DE3050580T1

DE3050580T1 -

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Publication number: DE3050580T1
Application number: DE19803050580
Authority: DE
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3050580C2; WO1982001218A1; GB2097472A; GB2097472B; SE437181B; US4497309A; SE8203342L

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung Detrifft das Gebiet; des Maschinenbaus, insbesondere Verbrennungsmotoren.

-Besonders vorteilhaft; kann die vorliegende Erf indung in Motoren'mit Selbstzündung des Xrafcsroffs infolge der Kompression verwendet werden, die einen Zylinderdurchmesser bis 145 mm haben und mit Aurladung arbeiten.

Bisheriger Stand der Technik

Der Betrieb eines Verbrennungsmotors mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und einem rauchlosen Auspuff der Abgase ist nur bei einer effektiven Gemischbildung möglich, d.h. bei einer intensiven Bildung des brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches. Zur Intensivierung . der Verdampfung und Gemischbildung des in den zylinder eingebrachten Kraftstoffs wird weitgehend die Wirbelbewe- :■ gung der Luftladung in bezug auf die Wandungen der ■Brennkammer benutzt. .

Besonders breit ist die Verwendung der durch eine Einrichtung in den Einlaßorganen während des Ansaugevorgangs erzeugten Wirbelbewegung der Luftladung in tangentialer Richtung in bezug auf die Seitenwände der Brennkammer zur Gemischbildung bekannt. Die Wirbelbewegung der Luftladung■in tangentialer Richtung gestattet eine gleichmäßige Gemischbildung und eine Ausgleichung der Konzentration der Kraftstoffdämpfe über das Volumen der Brennkammer bei einer ungleichmäßigen Verteilung der Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzdüse in bezug auf das .Volumen der Brennkammer zu organisieren. Das erlaubt eine, breite Verwendung der tangentialen Bewegung der Luftladung in Kleinmotoren mit Zweiventil-Zylinder köpf en und mit aus diesem Grund von der Zylinderachse verschobenen Einspritzdüsen.

Sin typischer Motor, bei dem zur Gemischbildung die tangentiale Wirbelbewegung der Luftladung benutzt wird, ist der Verbrennungsmotor nach der GB-PS 1167015, ver-

öffern; licht am 15.10.1969, mit ■ direkter Einspritzung und Entzündung des Kraftstoffs durch Kompression, der eine .brennkammer im Kolben enthält, deren Mittelpunkt mit der Zylinderachse zusammenfällt, ozvi. nahe von dieser liegt. Die .Brennkammer ist so konstruiert, daß sich oei der Lage des Kolbens im oberen Totpunkt am Ende des Konrpressionshubs beinahe die ganze Luf"cladung in der Brennkammer befindet. Ss sind Einrichtungen vorhanden, die während, des Ansaugnubs eine

^O Drehbewegung der Luft im Zylinder in tankern; ialer Richtung in bezug auf die Achse der Brennkammer erzeugen. Die Einspritzdüse ist zur ' Achse der Brennkammer verschoben und hat mindestens zwei Kanäle zur Kraftstoff zufuhr, die oberhalb des maximalen Durchmessers

"je; der Brennkammer bei der Lage des Kolbens im oberen Totpunkt angeordnet sind. Die Einspritzdüse erzeugt Kraftstoffstrahlen mit verschiedener Länge, die zur Zylinderachse und quer zum Wirbel in der Brennkammer gerichtet sind, wobei sie über den Rand der öffnung der Brennkammer nicho heraustreten. Ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs gelangx an die Seitenoberfläche der Brennkammer, während der andere Teil von der Luftladung der Brennkammer aufgenommen wird. Einer der Kraftstoff strahlen, und zwar der längste Strahl,· ist auf die Seitenoberfläche der Brennkammer gerichtet und dient zum Beginn der Selbstzündung des Kraftstoffs, und der andere Strahl.bzw. die anderen Strahlen sind in entgegengesetzter Richtung so gerichtet, daß sie sich mit der Seitenoberfläche der Brennkammer an der Anordnungsseite der Einspritzdüse ungefähr auf der gleichen Höhe berühren, auf der der längste Kraftstoffstrahl auf die ί/dtte der Seitenoberfläche der Brennkammer aufprallt. Hat die Einspritzdüse mindestens drei Kanäle, so sind ihre Projektionen auf die zur Zylinderachse senkrechte Ebene asymmetrisch in bezug auf die diametrale Ebene angeordnet, die durch die Achse der Brennkammer und die Achse der Ein-

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üpx'itüdüüö verläuft. '.Voist die Einspritzdüse nur zwei Kanäle auf, so liegen ihre Achsen in der diametralen Ebene, die durch, die Achse der Brennkammer und die Achse der Einspritzdüse verläuft. Im angegebenen Motor ist der Schnittrjunkt der Achsen der Kraftstoffkanäle in der Einspritzdüse von der Achse der Brennkammer um einen Abstand entfernt, der mindestens 1/5 des maximalen Durchmessers der .Brennkammer gleich ist. Die Anordnung der Einspritzdüse exzentrisch in bezug auf die Achse der Brennkammer gestattet es, im angegebenen Motor das Ein- und das Auslaßventil und Kanäle mit ausreichenden Ausmaßen der Durchlaßquerschnitte unterzubringen. Dank der zentralen Lage der Brennkammer im Bereich der Kolbenringnuten stellt sich eine gleichmäßige Temperatur des Kolbens .ein. Im angegebenen Motor sind die Kraftstoff strahlen so gerichtet, daß bei der Einwirkung der Drehbewegung der Luftladung auf sie kein Kraftstoffstrahl einen Einfluß auf den anderen ausübt. Es liegen optimale Bedingungen zur Bildung des Kraftstoff gemisches ·'..

vor. ;

Im angegebenen Iv'iotor, ebenso wie in allen anderen iv.otoren mit tangentialer Drehung der Luftladung, klingt jedoch die Drehbewegung in der Brennkammer bei der Bewegung des Kolbens nach unten vom oberen Totpunkt am Beginn des Expansionshubs ab, wenn in dem aufgeladenen Motor die Vorgänge der Zufuhr und der Verbrennung des Kraftstoffs noch nicht abgeschlossen sind. Dabei wird die Intensität der Gemischbildung und die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Dämpfe des zugeführten Kraftstoffs über das Volumen der Brennkammer gestört. Die Drehbewegung hört in dem Moment auf, wenn die Drehung zur Erhöhung der Effektivität der Verbrennung noch fortgesetzt werden 'muß. Das Bestreben zu einer Steigerung der Drehgeschwindigkeit der Luftladung zur Verlängerung der Wirkung der tangentialen Strömungen führt zu einer Erhöhung des Druckgefalles in den Einlaßorganen, was eine Verminderung der Füllung des Zy-

lindcrs mit der Frisch luft ladung zur Po Ige hat. können die hohen Geschwindigkeiten der Verwirbelung des Stroms am Beginn der Einspritzung die Bedingungen der Selbstzündung des Kraftstoffs verschlechtern und _i die Härte des l·.¹; ο tor lauf s erhöhen.

Es ist bekannt, daß zur Gemischbildung auch eine Wirbelbewegung der Luftladung in radialer Richtung in bezug auf die eigene dazu geneigte Seitenoberfläche der Brennkammer verwendet werden kann. Die '.Virbölbe- ^ wegung entsteht bei der Verdrängung der Luftladung aus dem Zylindervolumen in das Volumen der Kammer im Kolben bei der Bewegung des Kolbens in die obere Lage am .Ende des Kompressionsvorgangs und beim Umströmen der Luftladung und der Verbrennungsprodukte in·entgegenge- ^5 setzter Sichtung bei der Bewegung des Koloens nach unten am .Anfang des Expansionsvorgangs. Die Wirbelbewegung in radialer Richtung wirkt besonders effektiv bei einer gleichmäßigen Verteilung der Kraftstoffstrahlen über das Volumen der Brennkammer, da die bei einer ungleichmäßigen Verteilung der Kraftstoffstrahlen über das Volumen der Brennkammer entstehenden tan-' gentialen Komponenten der Luftladungsgeschwindigkeit nicht imstande sind, den Kraftstoff über das Volumen der Brennkammer in tangentialer Richtung zu bewegen und die Konzentration seiner Dämpfe auszugleichen. Deshalbwird die Gemischbildung mit Hilfe einer radialen Bewegung der Luftladung hauptsächlich in Motoren mit einer zentralen Lage der Einspritzdüse in bezug auf die Brennkammer und mit gleichmäßiger Verteilung der Kraftstoffstrahlen in bezug auf die Einspritzdüse und die Kammer sowie die radialen Strömungen in der Brennkammer verwendet.

In Motoren mit Zweiventil-Zylinderköpfen ist zwischen den Ventilen kein Platz zur Anordnung der Einspritzdüse vorhanden, weshalb die Einspritzdüsen von der Zylinderachse verschoben und exzentrisch in bezug auf die Brennkammer im Kolben angeoracht werden. Dabei

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wird die durch die Verschiebung der Einspritzdüse hervorgerufene Verschlechterung der Gemischbildung durch eine ausreichende Größe der Durchiaßquerschnitte der Ventile und Kanäle und durch den einfachen Aufbau des Zylinderkopfs kompensiert.

Ein typischer Motor mit einem Zwaiventil-Zylinderkopf und mit einer in bezug auf die Zylinderachse ' verschobenen Einspritzdüse, bei dem eine radiale Wirbeluewegung der Luftladung verwendet wird, ist der im !.Such von ίί.ΙΜ. Ivanciienlco u.a. "3etriebsvorgang von Dieselmotoren mit einer Kammer im Kolben", veröffentlicht 1972, Verlag "Mashinostrojenije", Leningrad, S. 23-25; 29-36 beschrieoene Verbrennungsmotor mit einer Kammer im Kolben, die eine sich in Sichtung zum Halsstück verjüngende, kegelartige Seitenoberfläche hat, und mit einer Einspritzdüse mit mehreren symmetrisch und gleichmäßig in bezug auf die Achse der Einspritzdüse verteilten Kanälen zum Spritzen des üraftstoffes auf die Seitenoberfläche der Brennkammer, die in den Zylinderkopf mit einer Exzentrizität von 0,1 bis 0,25 des Radius des Halsstücks der Brennkammer eingebaut ist. Das optimale Verhältnis des Volumens der Brennkammer im Kolben zum Gesamtvolumen der Brennkammer beträgt mindestens. O,7ö bis 0,80 und der optimale Durch-

2$ messer des Halsstücks beträgt 0,35 bis 0,37 des -Zylin-.'y derdurchmessers. Die voluminös-filmarcige Gemischbildung erfolgt in diesem Motor im Ergebnis der Ein- ' wirkung auf die üraftstorrstrahlen und auf die auf die Seitenoberfläche der Brennkammer aufgetragenen Kraftstoi'rilme seitens der radialen Luft strömungen und der icleinmaßstäblichen -curbulenten Wirbel, die sich bei der Verdrängung der Luftladung aus dem £ylindervolumen in das Volumen der Kammer im Kolben bei der Bewegung des Kolbens in die obere.: Lage am Ende des Kompressionsvor— 6'angs im Moment bilden, wenn die Einspritzdüse Kraftstoff in den zylinder einspritzt, und wenn die Luftladung und die Verbrennungsprodukte in entgegengesetzter dichtung aus dem Volumen der Kammer im Kolben in das

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/jylindervo lumen Dei der Bewegung des Kolbens nach unten am Anfang des üJxpansionsvorgangs strömen. Im angegebenen l.iotor geschieht die Bewegung der Ladung in der Brennkammer im Laufe des gesamten Mnspritzvorgangs des Kr aftstofrs, wodurch die Wirksamkeit der Gemischbildung und der Verbrennung des Kraftstoffs in dem aufgeladenen i.iotor erhöht wird.

In dem angegebenen Motor,ebenso wie .in anderen ähnlichen iviotoren, verteilt sich der Kraftstoff jedoch ungleichmäßig über das Volumen der Brennkammer und in bezug auf die radialen Strömungen, wodurch eine ungleichmäßige Konzentration des Kraftstoffs und seiner Dämpfe im Volumen der Brennkammer hervorgerufen wird. Bei diesem IViotor geschieht die Gemischbildung und die Verbrennung desjenigen Teils des Kraftstoffs, derdurch die Einspritzdüse in der Richtung zur näher zu ihr befindenden Seitenoberflache der Brennkammer be- ■ schickt wird, in einem nicht proportional geringeren Teil der Luftladung im Vergleich zur Gemischbildung' und Verbrennung jenes Teils des Kraftstoffs, der..in Richtung zu der von der Einspritzdüse 'weiter entfernten Seitenoberfläche der Brennkammer eingespritzt wird, was die Wirksamkeit der Gemischbildung und der Verbrennung des gesamten, in den Zylinder eingebrachten ■ Kraftstoffs bedeutend herabsetzt. Bei höheren

Aufladungen, d.h. bei einer Vergrößerung der zyklischen Kraftstoff zufuhr, r.eioht für eine wirksame Gemischbildung der ungleichmäßig über das Volumen der Brennkammer verteilton Kraftstoffstrah-Ieη nur die Wirkung' der radialen Strömungen nicht aus, und die Verwendung der bekannten Verfahren zur Verwirbelung des Stroms in tangentialer Richtung ruft zusätzliche Druckverluste beim Lufteinlaß in den Zylinder hervor. Außerdem verteilen sich die unter gleichen Winkeln in bezug auf die Einspritzdüse zugeführten verlängerten •Einspritzstrahlen bei der vergrößerten zyklischen Kraftstoff zufuhr derart im Volumen der Brennkammer, daß die

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VerDrennungsprodukte beim Austritt aus der Kammer im Koloen in das Zylindervolumen die EinspriOzstrahlen des Kr al't st off s überqueren und die Zufuhr der frischluft zum Kraftstoff behindern, wodurch die Gemischbildung und Verbrennung verschlechtere werden. Die Verr· minderung der Luftzufuhr in die .Brennzone erhöht die Temperatur und vergrößert die lokalen V/ärmebeanspruchungeh der Kamiaerwanduncen, was zum Entstehen von Rissen an den Kanten des Halsstücks der Kammer beiträgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung . ;

Der Errindung ließt die Aurgabe zugrunde, eine . Konstruktion des Verbrennungsmotors zu entwickeln, bei dem die Einspritzdüse eine solche Anordnung der Kanäle zur Kr ai't st off zufuhr auf die Seitenoberflache der Brenn-.

kammer hat;, daß die Gemischbildung und die Verbrennung des Kraftstoffs bei einer gleichmäßigen Verteilung desselben in- der Luft ladung und gleichmäßig im Laufe, des gesamten Verbrennungsvorgangs erfolgen. ':'■■'

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem· Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, ei- ■ nein Kolben mit der Brennkammer, die eine sich in Richtung zum Halsstück verjüngende, kegelartige Seitenoberfläche hat, sowie mit einer Einspritzdüse mit Kanälen zum Spritzen. des Kraftstoffs auf die Seitenoberfläehe der Brennkammer, die im Zylinderkopf mit einer Exzentrizität in bezug auf den Mittelpunkt des Halsstücks angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Winkel fr zwischen den Projektionen der Achsen eines Paars nebeneinander liegender Kanäle zum Spritzen des Kraftstoffs auf den am nächsten zur Einspritzdüse be- \ findlichen Teil der Seitenoberfläche der Brennkammer auf die'Querschnittsebene der Brennkammer um das. 1,8 bis 2,2fache 'größer ist als der Winkel (f zwischen den Projektionen der Achsen eines beliebigen Paars nebeneinander liegender Kanäle zum Spritzen des Kraftstoffs auf. den am weitesten von der Einspritzdüse entfernten Teil der Seitenoberflache der Brennkammer auf dieselbe

ijbüne.

Dank dieser Lösung wird nicht nur eine gleichmäßige Verteilung dos Kraftstoffs über das Volumen clor .irenr.-kammer, sondern auch eine gleicinnäiiige Luftzufuhr zu den Kraftstoff strahlen im Laufe des gesamten Vorgangs der Gemischbildung und Verbrennung erreicht. Das erklärt sich dadurch, daß am Ende der Kompression die Kraftstoffstrahlen in die Brennkammer unter gleichen Winkeln zu den radialen Bewegungen der Luftladung, die beim überfließen der Ladung aus dem Zylindervolumen in das Volumen der Brennkammer im Kolben entstehen, eingespritzt werden. Die auf die Kraftstoff strahlen'unter einem Winkel wirkenden radialen Strömungen verdrängen die Kraftstoffdämpfe zum Zentrum und erhöhen dadurch

•jr die Konzentration der Kraf Uiitofi'dainxjifo im Volumen der Brennkammer auf der Seite der am weitesten von der Einspritzdüse entfernten S.eitenoberflache der Brennkammer, was die Selbstzündung des Kraftstoffs begünstigt. Die Gipfel der Einspritzstrahlen des Kraftstoffs folgen dabei demRadienteil der Seitenoberfläche, lenken sich in die Zwischenräume zwischen den Kraftstoff strahlen ab und treten aus der Brennkammer heraus, ohne daß sie die Kraftstoffstrahlen überqueren und die Zufuhr der Frischluft in die ßrennzohne behindern. Bei der Bewegung des Kolbens nach unten am Anfang des Expansionsvorgangs Wirken die bei der Uniströmung der Luftladung und der Verbrennungsprodukte aus dem Volumen der Kammer im Kolben in das Zylindervolumon entstehenden radialen Strömungen unter einem Winkel auf die Kraftstoffstrahlen von der Seite des Zentrums der Brennkammer ein, wodurch sie die Kraftstoff dämpfe in entgegengesetzter Richtung in die Zone des unbenutzten Teils der Luftiadung verdrängen. Im Ergebnis erhöht sich die Vollständigkeit der Ausnutzung der Luftladung zur Kraftstoffverbrennung.

oc Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

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Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgeMäßen Verbrennungsmotor im Schnitt durch die Brennkammer im Kolben im Moment dessen Näherung zum oberen Totpunkt am Ende des iiornpressionsvorgangs;

Fig. 2 einen Schnitt längs-der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 dasselbe wie in Fig. 1 bei der Bewegung des Kolbens nach unten am Anfang des Sxpansionsvorgangs; Fig. 4 .einen Schnitt längs der Linie IV-IV von

Fig. 5 dasselbe wie in Fig. 1, mit einer Einspritzdüse, die vier Kanäle zur Kraftstoffzufuhr hat; Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 dasselbe wie in Fig. 5> bei der Bewegung des Kolbens nach unten am Anf-ang des Expansionsvorgangs; ■

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 7;

Fig. 9 dasselbe wie in Fig. 2, mit einer Einspritzdüse, die drei Kanäle zur Kraftstoff zufuhr hat;

Fig. 10 dasselbe wie in Fig. 91 mit einer Einspritzdüse, die zwei Kanäle zur Kraftstoff zufuhr hat. 2p Das beste AusführungsbeiGpicl der Erfindung

Der Verbrennungsmotor enthält einen Zylinder 1 (Fig. 1), einen Kopf 2 des Zylinders 1, einen Kolben 3 mit der Brennkammer 4 und eine Einspritzdüse 5. Die Brennkammer 4 im Kolben 3 hat eine kegelartige Seitenoberfläche 6, die sich in ßichtung zum Kaisstück 7 der Brennkammer 4 verjüngt. Die Seitenoberfläche 6 ist.unter einem Winkel U von 30° bis 60° zur Bildung einer Wirbel-■ bewegung der Luftladung in radialer Richtung geneigt.· Die angegebenen Grenzwerte der Winkel erklären sich damit, daß eine Neigung der Seit©noberflache 6 weniger als um 3O⁰ keine intensive Wirbelbildung gewährleistet und eine Neigung um mehr als 60 einen erhöhten Widerstand der Bewegung der Luftladung bedingt. Dar Übergang von

³⁰⁵⁰⁵⁹°

der kegelartigen Seitenoberflache 6 zum Soden β der Brennkammer 4 ist gleichmäßig mit einem großen üadius ausgeführt. Pur die vorliegende Brennkammer 4 im Kolben 3 sind optimal: eine Weisung der Seitenoberfläche 6 um 40° bis 50°, ein Durchmesser d des Halsstücks 7 von 0,35 bis 0,37 des Durchmessers des Zylinders 1, ein Volumen der Brennkammer 4 im Kolben 3 von 0,7ö bis 0,8 des gesamten Volumens der .Brennkammer bei der Lage des Kolbens 3 im oberen Totpunkt. Der Durchmes^ser £>,, der Brennkammer 4 in einem Abstand b von. der Kante 9 des Halsstücks 7» der der halben Hohe h der Brennkammer 4 gleich ist, unterschreitet den niedriger liegenden maximalen Durchmesser Dp.

Die Einspritzdüse 5 ist im Kopf 2 des Zylinders 1

-je, mit einer Exzentrizität a in bezug auf den Mittelpunkt des Halsstücks 7 der Brennkammer 4 eingebaut. Die maximale Größe der Exzentrizität α wird durch die Möglichice it des Eintreffens der Kr aft st off strahlen ins Innere der Brennkammer 4 durch das Halsstück 7 mit dem Durchmesser d bestimmt. Die Einspritzdüse 5 hat Kanäle 10, 11, 12, 13 und 14 (Fig. 2) zur üraftstoffzufuhr in die Brennkammer 4. Die Achsen 15, 16, 17, 18 und 19 der üanäle 10,bzw. 11,bzw. 12, bzw. 13 und 14 schneiden bei ihrer Verlängerung die Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 in den Punkten 20, 21,'22, 23 und 24 und verlaufen über den Punkten 25, 26, 27, 2ö und 29, die gleichmäßig über den Kreis mit dem oben angegebenen Durchmesser D,, verteilt sind.

Die Kanäle 10 und 11 sind zur üraftstorrzufuhr zum am nächsten zur Einspritzdüse 5 liegenden -Teil der ' Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 in den Punkten 20 und 21 bestimmt. i>ie üanale 12, I3, 14 dienen zur Kraftstoffzuruhr zum am weitesten von der Einspritzdüse 5 entfernten Teil der Seitenooerrläche 6 in den Punkten 22, 23 und 24. .Uabei ist der Winkel V» zwischen den Projektionen der Achsen 15 und 16 des Paars der Kanäle 10 und 11 auf die Querschnittsebene

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der'brennkammer 4 um das 1,d bis 2,2fache■größer als der Winkel $ zwischen den Projektionen der Achsen 17 und 1ö oder 18 und 19 der Paare der Kanäle 12 und 13 bzw. 13 und 14 auf die gleiche Ebene.

Die Achsen 15, 16, 17, 1ό und 19 der Kanäle 10, 12, 13 und 14 weichen um den Winkel β von der Längsachse der Einspritzdüse 5 Oig. 1) ab und schneiden sich im Punkt 30, der auf dem Pegel der Kante 9 des lialsstücks 7 bei der Lage des Kolbens 3 im oberen Totpunkt liegt, jjie Achsen der Kanäle der Einspritzdüse sind die Mantellinien der Kegeloberfläche mit dem Winkel 2 ρ am Gipfel im Punkt 30. Die Einspritzdüse 5 ist von ihrer senkrechten Lage unter dem Winkel f so abgewandt, .daß bei der Lage des Kolbens 3 im oberen To"cpunkt die Kegeloberfläche sich mit der Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 von der Seite der am nächsten zur Einspritzdüse 5 liegenden Kante 9 iß einer Tiefe 3/4b : von der Kante 9 und. von der Seite der am weitesten entfernten Kante 9 i& einer Tiefe 1/2b schneidet.

.Bei fünf Kanälen in der Einspritzdüse 5 wird das

Ziel der Erfindung bei einem Winkel V" zwischen den Pro-. Rektionen der Achsen I5 und 16 der Kanäle 10 und 11 in den Grenzen von 104° bis 114° und beim Winkel fr zwi schen den Projektionen der Achsen 17 und 1ö oder 1Ö und 19 der Kanäle 12 und 13 bzw. I3 und 14 in den Grenzen von 52° bis 50° vollständig erreicht;. Dabei wird das oben angegebene Verhältnis zwischen diesen Winkeln eingehalten. .

In den Ji'ig. 1 und 2 ist der Motor bei der Lage des Kolbens 3 i-ⁿ der Nähe vom oöeren Totpunkt am Ende des Kompressionsvorgangs und am Anfang der Kraf"cs"uoffverbrennung dargestellt.

In den If'ig. 3 und 4 ist das gleiche wie in den ü'ig. 1 und 2, jedoch bei der Bewegung des Kolbens 3 vom oberen Totpunkt am Anfang der Expansion und am Ende der Kraftstoffzufuhr dargestellt.

Die Ausführung des erfindungsgemäßen Motors mit einer vier Kanäle zur Kraftstoffzufuhr besitzenden Ein-

spritzdüse 5 ist in den Jj'ig, 5, 6, 7 und 3 angeführt. Der Aufbau des Eotors ist in diesen D¹ all analog dem oben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, daß die Einspritzdüse 5' (*'ig. 6) nur die Kanäle 10, 11,12 · und 14 besitzt, deren Achsen 15 bzw. 16 bzw. 17 und 19 bei ihrer Verlängerung die SeitenoDerfläche 6 der Brennkammer 4 in den Punkten 20, 21, 22 und 24 schneiden und über den Punkten 25, 26, 27 und. 29 verlaufen, die gleichmäßig über den Kreis mit dem Durchmesser JL· verteilt sind.

Dabei ist der Winkel V^ zwischen den Projektionen der Achsen 15 und 16 des I'aars der Kanäle 10 und 11 auf die Querschnittsebene der brennkammer 4 um das 1,b bis 2,2fache größer als der Winkel O zwischen den Projektionen der Achsen 17 und 19 des Paars der Kanäle 12 und 14 auf die gleiche Ebene.

Ha^-C die Einspritzdüse 5 nur vier Kanäle, so wird das Ziel der Erfindung bei einem Winkel Y* zwischen den Projektionen der Achsen 15 und 16 der Kanäle 10 und 11 in den Grenzen von 130° Dis 140° und beim Winkel ο zwischen den Projektionen aer Achsen 17 und 19 der Kanäle 12 und 14 in den Grenzen von 64° und 72° vollständig erreicht. Dabei wird das oben angegebene Verhältnis zwischen diesen Winkeln eingehalten.

' ■ ' Die Ausrührung des erfindungsgemäßen Motors mit- einer Einspritzdüse 5» äie drei Kanäle zur KraTtstofrzuruhr hat, ist in der JJ'ig. 9 angerührt. In diesem Fall ist der Aufbau des Motors analog dem oben beschriebenen. Der Unterschied bestehe darin , daß die Einspritzdüse 5 nur die Kanäle 10, 11 und 13 hat, deren Achsen 15 bzw. 16 und 18 bei ihrer Verlängerung die Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 in den Punkten 20, 21 und 23 schneiden und über den Punkten 25, 26 und 2Ö verlaufen, die gleichmäßig über den Kreis mit dem Durchmesser D^ verteilt sind_.

Dabei ist der Winkel V* zwischen den Projektionen der Achsen 15 und 16 dea Paars der Kanäle 10 und 11 auf die Querschnittsebene der Brennkammer 4 um das 1,8 bis

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2,2fache größer als der Winkel υ zwischen den. Projektionen der Achsen 16 und 18 oder 18 und 15 der Paare der Kanäle 11 und 13 bzw. 13 und 10 auf die gleiche Ebene.
Hat die Einspritzdüse 5 nur drei Kanäle, so.wird das Ziel der Erfindung bei einem Winkel Ϋ" zwischen den Projektionen der Achsen 15 und. 16 der Kanäle 10 und 1.1 in den Grenzen von 170° bis 186° und einem Winkel ο zwischen den Projektionen der Achsen 16 und 18 oder 18 und 15 der Paare der Kanäle 11 und 13 bzw. 13 und 10 in den Grenzen von 86° bis 95° vollständig erreicht. Dabei wird das oben angegebene Verhältnis der Winkel eingehalten.

Die Ausfuhruns des erfindungsgemäßen Motors mit

^ einer Einspritzdüse 5, die zwei .Kanäle zur Kraftstoff-, zufuhr hat, ist in der Fig. 10 gezeigt.. In diesem Fall ist der Aufbau des Motors ebenfalls dem oben beschriebenen analog. Der Unterschied besteht- darin, daß die Einspritzdüse 5 ^nur zwei Kanäle 10 und 11 hat, deren ' Achsen 15 bzw. 16 bei ihrer Verlängerung die Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 in den Punkten 20 und 21 .. schneiden und. über den Punkten 25 und 26. verlaufen, die gleichmäßig über den Kreis mit dem Durchmesser D^ verteilt sind.

In diesem Fall sind die Kanäle 10 und 11 zur Kraftstoff zufuhr sowohl auf den zur Einspritzdüse 5 am nächsten liegenden Teil der Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4 als auch auf deren entfernsten Teil bestimmt. Dabei ist der Winkel Y zwischen den Projektionen der Achsen 15 und 16 des Paars der Kanäle10 und 11' auf die Querschnittsebene der Brennkammer 4, gemessen von der Seite des am nächsten zur Einspritzdüse 5 liegenden Teils der Seitenoberfläche 6, um das 1,8 bis 2,2fache größer als der 7/inkel 0 zwischen den Projektionen der Achsen desselben Kanälepaars auf die gleiche Ebene, gemessen von der Seite des am weitesten entfernten Teils der Seitenoberfläche 6.

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Hat die Einspritzdüse 5 ^nur zwei .Kanäle, so wird das Ziel der Erfindung bei einein Winkel f in den Grenzen von 232° bis 24β° oder bei einem Winkel fr in den Grenzen von 112° bis 12d°.vollständig erreicht.

5> Der erfindungsgemäiie Motor wirkt auf folgende Weise:

3ei der Bewegung des Kolbens 3 (l^?ig. 1 und 2) in die- obere Lage strömt die Luftladung am Ende des Kompressionsvorgangs aus dem Volumen des- Zylinders 1 in . das Volumen der Brennkammer 4 um und erhält eine Wir-' ; be.lbewegung in radi ;.·'!.er Richtung in bezug auf die Seitenober fläche 6. Die radialen Strömungen der Luftladung sind mit gestrichelten Pfeilen gezeigt. Mittels der Einspritzdüse 5 erfolgt über die Kanäle 10, 11» 12, 13 und 14 die Zufuhr der Kraftstoffstrahlen in Richtung der Achsen 15 bzw. 1G,bzw 17,bzw. 1ü und 19, die sich nach der Berührung mit der Seitenoberflache 6 in den Punkten 20, 21, 22, 23 und 24 und einer Berieselung derselben zum Boden ö der Brennkammer 4 "bewegen.

Die Richtung der Achsen der Kraftstoffstrahlen und aer Gipfel der Einspritisstraalen, nach deren Zündung ist mit durchgezogenen Pfeilen gezeigt.

Die radialen Strömungen der Luftladung überqueren die Achsen 15, 16, 17 und 19 der Kraftstoffstrahlen, die durch die Kanäle 10, 11, 12 und 14 unter den Winkeln Sy. und B- zugeführt werden, und verdrängen die Kraftstoffdämpfe zum Zentrum der Kammer 4. Das beschleunigt die Bildung der Kraftstoffdämpfe und erhöht deren Konzentration im Volumen der Kammer 4 von der Seite des von der Einspritzdüse 5 entfernteren Teils der Seitenoberfläche 6 der Brennkammer 4. Im Ergebnis wird die Selbstzündung des Kraftstoffs und nach der Zündung seine Verbrennung beschleunigt.

Dabei folgen die Gipfel der Einspritzstrahlen,

^ die sich nach der Entzündung der angegebenen Kraftstoffstrahlen bilden, bei ihrer Bewegung zum Boden ö der Brennkammer 4 längs einer Spirale denaiiadienteil der

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Seitenoberflache 6 und weichen unter einem Winkel von den FußpunkLen dieser Kraftstoff strahlen in die Zwischenräume zwischen ihnen ab. Demzufolge werden die Verbrennungsprodukt aus der Kammer 4 durch das Halsstücic 7 derselben so herausgeworfen, daß sie die Kraftstoff strahlen nicht überqueren und die Zuleitung der Frischluft in die Brennzone nicht behindern.

Bei der Bewegung des Kolbens 3 (J?ig. 3 und 4) nach unten am Anfang des Expansionsvorgangs und am Ende der Kraftstoff zufuhr durch die Einspritzdüse 5 überqueren die radialen Strömungen, die sich beim Umströmen der Luftladung und der Verbrennungsprοdukte aus dem Volumen der .Brennkammer 4 in das Volumen des Zylinders. 1 bilden, die Achsen ■]'}, 16, 1? und 19 der Kraftstoff- ^N strahlen, die durch die Kanäle 10, 11, 12 und 14 unter den Winkeln £ - und <£ ~ zugeführt werden, und wirken auf. die Kraftstoff strahlen in entgegengesetzter Richtung von der Iv'litte der .Brennkammer 4. Dabei verdrängen die radialen Strömungen die Kraftstoffdämpfe in der Richtung zum unbenutzten Teil der Luftladung, der sich auf der vom Mittelpunkt der Brennkammer 4 entgegengesetzten Seite der kraftstoff strahlen befindet, die durch, die Kanäle 12 und 14 zugeführt werden, und weiter in der Richtung zum unbenutzten Teil der Luftladung, der sich im Sektor zwischen den Kraftstoffstrahlen befindet, die durch die Kanäle 10'und 11 befördert werden. ■ . ,

Infolge dieser Verbrennung des Kraftstoffs am Ende seiner Zufuhr-Wird.die Vollständigkeit der Ausnutzung der Luftladung zum .Brennen des Kraftstoffs intensiviert und vergrößert.

Der Kraftstoff strahl, der durch den Kanal 13 cie^ Einspritzdüse 5 in Richtung'der Achse 18 befördert wird, 'nimmt am Vorgang der Gemischbildung und des Brennens wie in einem üblichen bekannten Motor mit der.Kammer im &οIben teil.

Die auf diese Weise organisierten Vorgänge der Gemischbildung und des Brennens des Kraftstoffs schließen

einen ivi angel an Luft; in der lirennzone aus. Das schlieft wiederum ο ine üborwuJiige Erhöhung der Temperatur und das Entstehen von lokalen Wärmebelastungen der Wände der Brennkammer 4 aus. Und letzten Endes wird dadurch das Auftreten von Rissen an den Kanten 9 des HaIs-■ Stücks 7 der brennkammer 4 ausgeschlossen.

Der Motor mit einer !einspritzdüse 5 (ü'ig. i>, 6, und 8), die vier Kanäle hat, wirkt analog dein oben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, dsui an den Vorgängen der Gemischbildung und der Verbrennung des Kraftstoffs nur die Kraftstoff strahlen teilnehmen, die durch die Kanäle 10, 11, 12 und 14 eingespritzt werden.

Die Wirkung de ε; iviotors mit einer Einspritzdüse

1i> O'i£. 9J, die drei Kanäle hat, erfolgt analog dem oben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, daß an den Vorgängen der Gemischbildung und der Verbrennung nur die Kraftstoff strahlen teilnehmen, die durch die Kanäle 10, 11 und 13 eingespritzt werden.

£)er Motor mit einer Einspritzdüse 5 U'ig· 10), die zwei Kanäle hat, wirkt auch analog dem oben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, daß an den Vorgängen der Gemischbildung und der Verbrennung nur die Kraftstoffstrahlen teilnehmen, die durch die Kanäle 10 und 11 eingespritzt werden.

Das Zustandebringen der oben beschriebenen Vorgänge der Verdampfung des Kraftstoffs, einer Erhöhung der Konzentration der Kraftstoffdämpfe während seiner Selbstzündung, des .üintfernens der Verbrennungsprodukte aus der Brennzone unter Umgehung der Kraftstoff strahlen und der Verdrändung der Kraftstoffdämpfe in die Zone des unbenutzten Teils der Luftladung wird nur bei der oben angegebenen Anordnung der Kanäle in der iiiinspritzdüse gewährleistet. .

In sämtlichen Fällen werden bei einer Verminderung des Verhältnisses des Winkels Y* zum Winkel $" unterhalb 1,0 die Vorgänge der Selbstzündung und des

3Ο5Ο5βΟ

.Beginns des Kraf ustoffbrennens bei einem Luf tüberschuii und das Nachbrennen dec Kraftstoffs bei einem Luftmangel geschehen. Dabei bleibt der überschüssige Teil der · ■Luft beim Nachbrennen des Kraftstoffs unbenutzt, wodurch die Effektivität des Motorbetriebs herabgesetzt wird.

In sämtlichen Fällen werden bei einer Vergrößerung des Verhältnisses des Winkels Ψ zum Winkel ύ über 2,2 die Vorgänge der Selbstzündung und des Beginns des Kraftstoffbrennens bei einem Luftmangel und das Nachbrennen des Kraftstoffs bei einem Luftüberschuß geschehen.. Dabei bleibt der überschüssige Teil der Luft beim Nachbrennen des Kraftstoffs unbenutzt, wodurch die Effektivität des Motorbetriebs herabgesetzt wird.

Aus den angeführten konkreten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist für den ii'achmann auf diesem Gebiet die Möglichkeit des Erreichens des Ziels der Sr-findung in einem Umfang, der durch den Patentanspruch ■ bestimmt wird, vollkommen einleuchtend. Es ist jedoch auch vollständig einleuchtend, daß in der Konstruktion des Verbrennungsmotors geringfügige Änderungen ohne Abweichung vom Wesen der Erfindung vorgenommen werden ■ können. Alle diese Änderungen werden nicht als solche .·.:. gewertet,die die durch den Patentanspruch festgelegte Grenzen des LJmfangs und des Wesens der Erfindung überschreiten.

■ Industrie 11 e Anwendb arke it Die Erfindung kann in sämtlichen Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung des Kraftstoffs durch die Kompres- sion, die Zweiventil-Zylinderköpf3 besitzen, verwendet werden.

-besonders wirkungsvoll kann die vorliegende Jirfindung in Motoren zur Anwendung kommen, die > ^: aufgeladen . werden. Dabei steigt, axe Effektivität der

35. Verwendung der JiJrrindung bei einer Erhöhung des Aufladungsgrads, d.h. bei der Vergrößerung der zyklischen Kr aftstoffzufuhr und der Größe der Luftladung, an.

Zur Realisierung der Erfindung ist eine Brennkammer im Kolben rät einer geneigten Seitenoberflache und eine (exzentrische) in bezug auf das Kaisstück der 3rennkanmerYAnordnung der Einspritzdüse mit der in der Anmeldung angeführten Anordnung der Kanäle zur
Kraftstoffzufuhr erforderlich.

Claims

3050590

r\ PATENTANSPRUCH

\J Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, einem Kolben mit. - Brennkammer, die eine sich in Richtung zum Halsstück verjüngende, kegelartige Seitenoberflache hat, sowie mit einer Einspritzdüse mit Kanälen zum Spritzen des Kraftstoffs auf die Seitenoberfläche der Brennkammer, die im Zylinderkopf mit einer Exzentrizität in bezug auf den Mittelpunkt des Halsstücks angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel f zwischen den Projektionen der Achse (15, 16) eines Paars nebeneinander liegender Kanäle (10 und 11) zürn Spritzen -. des Kraftstoffs auf den am nächsten zur Einspritzdüse (5) befindlichen Teil der Seitenoberfläche (6) der Brennkammer (4) auf die ^uerschnittsebene der Brennkammer (4) um das 1,8 bis ^,2fache gröiior ist als der Winkel.' $ zwischen den Projektionen der Achsen eines beliebigen Paars nebeneinander liegender Kanäle zum Einspritzen des Kraftstoffs auf den am weitesten von der Einspritzdüse (5) entfernten Teil der Seitenoberfläche ' (6) der Brennkammer (4) auf dieselbe. Ebene.