung hindurch in den der Drosselöffnung gegenüberliegenden Teil der Brennkammer in an sich bekannter Weise zunächst in einem durchschlagskräftigen gebundenen Strahl und hierauf ineinem schleierartig aufgelösten, den ersteren zweckmäßig umschließenden Strahl eingespritzt wird. z. Brennkraftma,schine mit im Kolbenboden angeordneter Brennkammer zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer auf der der Einspritzdüse gegenüberliegenden Seite eine nischenförmige Vertiefung aufweist, in welche der durchschlagskräftige, gebundene Strahl gespritzt wird, während der schleierartig aufgelöste Strahl in die umgebenden, nicht vertieften Teile der Brennkammer gerichtet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse der Brennkammernische sich mit der Achse des vorzugsweise schräg zur Zylinderachse und exzentrisch durch die Öffnung zwischen Brennkammer und Zylinderraum gespritzten Brennstoffstrahles deckt.