DE974093C

DE974093C - Luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit im Zylinderkopf haengend angeordneten Ventilen

Info

Publication number: DE974093C
Application number: DEM27368A
Authority: DE
Inventors: Hans Fischlmayr
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1955-06-12
Filing date: 1955-06-12
Publication date: 1960-09-08

Description

Luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit im Zylinderkopf hängend angeordneten Ventilen Gegenstand des Patents 972 030 ist eine luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit im Zylinderkopf hängend angeordneten Ventilen, bei der Brennstoff gegen Ende des Verdichtungshubes mittels einer schräg seitlich im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse in Form eines Kernstrahles mit einem den Strahlkern umgebenden Tröpfchenschleier eingespritzt wird, der am Ende des Verdichtungshubes im -wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt und als Rotationsellipsoid mit der Zylinderachse als Rotationsachse gestaltet sowie durch eine Überströmöffnung mit eingezogenem Rand mit dem Hubraum verbunden ist. Das Kennzeichnende dieses Patentes besteht darin, daß die überströmöffnung, auf den Kolben gesehen, den Umriß eines gleichseitigen Dreieckes mit leicht abgerundeten Ecken aufweist, dessen eine Mittelsenkrechte in einer Ebene mit der Düsenachse liegt, und daß die Lage der Gberströmöffnung in der Stirnfläche des Kolbens so gewählt ist, daß der Mittelpunkt eines in das gleichseitige Dreieck einbeschriebenen Kreises in der Kolbenachse oder mit Bezug auf dies(-in Richtung auf die Düse nur unwesentlich versetzt liegt. Mit dieser Brennraumform wird folgend< Wirkung angestrebt. Der in Form eines geschlossenen Kernstrahles eingespritzte Brennstoff soll lediglich im Bereich des ihn umgebenden freien Tröpfchenschleiers durch die über den Rand der Brennraumöffnung in den Brennraum einbiegende Quetschströmung erfaßt werden. Dadurch verbrennt der den Tröpfchenschleier bildende kleine Anteil der Einspritzmenge mit sehr kurzem Zündverzug und bewirkt eine Temperatursteigerung bei geringer Drucksteigerung im Brennraum, worauf der Kernstrahl im wesentlichen gesteuert verbrennt. Auf diese Weise lassen sich starke und schnelle Drucksteigerungen bei der Verbrennung vermeiden.
Es hat sich ergeben, daß es bei mittelgroßen Maschinenabmessungen und hoher Drehzahl nicht mehr vorteilhaft ist, mit einer Einlochdüse zu arbeiten, da in diesem Falle keine ausreichende Erfassung des Luftinhaltes der Kolbenmulde möglich ist.
Die Aufgabe der Zusatzerfindung besteht darin, die Form des Brennstoffstrahles den bei mittelgroßen schnell laufenden Maschinen (etwa ioo bis Zoo mm Zylinderdurchmesser, iooo bis 1500U/min) vorhandenen Bedingungen anzupassen, damit sich eine ausreichend wirksame Gemischbildung bei noch genügend verkokungsunempfindlicher Bohrungsgröße der Einspritzdüse ergibt. Die erfindungsgemäße Brennraumform soll ferner ermöglichen, durch Abstimmung der Lage der Strahlachsen zum Öffnungsrand und durch die Wahl des Spritzwinkels den Ablauf der Verbrennung so zu beeinflussen, daß ein plötzlicher Druckanstieg vermieden wird.
Diese Aufgabe wird an einer Brennkraftmaschine der im ersten Absatz der Beschreibung erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Brennstoff in zwei Strahlen in den Brennraum unterhalb der der Einspritzdüse benachbarten Seite der dreieckförmigen Überströmöffnung symmetrisch zu der durch die Düsenachse sowie durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene derart eingespritzt wird, daß die Brennstoffstrahlen die Wandteile der Überströmöffnung nicht berühren.
Es ist schon eine Brennraumform vorgeschlagen worden, die eine annähernd dreieckige Kolbenmulde aufweist und mit einer Dreilochdüse zusammenarbeitet. Diese Bauart kann aber nicht die Wirkung des erfindungsgemäßen Brennraumes haben, da die Mulde im Bereich der äußeren Brennstoffstrahlen nicht eingeschnürt ist und da die Lage der Brennstoffstrahlen in bezug züm Muldenrand keine für mittelgroße schnell laufende Maschinen geeignete Gemischbildung ergibt.
Die weiterhin in zahlreichen Ausführungsformen bekannten im Kolben befindlichen Verbrennungsräume mit eingeschnürter, im wesentlichen runder Öffnung, die mit einem einzelnen Brennstoffstrahl arbeiten, vermögen keinen Hinweis für die Erfindung zu geben, da sie keine Lehre für die erfindungsgemäße Zuordnung von zwei Seiten einer dreieckigen Öffnungsbegrenzung und zwei Brennstoffstrahlen vermitteln.
Ebensowenig können die bekannten Brennräume der vorgenannten Art, die mit mehreren senkrecht zum Öffnungsrad verlaufenden Brennstoffstrahlen arbeiten, als Vorbild für die Erfindung dienen, da bei den bekannten Verfahren eine völlige Vermischung der Brennstoffstrahlen mit dem kreisenden Luftwirbel angestrebt wird.
Endlich können die mit Auftragung des Brennstoffes auf die Wände eines im Kolben angeordneten Brennraumes arbeitenden bekannten Verfahren nicht mit der Erfindung verglichen werden, da die Gemischbildung durch Verdampfung an den heißen Brennraumwänden ganz anders verläuft.
In der Zeichnung zeigt Fig. i einen Schnitt durch den Kolben einer Brennkraftmaschine läng der Linie A-B der Fig. z in der oberen Totpunktlage; Fig.a zeigt die Draufsicht auf den in F'ig.i dargestellten Kolben.
In Fig_ i befindet sich in dem Kolben i ein Brennraum 2, welcher die Form eines Potationsellipsoides aufweist, das durch Rotation um die Kolbenmittelachse 3 entstanden ist. Ein längs der großen Achse 4 geführter Schnitt hat die Form eines Kreises, wie er in Fig. a gestrichelt dargestellt ist. Der Brennraum z ist durch eine Öffnung 5 mit dem Zylinderraum 6 verbunden. Die Öffnung 5 besitzt in der Ansicht auf den Kolbenboden die Gestalt eines Dreieckes mit leicht abgerundeten Ecken 15. Die Lage der Zweilochdüseio ist so gewählt, daß die beiden Brennstoffstrahlen 7 und 8 schräg unterhalb der Öffnungsseiten 13 in den Brennraum 2 treffen. Die Strahlachse 17 ist so gelegt, daß die Strahlen 7 und 8 bei den üblichen Zeiten des Spritzbeginnes nicht die Wände i i der Öffnung 5 treffen. Die Achse 9 der Düse 1o ist geneigt: sie kann aber auch, je nach Ventilanordnung, parallel zur Kolbenachse 3 verlaufen. Die Achse 9 zeigt etwa auf den Schnittpunkt der Achsen 3 und q. und verläuft in einer längs der Linie A-B durch die Achse 3 gelegten Ebene. Die Wände i i der Öffnung 5 verlaufen parallel zur Achse 3. Eine auf der Seite i2 des öffnungsdreieckes errichtete Mittelsenkrechte i4. liegt in der Ebene der Düsenachse g. Der Radius 16 ist der Düsenform angepaßt. Die beiden. Brennstoffstrahlen weisen vorzugsweise einen kleinen Spritzwinkel auf, so daß ein dicht geschlossener, von einem Schleier feinster Brennstofftröp.fchrn umgebener Kernstrahl entsteht. Der Brennraum 2 enthält am Ende des Verdichtungshubes, abgesehen von einem durch den Sicherheitsabstand des Kolbens i vom Zylinderkopf ig und dem Totraum an der Düsenmündung bedingten Restvolumen, die gesamte Verbrennungsluft. Die kleine Achse 18 des Brennra:umes verhält sich zur großen Achse q. etwa wie 2 : 3.
Die Fläche der Öffnung 5 verhält sich zum größten Querschnitt des Brennraumes bei dem kleinsten in Frage kommenden Kolbendurchmesser etwa wie i :4. Nach größeren Kolbendurchmessern hin wird dieses Verhältnis mit gleichzeitig abnehmendem Verdichtungsverhältnis wesentlich kleiner, bis im Grenzfall die Ecken 15 und 16 der Öffnung 5 etwa mit dem größten Brennraumdurchmesser zusammenfallen. Die Abrundung 16 kann bei größeren Kolbendurchmessern, bei denen der in den Brennraum ragende Teil der Einspritzdüse im Verhältnis zu den Abmessungen der Öffnung kleiner ausfällt, entsprechend kleiner gehalten werden.
Dadurch ist es möglich, die beiden Brennstoffstrahlen 7 und 8 in noch weiter gehendem Maße in dem durch die Kanten 13 abgedeckten Teil des Brennraumes verlaufen zu lassen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit im Zylinderkopf hängend angeordneten Ventilen, bei der Brennstoff gegen Ende des Verdichtungshubes mittels einer schräg seitlich im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse in Form eines Kernstrahles mit einem den Strahlkern umgebenden Tröpfchenschleier in einen Brennraum eingespritzt wird, der am Ende des Verdichtungshubes im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt und als Rotationsellipsoid mit der Zylinderachse als Rotationsachse gestaltet sowie durch eine Überströmöffnung mit eingezogenem Rand mit dem Zylinderraum verbunden ist sowie den Umriß eines gleichseitigen Dreieckes mit leicht abgerundeten Ecken aufweist, dessen eine Mittelsenkrechte in einer Ebene mit der Düsenachse liegt, wobei die Lage der Überströmöffnung in der Stirnfläche des Kolbens so gewählt ist, daß der Mittelpunkt eines in das gleichseitige Dreieck einbeschriebenen Kreises in der Kolbenachse oder mit Bezug auf diese in Richtung auf die Düse nur unwesentlich versetzt liegt, nach Patent 972 03o, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in zwei Strahlen (7, 8) in den Brennraum (2) unterhalb der der Einspritzdüse (io) benachbarten Seiten (13) der dreieckförmigen Überströmöffnung (5) symmetrisch zu der durch die Düsenachse (9) sowie die Zylinderachse (3) verlaufenden Ebene derart eingespritzt wird, daß die Brennstoffstrahlen (7, 8) die Wandteile (ii) der Überströmöflnung (5) nicht berühren. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 696 077, 865 683, 749 607, 25 1 983; deutsche Patentanmeldungen H 3112 Ia/46a2 (bekanntgemacht am 13. 12. 1951), 0 705 Ia/46a2 (bekanntgemacht am 21. 2. 1952) ; schweizerische Patentschriften Nr. 296 441, 217 143, 214 102; britische Patentschrift Nr. 643 351.