DE1216611B

DE1216611B - Fremdgezuendete Einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1216611B
Application number: DEM27597A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Meuer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1955-07-07
Filing date: 1955-07-07
Publication date: 1966-05-12

Description

Fremdgezündete Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine freindgezündete Einspritzbrennkraftmaschine nach Patent 1019 125, bei welcher der Brennraum im Kolben und die Zündquelle im Zylinderkopf angeordnet ist und bei welcher im Verdichtungs- und Brennraum eine kreisende Luftbewegung erzeugt wird. Dabei treffen ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen in geschlossener Strahlform bei jeweils kurzer, freier Strahlweglänge derart unter spitzem Winkelauf die Brennraumwand auf, daß der so eingespritzte Kraftstoff sich auf der Brennraumwand als dünner Film über eine große Oberfläche ausbreitet, wobei die Brennraumwand auf einer Temperatur gehalten ist, die unterhalb der Zerfallstemperatur des Kraftstoffes, jedoch noch in dessen Sied#ebereich liegt. Weiterhin ist der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Kolbentotpunktes zu Beginn des Saughubes und/oder -e-en Ende des Verdichtungshubes gewählt, so daß der an der Wand haftende Kraftstoff bis zur Zündung schwach verdampft, worauf nach Ausbildung der Flammenfront immer schneller werdende Verdampfung erfolgt.
Bei einem solchen Gemischbildungsvorgang und Verbrennungsablauf wird die Klopfgefahr auf ein Minimum herabcpsetzt, da die Mischung von Kraftstoffdampf und Verbrennungsluft: jeweils immer erst unmittelbar vor dem Augenblick hergestellt wird, in dem die Verbrennung einsetzt. Das Gemisch von aufdampfendem Kraftstoff und Verbrennungsluft ist also nur sehr kurzzeitig dem Einfluß von hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt; im Gegensatz beispielsweise zum Ottomotor, bei dem das Gemisch gemeinsam verdichtet wird und längere Zeit vor seiner Verbrennung bereitsteht. Die Folge davon ist, daß beim Ottomoter das Verdichtungsverhältnis und damit die Leistung und Wirtschaftlichkeit des Motors mit der Höhe der Oktanzahl beschränkt sind. Bei dem Gemischbildungsvorgang und Verbrennungsablauf nach dem Hauptpatent ist dem--e-enüber eine solche Beschränkung nicht gegeben. Voraussetzung ist hier allerdings, daß bei einem für Fremdzündung, vorgegebenen niedrigen Verdichtungsverhältnis für eine zuverlässige Zündung gesorgt wird. Die beim Gegenstand des Hauptpatentes vorgesehene Zündquelle stellt hierzu ein an sich brauchbares Mittel dar. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß bei Anwendung, einer Zündkerze, wie diese in vielen Fällen für zweckmäßio, aehalten wird, jeweils nurein örtlich und räumlich begrenzt-er Zündfunken gebildet wird. Dies kann dann, wenn das Verdichtungsverhältnis klein ist, unter Umständen zu Schwierigkeiten führen. Es kann nämlich in diesem Fall nicht mit Sicherheit bestimmt werden, daß an der Stelle der Zündfunkenbildung auch je- weils das für die Zündung geeignete Gemisch vorhanden ist.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Brennraumwand in Richtung der Luftdrehung am Ende oder unmittelbar hinter der vom Kraftstoff filmartig benetzten Wandfläche in an sich bekannter Weise als örtlich begrenzte, mit einem katalytischen Stoff, z. B. Natrium, Platinschwamm od. dgl. behaftete. oder aus-,gekleidete Wandzone erhöhter Reaktionsge-schwin-> C digkeit ausgebildet ist. Dabei bildet die katalysatorbehaftete Brennraumwandzone. ein sich quer zur Luft- bzw. Gemischströmung erstreckendes Band, dessen Breite vorzugsweise kleiner als der kraftstoffbenetzte. Wandungsbogen ist.
An sich ist -es zwar bekannt, Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen metallisch auszukleiden.
So ist im Zylinder einer bekannten Brennkraftmaschine eine Wärmeisolierung vorgesehen, die aus einer porösen, flüssigkeitsdurchlässigen Metallschicht besteht. In diese Auskleidung wird von außen her eine Druckflüssigkeit gepumpt. Beim Lauf des Motors bildet sich dann auf der den heißen Verbren nungsgasen ausgesetzten Auskleidungsfläche eine wärmeisolierende Dampfhaut.
Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine sind Katalysatoren an geeigneten Stellen innerhalb des Verbrennungsraumes, beispielsweise an der Zylinderkopfinnenwand oder auf dem Kolbenboden angeordnet. Die Katalysatoren bilden hier den Ersatz für dem Kraftstoff zugesetzte flüssige Antiklopfmittel derart, daß durch einen solchen Katalysator der Rest des an der Fremdzündungsquelle (Zündkerze) unvollkommen verbrannten Gemisches nunmehr emdgültig verbrennen kann. Der Katalysator hat also hier nur die Aufgabe der Eraänzuno, bzw. Vervollständigung des Verbrennungsvorganges eines aus flüssigem Kraftstoff und Luft bestehenden Gemisches, ohne daß hierdurch der Zündvorgang an der Zündkerze selbst beeinflußt wird.
Schließlich ist die Anwendung eines Katalysators bei einer Einspritzbrennkraftmaschine bekanntgeworden, bei der eine unmittelbare Einspritzung des flüssigen Kraftstoffes in die Verbrennungsluft durch-C Creführt wird. Auch hier wird unterstellt daß infolge. der erst kurz vor der Zündun- einaeleiteten Kraftstoffeinspritzung, die Vermischung ades flüssigen Kraftstoffes mit der Luft und damit die Zündung sowie der Verbrennungsvorgang selbst unvollkommen sind und daher durch besondere Mittel - hier Katalysatoren - wiederum nur ergänzt werden soll. Die genannte unvollkommene Kraftstoff-Luft-Ver-Mischung wird darauf zurückgeführt"daß infolge der Massenträgheit der immer noch flüssigen Kraftstofftröpfchen diese während des sich in kürzester Zeit abspielenden Einspri#tz- und Verbrennungsvorganges sich nicht schnell genug in einem für eine gute Verbrennung erforderlichen Ausmaße mit der Luft vermischen konnten, was zu einer schlechten Verbrennung führte und Veranlassung zu der genannten Wandauskleidung gab.
Auch bei der vorliegenden Zusatzerfindung wird von dem Gedanken der katalytischen Wandauskleidung zum Zwecke der Beeinflussung der motorischen Verbrennung ausgegangen, jedoch in Anwendung t2 b auf die eingangs beschriebene fremdgezündete Einspritzbrennkraftmaschine gemäß Hauptpatent.
Die Maßnahme gemäß der Erfindung liegt im. Falle der hier vorgesehenen Vermischung zweier Medien gleichen Zustandes, nämlich der Vermischung verdampften Kraftstoffilmes mit der Verbrermungsluft nicht ohne weiteres auf der Hand, da die Massenträgheit der einzelnen, nunmehr dampfförmigen Kraftstoffpartikeln gar keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Wenn hier nun trotzdem eine katalytische Wandauskleidung und obendrein in besonderer Art und Weise vorgeschlagen wird, dann geht dies auf Betrachtungen über das vorstehend beschri,ebene Einspritz- und Gemischbildungsverfahren und die Eigenart der angewendeten Zündquelle. zurück. Durch,diese zonenweise Auskleidung der Brennraumwandung mit einem Katalysator wird die Reaktionsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Dampf-Luft-Gemisches lokal stark heraufgesetzt und die, Zündung, mit Sicherheit eingeleitet. Dies wirkt sich insbesondere beim Kaltstart des Motors günstig - aus.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. -Hierbei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den Kolben einer fremdzündenden Brennkraftmaschine mit darin angeordnetem Brennraum, wobei die Einspritzdüse perspektivisch dargestellt ist F i g. 2 einen Aufblick auf Kolbenboden und Brennraum. des Kolbens von F i g. 1.
In der Beziffcrung wird nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile Bezug genommen. Im Kolben 1 der nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine ist der Brennraum 2 angeordnet, dessen Durchmesser d gegenüber dem Zylinderdurchmesser D verkleinert ist. Der gewählte Brennraum 2 hat rotationskörperähnliche Form mit einer Brennraumöffnung 2a, die im vorliegenden Beispiel nicht eingeschnürt ist. Die Brennraumöffnung könnte aber ebensogut gegenüber einer weitesten Querschnittsstelle des Brennraumes, welche beispielsweise in einer zur Kolbenachse senkrecht-en Ebene liegt, ein-Creschnürt sein, ohne daß dadurch der Erfindungs--eschränkt wird. Mit 3 ist die Einspritz-"edanke ein, düse bezeichnet, aus deren Düsenmündung, 3 a Kraftstoffstrahlen 4, 5 (die Anzahl ist nur beispielhaft) in bekannter Weise unter spitzen Auftreffwinkeln so auf die Brennraumwandung aufgetragen werden, daß sich der wandaufgetragene. Kraftstoff an der Brennraumwandfläche filmartig ausbreitet, wie dies unter 6, 7 angedeutet ist. über die filmartig vom Kraftstoff benetzte Wandunasfläche wird in -i-lichfalls bekannter Weise, die Verbrennungsluft im Sinne der durch den Pfeil 8 angedeuteten Luftdrehung hinweggeführt, wobei diese Luftdrehung bereits bei ihrem Eintritt in den unter 9 angedeuteten Arbeitszylinder eingeleitet wird. Die, bei einer fremdzündenden Brennkraftmaschine vor-esehene Zündkerze ist mit 10 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist nun die Brennraumwand in Richtung der Luftdrehung 8 am Ende der filmartig benetzten Wandfläche, wie unter 11 angedeutet, oder unmittelbar hinter Ader vom Kraftstoff filmartig benetzten Wandfläche 6, 7 als örtlich be-"r or enzte, mit einem katalytischen Stoff, z. B. Natrium, Platinschwamm od. dgl., behaftete oderausgekleidete Wandzone 11, 12 erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit ausgebildet, über die das Kraftstoff-Dampf-Luft-Gemisch unmittelbar nach seinem Entstehen in Richtung der Luftdrehung 8 hinweggeführt wird, Die katalysatorbehaftete Brennraumwandzone 11, 12 bildet ein sich quer zur Luft- bzw. GemischstrÖmuno, erstreckendes Band, dessen Breite b, b vorzugsweise kleiner ist als der kraftstoffbenetzte Wandungsbogen cc.

Claims

Patentansprüche: 1. Fremdgezündete Einspritzbrennkraft-Maschine, bei welcher der Brennraum im Kolben und die Zündquelle im Zylinderkopf angeordnet ist und bei welcher im Verdichtungs- und Brennraum eine kreisende Luftbewegung erzeugt wird, wobei ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen in geschlossener Strahlform bei jeweils kurzer, freier Strahlweglänge derart unter spitzem Winkel auf die Brennraumwand auftreffen, daß der so eingespritzte Kraftstoff sich auf der Brennraumwand als dünner Film über eine aroße Oberfläche ausbreitet, wobei die Brennraumwand auf einer Temperatur gehalten ist, die unterhalb der Zerfallstemperatur des Kraftstoffes, je-doch noch in dessen Siedebereich liegt, und wobei weiterhin der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Kolbentotpunktes zu Beginn des Saughubes und/oder c en Ende des VerdichzIeg tungshubes gewählt ist, so daß der an der Wand haftende Kraftstoff bis zur Zündung schwach verdampft, worauf nach Aiisbüzlung der Flammen front immer schneller werdende Verdampfung erfolgt, nach Patent 1019125, dadurch ge- kennzeichnet, daß zur Sicherstellung der Zündung die Brennraumwand in Richtung der Luftdrehung (8) am Ende oder unmittelbar hinter der vom K-raftstoff filmartig benetzten Wandfläche (6, 7) in an sich bekannter Weise als örtlich begrenzte, mit einem katalytischen Stoff, z. B. Natrium, Platinschwanini od. dgl., behaftete oder ausgekleidete Wandzone (11, 12) erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit ausgebildet ist.
2. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalysatorbehaftete Brennraumwandzone (11, 12) ein sich quer zur Luft- bzw. Gemischströmung erstreckendes Band bildet, dessen Breite (b, b) vorzugsweise kleiner als der kraftstoffbenetzte Wandungsbogen (cc) ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 489 034, 191694; USA.-Patentschrift Nr. 2 552 555.