DE3116638A1

DE3116638A1 - Unterteilte brennkammer fuer motoren

Info

Publication number: DE3116638A1
Application number: DE19813116638
Authority: DE
Inventors: Sergiu Dipl.-Ing. Bukarest Baloiu
Original assignee: INST NAT MOTOARE TERMICE; INSTITUTUL NATIONAL DE MOTOARE TERMICE
Current assignee: INST NAT MOTOARE TERMICE; INSTITUTUL NATIONAL DE MOTOARE TERMICE
Priority date: 1980-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1982-06-09
Also published as: RO76427A2; DE3116638C2; FR2481363B1; FR2481363A1

Description

PATENTANWÄLTE
J. REITSTÖTTER W. KINZEBACH

PROF. DR. DR. DIPL. ING. DR. PHIL. DIPL. CHEM. W. BUNTE (19Β8-187Θ) K. P. HÖLLER DR. INO. DR. RBR. NAT. DIPL. CHBM.

TBLEPONl (0Θ9) 376883 TELBXt , Β21Β208 ISAR D

BAUBRBTRASSB 22, 80OO MÜNCHEN 4O j

VNR: 104523

München, 27.April 1981 M/22 104

INSTITUTUL NATIONAL DE
MOTOARE TERMICE
Boulv. Pacii, No. 246

Bukarest / Rumänien

Unterteilte Brennkammer für Motoren

POSTANSCHRIFT! POBTPACH ΤΘΟ. D-βΟΟΟ MONCHBN 43

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Die Erfindung bezieht sich auf eine unterteilte Brennkammer, die bei Motoren mit Kompressionszündung oder bei Motoren mit Funkenzündung angewendet wird.

Man kennt Motoren mit unterteilten Brennräumen, bei denen eine Nebenkammer dann entsteht, wenn der Kolben sich dem oberen Totpunkt nähert. In diesen Raum spritzt man den Brennstoff, so daß ein sehr reiches Gemisch entsteht, das die Entstehung der Flammenkerne begünstigt. Nach der Entstehung der Flammenkerne wird das Gemisch, bestehend aus Luft, Gas und Brennstoff in die Hauptkammer gedrückt, wo die gesteuerte Bewegung der Luft, und' dadurch auch die Homogenität des Gemisches, verstärk wird.

Diese unterteilten Brennräume gemäß dem Stand der Technik

haben aber den Nachteil, daß während der Ein- und Auslaßphasen

|n N^hpnkammpr - ςi_e wird durch die unterteilte Brennkammer gebildet - mit Frischluft

nicht ebenfalls gesichert ist, so daß der Konzentrationsgrad an

Abgasen in dem Raum groß bleibt und den Brennprozeß des folgenden Zyklus ungünstig beeinflußt.

Außerdem findet die Verstärkung der gesteuerten Luftbewegung lediglich beim Verdichtungshub statt, jedoch nicht beim Ansaughub. Der Drosseleffekt der Luft, der zum Ende des Verdichtungshubes und während des Obergangs der Flammenfront aus der Nebenkammer in die Hauptkammer auftritt, erstreckt sich bei Brennkammern gemäß dem Stand der Technik nur über eine sehr kurze Zeit, so daß keine gründliche Verbesserung des Gemisches (Luft, Gas, Brennstoff) im Brennraum stattfindet.

Man kennt auch Brennräume, bei denen die Homogenität der gesteuerten Luftbewegung beim Einlaß durch Einführung des Luft-

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stromes in tangentialer Richtung am Zylinderumfang erzielt wird, indem man entsprechend geformte Ventile oder tangential angeordnete Einlaßkanäle vorsieht. Diese Baulösungen haben den Nachteil, daß durch solche Maßnahmen an den Ventilen verhältnismäßig große Trägheitskräfte auftreten sowie durch die strömungsdynamischen Widerstände eine Abnahme des Füllgrades verursacht wird.

Der Erfindung liegt daher also die Aufgabe zugrunde eine unterteilte Brennkammer für Motoren mit Kompressions- oder Funkenzündung zu schaffen, welche die Gemischbildung Luft-Brennstoff verbessert, die gesteuerte Luftbewegung in der Einlaß-Kotopressions- und Brennphase verstärkt sowie die mechanische Arbeit während der Kompressionsphase verringert und damit den Wirkungsgrad gegenüber Motoren mit konventionell gestalteten unterteilten Brennkammern verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die

oben beschriebene unterteilte Brennkammer dann entsteht, wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt nähert und zwar durch ein oberes Teil, das in konkaver Form koaxial zur Zylinderachse in den Zylinderkopf, so eingebaut ist, daß die Teilungszone zwischen den beiden Räumen einen ringförmigen Verbindungs kanal bildet. Dieser stellt eine konvergierend-divergierende Luftdüse dar, durch die beim Verdichtungshub die gesteuerte Luftbewegung, verursacht von einigen Fortsätzen am äußeren Rand der oberen Halbkammer, gedämpft wird. Die Luft wird in das Innere der Nebenbrennkammer gepreßt, wobei ihre Bewegung von neuem verstärkt wird. Gleich nach Erscheinen der Flammenkerne werden Gasgemisch, Luft und Brennstoff,in die Hauptbrennkammer abgedrängt. Ebenso wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verstärkung der gesteuerten Luftbewegung beim Ansaughub,sowie eine veränderte Dauer der Abdrängung des Luftgemisches (Brennstoff und Gas) erzielt. Auch der Zyklus-

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wirkungsgrad wird durch die Verringerung der mechanischen Arbeit während der Kompressionsphase vergrößert.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wie sie vorzugsweise bei aufgeladenen Motoren verwendet wird, wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Längsschnitt durch einen Zylinder des Motors auf Höhe des Brennraumes,

Figur 2 Querschnitt durch den Motor in der Schnittebene A-A aus Figur 1,

Figur 3 Aufsicht auf die obere Halbkammer aus Richtung des Pfeiles C aus Figur 2,

Figur 4 Querschnitt durch den engsten Bereich des ringförmigen Kanals zwischen den zwei Halbräumen entlang der Linien B-B aus Figur 1.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte unterteilte Brennkammer besteht aus einer Hauptkammer b, die die Form eines Wälzkörpers aufweist und in den Kopf eines Kolbens 1 eingebaut ist sowie aus einer Nebenkammer c, die sich durch Teilung der Hauptkammer b dann ergibt, wenn der Kolben sich dem oberen Totpunkt nähert. Diese Unterteilung ergibt sich durch ein Teil 2, welches die Form eines konkaven Wälzkörpers besitzt und mit dem Zylinderkopf 3 koaxial zur Zylinderachse verbunden, vorzugsweise in diesen eingeschraubt ist. Das Teil 2 trägt vorzugsweise im Bereich der Einlaßventile 4 auf seiner Außenfläche einige Fortsätze d, welche beim Ansaughub eine zum Zylinder tangentiale Steuerung der Einlaßluft bewirken.

Bei einer der vorzugsweisen Ausführungsformen wird in das Teil 2 koaxial zum Kolben 1 eine Einspritzdüse 5 eingebaut.

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Die durch die hier beschriebene unterteilte Brennkammer verstärkte gesteuerte Bewegung der Luft beim Ansaughub führt zu einer Verbesserung der Gemischhomogenität (Luft-Brennstoff). Die Luft, die beim öffnen des Einlaßventils 4 einströmt, wird tangential zum Zylinderumfang von den Fortsätzen d auf dem Um- j fang des Teils 2 gesteuert. Aus dem Zusammenwirken der Fort- I

sätze d und der Ventile 4 ergeben sich schlitzförmige Ventil- ! öffnungen, welche folglich die gleichen Vorteile wie entspre- j chend geformte Ventile (gemäß dem Stand der Technik) aufweisen^ ohne jedoch die Ventile durch zusätzliche Massen zu belasten.

Wenn sich der Kolben 1 dem oberen Totpunkt nähert, entsteht zwischen dem Raum b des Kolbens und dem Teil 2 ein ringförmige Kanal e, der entsprechend einer konvergierend-divergierenden Luftdüse geformt ist. Dieser Kanal bildet die Verbindung zwischen der Hauptkammer b und der Nebenkammer c. Gemäß der Erfindung liegt die Ebene, auf der sich der ringförmige Verbin-

1 2 dungskanal e befindet, in einer Entfernung von y bis j χ der

Höhe a über dem Boden f des Brennraumes.

Der Verbindungskanal e verstärkt die gesteuerte Bewegung der Luft gegen Ende des Verdichtungshubes, wobei sein konvergieren divergierendes Profil die Strömungsverluste während der Verdichtung ebenso wie auch bei Abdrängung der Flammenfront h verkleinert.

Dadurch, daß der Verbindungskanal e progressiv nur im Bereich des inneren Totpunktes entsteht, verringert sich auch - neben den strömungsdynamischen Verlusten - die mechanische Verdichtungsarbeit, wodurch der Wirkungsgrad des Motors steigt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer wird die Einsprützdüse 5 so ausgelegt, daß die Geometrie des BrennstoffStrahles der der eingeteilten

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Brennkammer entspricht. Dadurch wird eine gute "Abformung" an die inneren Wände des Teils 2 gesichert» so daß sich im Bereich des Kanals e ein reicheres Gemisch bildet. Durch die Anordnung des ringförmigen Kanals e gemäß den Patentansprüchen wird das angereicherte Gemisch aus dieser Zone frühzeitig in die mit Luft gefüllte Hauptkammer abgedrängt, wodurch Zündung und Verbrennung des Kraftstoffes begünstigt werden. Erfindungs gemäß beträgt der minimale Durchlaßbereich des ringförmigen Kanales e den Wert von 1 bis 4mal dem Radialspiel zwischen Kolben und Zylinder (gemessen beim kalten Motor).

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Brenn kammer bei Motoren mit Funkenzündung angewandt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine Verkürzung der Brenndauer erreicht und zwar einerseits durch die Erhöhung der mitt leren Geschwindigkeit der Flammenausbreitung und andererseits durch die Verkürzung des Weges, den die Flammenfront zurücklegen muß. Es wird somit nicht nur eine Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt, sondern auch eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches durch eine vollständigere Verbrennung erreicht. Ebenso wird durch die gesteigerte Homogenität des Gemisches (Luft-Brennstoff) der Betrieb mit schweren Kraftstoffen ermöglicht.

Claims

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Patentansprüche

Unterteilte Brennkammer für Motoren mit Kompressions- oder Funkenzündung, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einer Hauptkammer (b) und einer Nebenkammer (c) besteht, wobei die beiden Kammern gegen Ende des Verdichtungshubes durch die Annäherung des Kolbens (1) an den die obere Hälfte der Nebenkammer bildenden konkaven Wälzkörper (2) so gebildeten werden, daß die beiden Brenn räume durch einen ringförmigen Kanal (e ), der das Profil eine»* konvergierend-divergierenden Düse aufweist, verbunden sind, wobei der Wälzkörper (2) einige Fortsätze (d) an seinem Umfang aufweist und koaxial zur Zylinderachse mit dem Zylinderkopf (3) verbunden ist.
2. Unterteilte Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fortsätze (d) auf der Außenseite des Wälzkörpers (2.) im Bereich der Einlaßventile (4) befinden.

Unterteilte Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, auf welcher der ringförmige Kanal (e) zwischen Hauptbrennkammer (b) und Nebenbrenn-

1 2 kammer (c) liegt, in einem Abstand von ■=■ bis -^ x Nebenkammerhöhe ( a) vom Brennraumboden (f) liegt.

Unterteilte Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt durch den ringförmigen Kanal (e) an seiner engsten Stelle genau 1 bis 4mal den Wert des radialen Spiels zwischen Kolben und Zylinder, gemessen am kalten Motor, beträgt.