DE3411331A1

DE3411331A1 - Luftverdichtende, direkteinspritzende brennkraftmaschine mit im zylinderkopf angeordnetem brennraum

Info

Publication number: DE3411331A1
Application number: DE19843411331
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7053 Kernen Augustin
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-03-28
Filing date: 1984-03-28
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPS60212671A

Description

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 299/4

Stuttgart-Untertürkheim 26. März 1984

Luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf angeordnetem Brennraum

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 649 559 ist bereits eine selbstzündende Brennkraftmaschine bekannt, bei der im Zylinderkopf ein diffusorähnlich ausgebildeter Brennraum vorgesehen ist, in den Kraftstoff unter einem sehr spitzen Spritzkegel eingespritzt wird. Es wird hierbei angenommen, daß der Spritzkegel des Kraftstoffes der Brennraumform so angepaßt ist, daß eine Brennraumwandberührung des eingespritzten Kraftstoffes unterbleibt. Bei dieser Ausführung bildet die Wand des diffusorähnlichen Brennraumes zugleich eine innere Begrenzung für einen Speicher, der bei wärmer werdender Maschine mit dem Brennraum verbindbar ist, um den Verbrennungsvorgang zu beeinflussen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschine durch einfache Maßnahmen einen hohen Füllungsgrad sowie eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes auch im unteren Drehzahlbereich und beim Kaltstart bei gleichzeitigem hohen Temperaturniveau im Brennraum zu ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß die Verbrennungsluft drallfrei oder nahezu drallfrei in den diffusorähnlichen Brennraum einströmt, ergibt sich eine verbesserte Zylinderfüllung. Die homogene Gemischaufbereitung wird dabei dadurch erreicht, daß durch die besondere Ausbildung der Einspritzdüse dem Kraftstoff solch ein Drall erteilt wird, daß sich die Kraftstoffstrahlen düsenauslaßseitig nicht in einem Fixpunkt treffen, sondern ohne Kollision aus dem Spritzloch der Einspritzdüse austreten. Der Kraftstoff kann aufgrund des geringen Verlustes an Strömungsenergie tief in den diffusorähnlichen Brennraum unter einem Spritzkegel von 20° bis 40° eindringen. Die vor der Einspritzung einströmende Verbrennungsluft erwärmt sich aufgrund der vorgesehenen Wärmeisolation in dem kegelförmigen Brennraum und erreicht höhere Verdichtungsendtemperaturen. Dadurch verkürzt sich der Zündverzug. Die Folge ist ein geringeres Verbrennungsgeräusch.

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Aus der DE-PS-972 387 ist eine Einspritzdüse mit Drallwirkung bekannt, bei der bei in Strömungsrichtung geöffneter Düsennadel der Kraftstoff zunächst in einen Hohlraum und dann über schräg verlaufende Bohrungen in ein dem Brennraum zugewandtes Sackloch der Einspritzdüse gelangt. Hier·, triff t der Kraftstoff an der Wand des. Sackloches auf. Es ergeben sich Wandreibungsverluste.

Zur Erreichung einer drehzahl- und lastkonstanten Zerstäubung ist vorgesehen, die Düsennadel der als Einlochdüse ausgebildeten Einspritzdüse anschlagfrei auszuführen, wobei der Nadelhub im Bereich des kegelförmigen Düsennadelsitzes für den Kraftstoffdurchlaß querschnittsbestimmend wirkt. Somit ergibt sich ein unveränderlicher relativ großer Durchlaßquerschnitt im Spritzloch, der einen Kraftstoffdurchtritt ohne Spritzlochwandberührung zuläßt. Bei bekannten Zapfendüsen ist der Durchlaß-.querschnitt im Spritzloch durch den Zapfen nadelhnbabhängig.

In vorteilhafter Weise können stromauf des kegelförmigen Düsennadelsitzes Drallkanäle vorgesehen sein, die durch einen unmittelbar über diesem Sitz zwischen der Düsennadel und dem.Düsenkörper fest angeordneten Einsatzkörper gebildet sind.

Im Gegensatz zu den bekannten Einspritzdüsen erfolgt die Druck-Geschwindigkeitsumwandlung des Kräftstoffs

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nicht im Spritzloch, sondern im Düsennadelsitzbereich. Dorthin gelangt der Kraftstoff durch die übliche Zulaufleitung im Düsenkörper und die Drallkanäle, die einen Drall unmittelbar vor dem Sitzbereich erzeugen. Damit der Kraftstoff nach Verlassen des Sitzbereiches keinen Wandkontakt mehr hat, weist der Düsennadelsitz einen Kegelwinkel von 30° - 45° und das Spritzloch einen Durchmesser von mindestens 1,6 mm auf, der mindestens der Länge des Spritzloches entspricht.

In den weiteren Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen beansprucht.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt einen Teil einer Brennkraft- . maschine mit im Zylinderkopf angeordnetem Brennraum und einer Einspritzdüse als Lochdüse

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab die Einspritzdüse mit drallerzeugendem Einsatzkörper

Fig. 3 den Einsatzkörper nach der Linie III - III in Fig. 2 ·

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Eine luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 weist gemäß Fig.1 einen im Zylinderkopf 2 diffusorähnlich ausgebildeten langgestreckten Brennraum 3 auf, der unter einem Winkel von etwa 20 zu einer gedachten verlängerten Zylinderachse 4 verläuft und durch ein wärmebeständiges Material, z.B. Keramik, Superlegierung oder Nimonic (letztere sind Bezeichnungen für hochwarmfeste Legierungen auf der Basis Ni/Co/Cr), ausgekleidet ist und der ferner infolge seiner Wärmeisolation die von dem Einlaßkanal 5 drallfrei oder nahezu drallfrei einströmende Luft vorab erwärmt, um höhere Verdichtungsendtemperaturen sowie durch den fehlenden Luftdrall eine verbesserte Luftfüllung zu erreichen.

In diesen kegelförmigen Brennraum 3 wird Kraftstoff unter Drall von einer symmetrisch abspritzenden und als Einlochdüse mit variablen Durchlaßquerschnitt ausgebildeten Einspritzdüse 6 eingespritzt. Die Einlochdüse 6 ist im oberen nicht dargestellten Bereich mit bekannten Düsen baugleich. Im unteren Bereich ist sie gemäß Fig.2 zwischen der entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes öffnenden stumpfen Düsennadel 7 und dem Düsenkörper 8 mit einem schraubenförmige Drallkanäle 9 bildenden Einsatzkörper 10 ausgestattet, dessen äußeren Kanalwandspitzen 11 gemäß Fig. 3 unter Preßsitz an der zylindrischen Ausnehmung 12 des Düsenkörpers 8 anliegen. Der Einsatzkörper 10 liegt an einer Stufe 13 auf, der die zylindrische Ausnehmung 12 mit einer kegelförmigen Fläche 14, die zugleich Sitz für die Düsennadel 7 ist, verbindet. Der

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Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 14 kann zwischen 30 und 60° liegen, wobei der Durchmesser χ des Spritzloches zwischen 1,6 und 1,8 mm und die Spritzlochlänge γ zwischen 0,5 und 1,0 mm liegen kann. Der Kegelwinkel y des Düsennadelsitzes 14, der Spritzlochdurchmesser χ sowie die Spritzlochlänge sind nach Fig. 2 einander so zugeordnet, daß der über die Zulaufleitung im Düsenkörper 8 und über die Drallkanäle 9 gelangende Kraftstoff, wobei unmittelbar vor dem Düsennadelsitzbereich ein Drall erzeugt wird, nach Verlassen des Sitzbereiches keinen Wandkontakt mehr hat.

Der Drall bewirkt, daß der Kraftstoff düsenauslaßseitig sich z.3. nicht in einem fiktiven Punkt "a" trifft und dann mit axialer Komponente weitergeführt wird, sondern ohne Kollision aus dem Spritzloch 15 bei Umgehung des Punktes "a" unter einem Strahlkegel von 20° bis 40° in den diffusorähnlichen Brennraum 3 ein- :. ---tritt, der diesem Kraftstoff Strahlkegel angepaßt ist, derart, daß der Kraftstoff ohne Wandberührung bleibt.

Bei dieser Einlochdüse 6 mit querschnittsbestimmendem Nadelhub im Düsennadelsitzbereich bildet sich unabhängig von der jeweilig verwendeten Einspritzmenge ein konstanter hoher Abspritzdruck. Über den gesamten Betriehsbereich wird eine konstante Zerstäubung ermöglicht.

Damit die Verbrennungsluft in den diffusorähnlichen Brennraum 3 gut einströmen kann, ist das untere Ende des Brennraumes 3 abgerundet ausgebildet. Weitere

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strömungstechhische Vorteile beim Füllen und Entleeren des Brennraumes 3 ergeben sich dadurch, daß der diffusorähnliche Brennraum 3 im Zylinderkopf 2 durch eine diesem gegenüberliegende flache Mulde 17 im Kolben 18 verlängert ist.

Zur weiteren Verbesserung der Wärmeisolation des Brennraumes 3 kann dieser von einem abgeschlossen ausgeführten Luftraum 19 umgeben sein.

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 299/4

Stuttgart-Unteftürkheim 26. März "1984

Ansprüche

M JLuftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf langgestreckt angeordnetem und ausgehend von einer Einspritzdüse als Einlochdüse, deren Düsennadel entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung öffnet, zum Kolben hin diffusorähnlich ausgebildetem Brennraum, der der Strahlform des aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffs so angepaßt ist, daß der eingespritzte Kraft-stoff zumindest weitgehend ohne Brennraumwandberuhrung bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einspritzdüse drallerzeugende Mittel vorgesehen sind, die dem Kraftstoff solch einen Drall erteilen, daß sich düsenauslaßseitig ein Kraftstoffstrahlkegel von 20° bis 40° im Brennraum (3) mit drallfreier Verbrennungsluft ergibt, dessen Brennraumwand wärmeisoliert ausgebildet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (7) der Einlochdüse (6) in Öffnungsrichtung anschlagfrei ausgeführt ist, wobei der Nadelhub im Bereich des

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kegelförmigen Düsennadelsitzes (14) für den Kraftstoffdurchlaß quers.chnittsbestimmend wirkt.
3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des kegelförmigen Düsennadelsitzes (14) Drallkanäle (9) vorgesehen sind.
Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (9) durch einen unmittelbar über dem kegelförmigen Düsennadelsitz (14) zwischen der Düsennadel (7) und dem Düsenkörper (8) fest angeordneten Einsatzkörper (10) gebildet sind.
5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsen- nadelsitz (14) einen Kegelwinkel von 30° bis 60° und das Spritzloch (15) einen Durchmesser von mindestens 1,6 mm aufweist, der mindestens der Länge des Spritzloches (15) entspricht.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche

dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand (3) aus einem wärmebeständigen Material,ζ.B. Nimonic,besteht.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das

untere Ende des diffusorähnlich ausgebildeten Brennraumes (3) abgerundet ausgeführt ist. ' '

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8. Brennkraftmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand des diffusorähnlich ausgebildeten Brennraumes (3) von einem geschlossenen Luftraum umgeben
ist.

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