DD156014A1

DD156014A1 - Einspritz-und gemischbildungsverfahren sowie einrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DD156014A1
Application number: DD81227324A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Zuerner; Werner Steiner; Wolfram Emmerling
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-07-21
Also published as: SU990085A3; IT8119297A0; FR2475141A1; BR8100650A; AR228446A1; JPS56121820A; FR2475141B1; DE3003411A1; SE454719B; TR20893A; HU183290B; GB2068460B; SE8100742L; IT1135158B; GB2068460A; JPH0143134B2; US4401071A; IN154033B; DE3003411C2; CH651892A5

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in einer Verbesserung der Kraftstoffeinspritzung, Gemischbildung und Verbre nnung bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen liegt, besteht die Aufgabe darin, ein Einspritz- und Gemischbildungsverfahren sowie eine Einrichtung zur Durchfuehrung desselben anzugeben, wodurch der Motor einen weichen, ruhigen Lauf, eine geringe Abgastruebung, eine gute Belastbarkeit an der Rauchgrenze und eine gute Kraftstoffausnutzung aufweist. Erfindungsgemaess ist nunmehr vorgesehen, dass durch entsprechende Ausbildung der Spritzloecher an der Kraftstoff-Einspritzduese und durch Erzeugen eines ausreichenden Druckes an den Spritzloechern die austretenden Kraftstoffstrahlen in allen Drehzahl- und/oder Lastbereichen des Motors fein zerstaeubt, dass der Gesamtkraftstoffstrahl nach Eintreten in den Brennraum derart aufgerissen wird, dass er sich von der Brennraumwand bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius der Brennraumgeometrie anpasst, und dass die Einspritzung des Kraftstoffes unter Anpassung an die Geschwindigkeit und/oder Dichteverteilung der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft erfolgt.

Description

Berlin, den 18*5*1981 WP E¹ 02 D/227 324/2 58 706/27

Einspritz« und Gemischbildungsverfahren sowie Einrichtung zur Durchführung desselben ~ ♦

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Einspritz- und Gemischbildüngeverfahren sowie die Einrichtung zur Durchführung desselben für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, welche im Kolben» boden einen rotationssymmetrischen Brennraum aufweisen, in dem die einzubringende Verbrennungsluft in Rotation um die Brennraumlängsachse versetzt und der Kraftstoff durch eine im Bereich des Brennraumrandes in Zylinder« kopf angeordnete Kraftstoff-»Einspritzdüese schräg zur Brennraumlängsachse und im wesentlichen in Richtung der rotierenden Verbrennungsluft eingespritzt wird«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei luftverdichtenden ₉ direkte inspritzenden Brennkraftmaschinen wurden im Laufe der Jahre eine Reihe von Einspritzund Gemischbildungsverfahren sowie die entsprechenden Einrichtungen entwickelt _s die jedoch alle mehr oder weniger Vor- und Nachteile hatten«, Viele dieser Verfahren sind auf G_rund zu großer lachteile schon nach kurzer Zeit wieder aufgegeben worden_s so daß für die heutige Fachwelt nur noch einige klassische Einspritz« verfahren als richtungsweisend angesehen werden©

Bei einer dieser Anordnungen Wird beispielsweise der Kraftstoff durch eine zentral oder nahezu zentral zur Brennrauniöffnung angeordnete Einspritzdüse in Form von mehreren bzw» wenigstens drei Strahlen radial nach

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außen in die im Brennraum befindliche Verbrennungsluft eingespritzt. Dieser Verbrennungsluft wird beim Eintritt keine oder nahezu keine gerichtete Drallströmung verliehen, lediglich durch die Quetschwirkung, hauptsächlich bei eingeschnürten oder sogar omegaformigen Brennräumen entsteht eine Wirbelbildung. Die Mehrstrahl-Einspritzung in diese Quetschwirbel führt zu einer mehr oder weniger guten Gemischaufbereitung und damit Verbrennung bei ungeordneten Strömungsverhältnissen. Als weiterer Nachteil muß gewertet werden, daß nach der Initialzündung eine schlagartige, harte und laute Verbrennung einsetzt, da viele Kraftstofftröpfchen auf Grund der kurzen Verweilzeit an der verdichteten Luft noch nicht genügend aufgeheizt bzw. verdampft sind. Im .allgemeinen werden bei derartigen Brennkraftmaschinen bei Vollast Drücke d von 6 bis 8 bar pro ⁰KW gemessen. Im Teillastbereich ist das Verhältnis d /dot, sogar noch größer oder wenigstens gleich 8 bar/°KW_s was zu dem bekannten Dieselnageln führt*

Die Maschinen weisen nur eine, mittlere Belastbarkeit an der Rauchgrenze auf₂ der Kraftstoffverbrauch ist mäßig gutg da relativ hohe Strömungsverluste auftreten und die Kraft stoff auf bereitung nicht, optimal ist«, Bei kleinen Lasten und/oder Drehzahlen sowie beim Starten trifft.auf, Grund der kurzen Strahliängen der Kraftstoff meist nahezu senkrecht auf die Brennraumwand auf_s. wodurch sich unangenehm .riechende und die Augen reizende_s sichtbare Gase bilden_o Es · tritt eine hohe .Emission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen auf (CH»PS 175 433). '

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Bei einem weiteren bekannten Einspritzverfahren wird der Verbrennungsluft beim Einströmen in den Brennraum eine vergleichsweise mäßige Drehbewegung um die Brennraum längsachse erteilt» Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt ebenfalls durch mehrere Strahlen^ die quer zur Luftbe-Regung aus einer mittig zum-Brennraum.angeordneten Einspritzdüse radial nach außen verlaufen«. Der Brennraum ist meist flach ausgebildet und weist am Brennraumrand kaum eine Einschnürung auf_e

Nach der Initialzündung erfolgt bei einem· solchen Motor ebenfalls eine schlagartige_$ harte und laute Verbrennung da auch hier zum Zündzeitpunkt bereits eine zu große Menge zündfähigen Gemisches im Brennraum vorhanden ist« Im allgemeinen rechnet man wie bei dem erstfteschriebenen Verfahren mit

°K

6 bis 8 bar/°KW im Vollastbereich und

„ 8 bar/^uKW bei Teillast,

d c^ ' -

so daß das Dieselnageln wiederum nicht beseitigt wird« Die Belastbarkeit an der Rauchgrenze ist allerdings . verhältnismäßig gi-it_s da eine intensivere, gerichtete ' Durchmischung'von-Kraftstoff und Verbrennungsluft möglich wird» Als ebenfalls gut kann die Kraftstoffausnutzung und der Kraftstoffverbrauch bezeichnet werden, da zur Erzeugung des Luftdralls und durch die geringen Quetsch·«· strömungsVerluste am Brennraumrand insgesamt nur geringe Strömungsverluste auftreten© Auch die Wärmeübergangs«»

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Verluste an der Brennraumwand sind durch den vergleichsweise geringen Luftdrall -als niedrig zu bezeichnen,» Während des Betriebes im unteren Drehzahl« und/oder Lastbereich sowie beim Starten treten allerdings die gleichen Iiachteile wie beim vorher beschriebenen Verfahren auf«*

Bekannt ist außerdem durch die DE-PS 964 647 oder durch die DE-PS 969 826 eine Brennkraftmaschine, die im Kolbenboden einen rotationskörperförmigen Brennraum mit einem eingeschnürten Hals aufweist, in den durch eine seitlich am Brennraumrand angeordnete Einspritzdüse der Kraftstoff schräg eingespritzt wird· Eine gerichtete Luftströmung ist wiederum nicht vorgesehen, zur Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft v/erden die Quetschströmungen und die Zerstäubung"durch die Einspritzdüse herangezogen, daher treten auch die gleichen Nachteile wie vorbeschrieben auf«,

Schließlich gehört au den generell zu unterscheidenden Einspritz·» und Gemischbildungsverfahren das Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung (DE-PS 865 683)» Bei ihm findet vorwiegend ein kugelförmiger Brennraum mit einem eingeschnürten Brennraumrand Anwendung und der Kraftstoff wird durch eine außermittig zum Brennraum angeordnete Einspritzdüse mit einem oder mehreren Strahlen auf die Brennraumwand aufgetragen^ wo er sich durch die kineti~ sehe Energie und durch den im Brennraum herrschenden Luftdrall als dünner Film ausbreitet« Insbesondere durch die heiße Brennraumwand wird er verdampft, und dann.intensiv mit der Verbrennungsluft vermischt*-

Bach Initialzündung durch, fortwährendes Abdampfen

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weiteren Kraftstoffes erfolgt eine weiche und leise Verbrennung, was allein schon daraus hervorgeht, daß sich ein Wert für d /d<&£>= 3 bis. 4 bar/° KW bei Volllast ergibt«, Bei Teillastbetrieb liegt dieser Wert noch niedriger₉ so daß ein Nageln nicht mehr auftreten kannβ

Durch die intensive Gemischbildung ist eine gut Be~ lastbarkeit an der Rauchgrenze und eine gute Kraftstoffausnutzung möglich, jedoch müssen durch den hohen Luft« drall (50 % höher als bei direkte inspritzenden Brennkraftmaschinen) und durch die Quetschwirbel am Brennraumrand höhere Strömungsverluste in Kauf genommen werden* Auf Grund des hohen Luft dralls treten außerdem noch hohe WärmeVerluste an die Brennraumwand, insbesondere im Bereich des eingeschnürten Randes auf, wodurch dieser und auch der Zylinderkopf thermisch stark beansprucht werden»·

Im unteren Last« und/oder Drehzahlbereich sowie beim Starten«, wo die Brennraumwand noch kalt bzw«, relativ kalt ist $ kann der auf die Wand aufgebrachte Kraftstoff nur unzureichend abgedampft werden, was eine unvollstän-* aige Verbrennung unter .Bildung von unangenehm.riechenden Abgasen und Emission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen mit sich bringt« Auch durch die Wahl eines länge«· ren_s freien KraftstoffStrahles₉ wie es durch die DE-PS 20 38 048 vorgeschlagen wurde₉ konnten diese. Nachteile nicht vollständig beseitigt werden«

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Kraftstoffeinspritzung, Gemischbildung und Verbrennung bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen zu verbessern«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritz- und Gemischbildungsverfahren sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben anzugeben, durch das bzw. durch welche die den einzelnen bekannten Verfahren anhaftenden Uach-* teile weitgehend vermieden und die jeweiligen Vorteile in sich zusammengefaßt werden, wobei insbesondere der Motor sowohl im kalten als auch im warmen Zustand einen weichen.

• *

ruhigen Lauf, eine geringe Abgastrübung, eine gute Belastbarkeit an der Rauchgrenze und eine gute Kraftstoffausnutzung aufweisen soll_o

Nach der Erfindung wird die Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst^ daß durch entsprechende Ausbildung des Spritzloches bzwe der Spritzlöcher an der Kraftstoff™Einspritzdüse und durch Erzeugen eines ausreichenden Druckes am Spritzloch bzw«,' an den Spritzlöchern die einzelnen Kraft st off tropf chen des austretenden Strahles bzw© der Strahlen in allen Drehzahlund/oder Lastbereichen des Motors fein zerstäubt werden_s daß der Gesamt-Kraftstoffstrahl nach Eintreten in den Brennraum, derart .aufgerissen wird, .daß er sich von der Brennraumwand bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius der. Brennraumgeometrie anpaßt ₉ und daß die Einspritzung des Kraftstoffes unter Anpassung an. 'die Geschwindigkeit und/oder Dichtverteilung der im Brennraum' rotierenden Verbrennung« luft erfolgt®

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Es wird also bereits beim Austritt des Kraftstoffes aus der Kraftstoff-Einspritzdüse durch entsprechende Aus«. bildung des Spritzloches bzw« der Spritzlöcher sofort Wert darauf gelegt, daß der oder die Kraftstoffstrahlen aus möglichst fein zerstäubten Tröpfchen bestehen^ was zu einem großen Teil in allen Drehzahl- und/oder Lastbereichen des Motors nur dadurch möglich wird, daß der Druck am Spritzloch bzw₀ an den Spritzlöchern immer möglichst konstant und relativ hoch gehalten wird« Mittel hierfür sind bekannt. Die feinen Tröpfchen v/erden so in Strahlform unter weitgehender Vermeidung einer Wandanlagerung leichter vom Luftdrall mitgenommen, auf eine ausreichende Verdampfungstemperatur gebracht und schließlich mit der Verbrennungsluft vermischte

Das Aufreißen des KraftstoffStrahles oder Kraft stoffstrahlen sowie das Anpassen derselben an die Brennraumgeometrie bewirkt schließlich die intensive Vermischung und gleichmäßige Aufteilung auf die Verbrennungsluft_s so daß nur die Mitte des Brennraumes zum Ausweichen von verbrannten Gasen vor dem Austritt aus dem Brennraum praktisch frei von Kraftstoff bleibte Damit erreicht man bereits eine weitgehend geordnete Verbrennung^ bei der das Gemisch von den Abgasen getrennt ist« Die Einspritzung des Kraftstoffes unter Anpassung an die Geschwindigkeit und/oder Dichteverteilung der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft schließlich hat zur Folge₈ daß die Aufteilung des Kraftstoffes auf die Verbrennungsluft nahezu ideal erfolgte ·

Durch das Verfahren der Kraftstoffaufbereitung mit zumindest teilweiser Verdampfung in der Verbrennungsluft vor der Ver~ mischung mit dieser v/erden in allen Betriebsbereichen des

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Motors gute Betriebsdaten erreicht und es ist auch nicht mit StartSchwierigkeiten zu rechnen». Der Wert d /d öu = 3,5 bis 4-bar/⁰KW, bei Vollast, was eine, weich einsetzende und ablaufende Verbrennung bedeutet» Da sich dieser Wert auch im T_eillastbereich nicht erhöht, tritt ein Dieselnageln nicht auf» Schließlich muß auch noch der gute Kraftstoffverbrauch durch den gesteuerten Verbrennungsablauf und wenig Strömungs- bzw» Wärme ve rl us te erwähnt werden«·

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Kraftstoff in einen flachen, napfartigen Brennraum derart eingebracht wird, daß das Zentrum des aufgerissenen Kraftstoffstrahles bzw. HauptkraftstoffStrahles in Draufsicht auf den Brennraum gesehen eine Tangente zu einem Kreis bildet, dessen Durchmesser das 0,6- bis 0,7-fache des Brennraumdurchtnessers beträgt, und daß er in se'iner Projektion gesehen in. einem Winkel von 40 bis 50 , bei Verwendung von Zweiloch-Einspritzdüsen maximal 35° bis 50° schräg zur BrennrauDalangsach.se verläuft©

Durch die Wahl eines flachen, napfart igen Brennraumes ohne nennenswerte Einschnürung ist die Durchführung des Verfahrens am günstigsten^ die Quetschwirbel und daher die Strömungsverluste sind gering und der Brennraum« wird thermisch nicht überbeansprucht₅ d_e h® nicht überhitzte

Die freie Länge des vom Luftdrall mitgenommenen Haupt« kraftstoffstrahles wird zweckmäßigerweise größer oder höchstens gleich dem. 0,8-fachen Brennraumdurchmesser gewählt j wodurch die Verbrennung sehr kontinuierlich ver«*

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läuft und der Gesamt-Strahlkegelwinkel des KraftstoffStrahles soll zwischen 35° und 45° liegen«

Schließlich wird als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch vorgeschlagen, daß bei voll geöffnetem Einlaßventil und einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10 m/sec die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf den Meßdurchmesser (Oj,7-facher Kolbendurchmesser) - 130 bis 155 Hz und bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 140 bis 165 Hz beträgt«

Als Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Verhältnis des Brennraumdurchmessers zum Kolbendurchmesser zwischen 0,44 und 0,5 liegt j daß das Verhältnis der Brennraumtiefe zum Brennraum«· durchmesser 0,55 bis 0,63 beträgt, und daß der Brennraumdurch-Diesser zum im wesentlichen ebenen Brennraumbpden hin insofern auf einen maximalen Durchmesser vergrößert wird, indem die Brennraumwand'unter einem Winkel von 4° bis 7° zur Brennraumlängsachse geneigt sich stetig erweiternd verläuft© Der Übergang von der Br eimra umwand, zum Brenn« raumboden wird dabei zweckmäßigerweise durch eine Rundung gebildet _t deren Radius zum Bremiraumaurchmesser in einem Verhältnis von 0_g2 bis O_$25 steht«,

Derartige Brennräume, so hat sich herausgestellt, eignen sich für die räumliche Ausbreitung des Kraftstoffes in der beschriebenen Art sehr gut,' obwohl auch andere Brennraumformen verwendet v/erden können_β Die Anzahl der Spritz-. löcher in der Kraftstoffe-Einspritzdüse hängt natürlich stark von der Brennraumform .und -Größe ab_s es soll sich

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daher nicht auf eine bestimmte Anzahl festgelegt werden^ Kommt beispielsweise eine Einloch-Sinspritzdüse zur Anwendungj mit der der nötige Spritzdruck; und die nötige Strahlauf reißung bzw«, »«Zerstäubung möglich ist, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen§ daß das Verhältnis des Spritzlochdurchme-ssers zur Spritzlochlänge zwischen O₅55 und 0_s75 liegt ο Ist es auf Grund der Brennraumform: oder aus anderen Gesichtspunkten heraus angebracht ₉ eine Zwei«» oder Mehrlochdüse zu verwenden§ so erscheint es zweck·» mäßige die Spritzlochquerschnitte derart auszubilden daß ein Hauptkraftstoffstrahl und ein oder mehrere Hebenstrahlen entstehen,, die in einem Verhältnis zwischen 4£ 1 und 2s 1 stehen^ wobei etwa 5° bis 10° des Gesamt-· Aufreißwinkels von 35° bis 45° durch den oder die Webenstrahlen gebildet werden®¹

Ausführungsbeispiel .

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden»' In der zugehörigen Zeichnung zeigen?

Figo 1 t ein. Diagramm über den im Brennraum einer Brenn« kraftmaschine herrschenden Geschwindigkeit©- verlauf der rotierenden Verbrennungsluft ₉ bezogen auf den Radius des Brennraumes,

Figo 2 s einen Längsschnitt durch einen halben Brennraum^ wie. er in vorliegendem Falle Anwendung fluden kann j in dem. die Dichteverteilung des in die Verbrennungsluft eingespritzten Kraftstoffes . angedeutet ist_g wenn ein-Hauptkraftstoffstrahl eine bestimmte freie Länge aufweist_s

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Pig» 2a: einen Längsschnitt wie in Fig« 3» bei dem der Brennraum einen größeren Durchmesser aufweist und der Kraftstoff durch zwei Strahlen eingespritzt wird.

Pig« 3 : einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Kolbens mit einem Brennraum nach der Erfindung und einer Kraftstoffeinspritzung durch nur ein Spritzlochj,

Figo 4 ; eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. 3»

Fig* 5 : einen Längsschnitt durch den Kolben nach Fig· " mit einer Kraftstoff-Einspritzung durch zwei Spritzlöcher, ·

Fig« 6 : eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig_e 5_S

Fig» 7 ί einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Kolbens mit einem Brennraum_s wie er nach der Erfindung als Ideal vorgeschlagen wird«,·

In Fig«, 1 stellt die Abszisse 1 den Brennraumradius r-g dar, der vom Mittelpunkt χ (Brennraumlängsachse) bis zur Brennraumwand 2 reicht«"Auf der Ordinate 3 ist die Umfangsgeschwindigkeit ν der im Brennraum rotierenden Verbrennungsluft aufgetragen» An der wohl übertrieben dargestellten Kurve 4 ist zu erkennen, daß diese Umfangsgeschwindigkeit unmittelbar an der Brennraumwand 2 durch die Reibung und_g was wohl nicht näher zu erläutern ist_g im Mittelpunkt ζ des Brennraurnes gleich Hull .ist« Die größte Umfangsgeschwindigkeit ν tritt in einem Ab«·

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stand r,„ vom Mittelpunkt χ des Brennrauraes auf» der etwa dem 0^6- bis O,7-fachen Brennraumradius r_ß entspricht^ Die größte Dichte der rotierenden Verbrennungsluft tritt in jedem Falle zwischen ν „ und der Brennraumwand auf ^ deshalb wird bei ν „ "und im folgenden Bereich die eingespritzte Kraftstoffmenge ihren Maximalwert erreichen^ was sich jedoch beinahe zwangsweise ergibt^ weil der bei νeingespritzte Kraftstoff in jedem Falle durch die Zentrifugalkraft leicht in. Richtung zur Brennraumwand 2 hin gedrängt wird_e Maßgebend bei_c dieser Art von Kraftstoff-Einspritzung ist jedoch^ daß die Kraft stofftröpfchen von Anfang an so fein zerstäubt werden_s daß sie nicht an die Brennraumwand 2 gedruckt werden«, Um dies zu erreichen, wird bei eines Einlochdüse, das Verhältnis des Spritzlochdurchmessers zur Spritzlochlänge zwischen O_s55 und 0^75 gewählt und darauf geachtet_s daß der Druck am Spritzloch in allen Betriebsbereichen des Motors nahezu konstant und aus-? reichend hoch ist®

In dem halben Brennraum gemäß. Fig_e 2 ist angedeutet₉ wie sich der eingespritzte Kraftstoff 5 durch die feine Zerstäubung und daa Aufreißen eines einzigen Kraftstoff Strahles'schließlich während der Gemisch-, bildung verteilte Um den Mittelpunkt bzw» die Brennräutnlängsachse χ des Brennraumes β herum bildet sich eine Zone 6a_s -die praktisch nur Verbrennungsluft bzw» .nach der Verbrennung Abgase enthalte Diese Zone 6a wird von einem Kreis mit dem Radius r begrenzt_g der etwa ein Drittel des Brennraumradius r-g beträgt« In den Rest 6b des Brennraumes 6 verteilen sich die Kraftstoff tröpfchen 5 und passen sich der Brennraum,-

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geometrie voll an_e- Eine Ausnahme bildet der Bereich, der in einem Abstand r von der Brennraumlängsachse χ des Brennraunies 6 liegt« Dort herrscht die größte Umfangsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und anschließend, zur Brennrauniwand 2 hin auch die größte Dichte«»· In, diesem Bereich v/ird natürlich mehr Kraftstoff eingespritzt„' Es wird daher die gezeigte Kraftstoffverteilung entstehen β

Wird der Kraftstoff 5 in einen flachen Brennraum oder in einen Brennraum 6 mit einem relativ großen Brennraumradius r-g eingespritzt j so werden zweckmäßigerweise ein Hauptkraftstoffstrahl und ein oder mehrere liebenstrahlen vorgesehen₈ wie Fig* 2a zeigt» Ansonsten herrscht die gleiche Gemischbildung wie bei Fig_e 2« '

In den Fig» 3 und 4 ist angedeutet, wie die Kraftstoff-Einspritzung in den im Kolben 7 vorgesehenen Brennraum mit nur einem Kraftstoffstrahl erfolgt« Der Luftdrall ist durch einen Pfeil 8 gekennzeichnet* Die Richtung des Kraftstoffstrahles 9 bzw« dessen Zentrum ist ebenfalls dar gestellte Das Zerstäuben des KraftstoffStrahles 9 gemäß Fige 2 soll lediglich durch die strichliert dargestellten Linien 9a angedeutet sein_e Maßgebend ist₉ daß man erkennt j daß das Zentrum des KraftstoffStrahles 9 vom Spritzloch 10 aus nahezu bis zum Brennraumboden 11 dringt _s bis as sich vollständig auflöst und daß es einen Kreis 12 tangiert_s der das O₅6«· bis O₉7-fache des Brennraumdurchmessers D„ beträgt_e Zeichnet man das Zentrum des KraftstoffStrahles 9 in einer Projektion aus der Richtung· ζ in Fig«, 4_S so ergibt sich die in 3-dargestellte Linie 9b, die einen Winkel tT von

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40° bis 50° zur Brennraumlangsach.se χ geneigt verläuft© Die Länge dieser Projektion beträgt mindestens das 0«8-fache des Brennraumdurchmessers D₁₃O Schließlich ist noch der Gesarat-Strahlkegelwinkel QG des Kraftstoff-Strahles 9 angedeutet_s der zwischen 35 und 45° liegt ^

In den Pig_o 5 und 6 ist der gleiche Brennraum 6 wie iü den Pig© 3 und 4 dargestellt« lediglich die Kraft·«·, stoffeinspritzung erfolgt durch eine Einspritzdüse _% die zwei Spritzlöcher 1O₉ 10a aufweist _% von denen das Spritzloch 10 den Hauptkraftstoffstrahl 13 und das Spritzloch 10a einen Hebenstrahl 14 erzeugt© Die Querschnitte der Spritzlöcher 10·. 10a stehen in einem Ver·» hältnis von 4s 1 bis 2j1j der Gesamt-Aufreißwinkel <£<bleibt weiterhin zwischen 35° und 45°_s wobei ca_o 5 bis 10° davon durch den liebenstrahl 14 gebildet werden©· Zeichnet man hier das Zentrum des Hauptkraftstoffstrahles 13 und des Nebenstrahles 14 in einer Projektion aus der Richtung ζ in Fig» 6_? so ergeben sich die in Pig«. 5 dargestellten Linien 13b und 14-b_s'wobei dari Zentrum des HauptkraftstoffStrahles 13b in einem Winkel Q * von 40° bis 50° und das des Nebenstrahles 14b in einem Winkel fj _? zwischen 35° und 45° zur Brennraum·* längsachse χ geneigt verlauft© Das Zentrum des Heben« Strahls 14_S welches den Kreis 12 (0_s6 bia 0_§7 «· Dg). nicht tangiert_f ist natürlich wesentlich weniger durchschlagkräftig und braucht es auch nicht zu sein_g weil in seinem Einspritzbereich bereits eine-geringere Umfangsgeschwindigkeit und auch Dichte der Verbrennungsluft herrscht»¹ .

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Pig« 7j die nqch. einmal einen Brennraum 6 zeigt, soll vor allem 'zur übersichtlichen Kennzeichnung dienen, welche Abmessungen ein Brennraum 6 nach der Erfindung aufzuweisen hat. Dies scheint erforderlich, weil das Verfahren für einen solchen Brennraum besonders geeignet ist« Der Brennraum 6 befindet sich wieder im Boden des Kolbens 7 und ist im wesentlichen napffö'rmig ausgebildet ο Das Verhältnis des Brennraumdurchmessers D-η zum Kolbendurchmesser D^ liegt zwischen 0,44 und 0,5, wobei mit D₀ der Brennraumdurchmesser am Brennraumrand

JtS ·

15 gemeint ist«, Die gesamte Brennraumtiefe T steht zum Brennraumdurchmesser Dg ebenfalls in einem bestimmten Verhältnis, und zwar soll dieses zwischen 0,55 und 0,63 liegen« Der Brennraumboden 11 ist überwiegen^ waagrecht ausgebildet« Die Brennraumwand 2 ist derart zur Brennraumlängsachse χ geneigt, daß sie sich vom Brennraumdurchmesser Dg aus in Richtung zum Brennraumboden 11 hin mit einem Winitel ¹Y von 4 bis 7° stetig erweitert, so daß der größte Brennraumdurchmesser D eigentlich in der ITähe des Brennraumbodens 11 liegte Schließlich wäre noch zu erwähnen^ daß der Übergang von der Brennraum« wand 2 zum Brennraumboden 11 durch eine Rundung gebildet wird,' deren Radius R zum Brennraumdurchmesser D-η in einem Verhältnis von 0_s2 bis 0_s25 steht_c

Zusammenfassend sollen die einzelnen Abmessungsverhältnisse noch kurz' in .Formeln aufgezeigt Werdens

ι *

D_B/Dp. . a Oj44 bis O₉5

= 0,55 bis 0,63

= 4° bis 7°

. ,;= 0,2 bis 0,25.

Claims

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Erfindungsanspruch

1«: Binspritz·» und Gemischbildungsverfahren fur luftverdichtende Brennkraftmaschinen₉ welche im Kolbenboden einen rotationssynimetrischen Brennraum aufweisen^ in dem die einzubringende Verbrennungsluft in Rotation um die Brennrautnlängsachse versetzt und der Kraftstoff durch eine irn Bereich des Brennraumrandes im Zylinderkopf angeordnete Kraft st of !'-»Einspritzdüse schräg zur Brennraumlängsachse und im wesentlichen in Richtung der rotierenden Verbrennungsluft eingespritzt wird_s gekennzeichnet dadurch, daß durch entsprechende Ausbildung des Spritzloches (10) bzw_e der Spritzlöcher (10, 10a) an der Kraftstoff-Einspritzdüse und durch Erzeugen eines ausreichenden Druckes am Spritzloch (10) bzw© an den Spritzlöchern (10, 10a) die einzelnen Tröpfchen des austretenden"KraftstoffStrahles (9) bzw« der Kraft stoffstrahlen (13» 14) in allen Drehzahl«» und/oder Lastbereichen des Motors fein zerstäubt werden₂ daß der Gesatnt-Kraftstoffstrahl (9, 13» 14) nach Eintreten in den Brennraum (6) derart aufgerissen wirdg daß er sich von der Brennraumwand (2) bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius (r ) der Brennraumgeometrie anpaßtg und daß die Einspritzung des Kraftstoffes unter Anpassung an die Geschwindigkeit (4) und/oder Dichte-» Verseilung der im Brennraum (6) rotierenden' Verbrennungsluft erfolgt_#· . '

2_e Einspritz·» und Gemischbildungsverfahren nach Punkt I₅ gekennzeichnet dadurch^ daß in einem Längsschnitt durch den Brennraum. (6) gesehen -» in einem bestimmten-Zeitraum

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die gesamte Verbrennungsluft bis zu etwa einem Drittel des Brennraumradius (r_n) vom Brennraumboden (11) bis zi Brennraumrand (15) mit Kraftstoff angereichert wird»

3·¹ Einspritz- und Gemischbildungsverfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Kraftstoff in einen flachen, napfartigen Brennraum (6) derart eingebracht wird, daß das Zentrum des aufge»" rissenen Kraftstoff Strahles (9) bzw«, Hauptkraftstoffstrahles (13) in Draufsicht auf den Brennraum (6) ge-» sehen eine Tangente zu einem Kreis (12) bildet, dessen Durchmesser (2„r_vr) das 0,6- bis 0j7~fache des Brenn-· raumdurchmessers (Dg) beträgt, und daß er in seiner Projektion gesehen in einem Y/inkel (cf) von 40° bis 50°, bei Verwendung von Zweiloch-Einspritzdüsen maximal 35° bis 50° schräg zur Brennraumlängsachse (x) verläufte

4e Einspritz- und Gemischbildungsverfahren nach den Punkten 1 bis 3_S gekennzeichnet dadurch, daß die freie Länge des vom Luftdrall (8) mitgenommenen Haupt-KraftstoffStrahles (9_S 13) größer oder höchstens gleich dem 0,8-fachen Brehnraumdurchmesser (Dg) entspricht»

5«, Einspritis- und Gemischbildungsverfahren nach den Punkten 1 bis 4₈ gekennzeichnet dadurch^ daß der Gesamtestrahlkegelwinkel (o£ ) des Kraftstoffes zwischen 35° und 45° liegt« -

6e. Einspritz·» und Gemischbildungsverfahren nach Punkt 1_S gekennzeichnet dadurch^ daß bei voll geöffnetem Einlaß»

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ventil und«einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10 m/sec die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf den Meßdurchmesser (0,7-facJher Kolbendurchmesser Dv-) 130 bis 155 Hz beträgt«

7© Einspritz- und Gemischbildungsverfahren nach Punkt 1₉ gekennzeichnet'dadurch, daß bei voll geöffnetem Einlaßventil und einer mittleren axialen Kolbengeschwindigkeit von 10. ία/sec die-Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder - bezogen auf den Meßdurchmesser (0,7«f acher Kolbendurchmesser D₁₇.) - bei auf geil

ladenen"Brennkraftmaschinen 140 bis 165 Hz beträgt©

8« Einrichtung zum Durchführen des Binsprits- und Gemischbildungsverfahrens nach den Punkten 1 bis 4_$ gekennzeichnet dadurch^ daß das Verhältnis des Brenn.-» raumdurchmessers (D-d) zum Kolbendurchmesser (Djq zwischen O₈44 und'0,5 liegt, daß das Verhältnis der Brennraumtiefe (T) zum Brennraumdurchmesser (D-n) 0,55 bis' Qg63 beträgt_s und daß der Brennraumdurchmesser (Dp) zum im wesentlichen ebenen Brennraum« boden (11) hin insofern auf einen maximalen Durchmesser (D) vergrößert ist, indem die Brennraumwand (2) . unter einem Winkel (rp ) von 4° bis 7° zur Brennraumlängsachse (x) geneigt sich stetig erweiternd verläuft«¹

9« Einrichtung nach Punkt 8₉ gekennselehnet dadurch^ daß der Übergang von der Brennraumwand (2) zum Brenn« raumboden (1-1) durch eine Rundung gebildet wird, deren Radius (R) 'zum Brennraumdurchmesser (Dp) in einem . Verhältnis von 0,2 bis 0^25 steht (R/D_.» 0^2 bis 0,25)." " .

18.5.1981

WP P 02 D/227 324/2

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10«' Einrichtung nach, den Punkten 8 und 9» wobei als Kraftstoff-Einspritzdüse eine Einlochdüse zur Anwendung kommt, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis des Spritzlochdurchmessers zur Spritzlochlänge zwischen 0,55 und 0,75 liegt«

11* Einrichtung nach den Punkten 8 und 9» wobei als Kraftstoff-Einspritzdüse eine Zwei- oder Mehrlochdüse Anwendung findet, gekennzeichnet dadurch, daß die Spritzlochquerschnitte zur Bildung eines Hauptkraftstoff Strahles (13) und eines oder mehrerer liebenstrahlen (14) In einem Verhältnis zwischen 4 : 1 und 2 j 1 vorgesehen sind, und daß etwa 5° bis 10° des Gesaißt-Strahlkegelwinkels ( <£-) von 35° bis 45° durch die Nebenstrahlen (14) gebildet sind·

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