DE1576020B - Fremdgezundete, luftverdichtende Brenn kraftmaschine mit direkter Einspritzung - Google Patents

Description

Stabelektrode und einer in der Brennraumwand befestigten nahezu senkrecht zur Stabelektrode liegenden Stiftelektrode, die nach Art einer Abreißeinrichtung miteinander in Kontakt kommen, wenn der Kolben seine obere Totpunktstellung erreicht, indem die Stabelektrode eine bestimmte Strecke in den Brennraum hineinragt. In Ausnahmefällen kann an Stelle der Stiftelektrode auch die Brennraumwand als Gegenpol verwendet werden, so daß die Stabelektrode dann an dieser entlang schleift. Unmittelbar nach dem Anlassen hebt sich die Stabelektrode vom Gegenpol ab und bleibt während dies Betriebes der Maschine unwirksam.

Eine solche Einrichtung ist für Dauerzündung allein wegen des hohen Verschleißes durch das Aneinanderschleifen der Pole unbrauchbar. Auch wäre die regelmäßige Zündung bei Dauerbetrieb wie bei der vorbeschriebenen Maschine nicht gesichert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zündung des Gemisches im gesamten Betriebsbereich, d. h. beim Anlassen und vom Leerlauf bis Vollast zu sichern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß bei Verwendung einer Stabelektrode die Länge des parallel zur Brennraumwand eintauchenden Teiles der Elektrode mindestens ein Viertel der Brennraumtiefe beträgt und daß die Brennraumwand in an sich bekannter Weise den anderen Pol bildet.

Auf diese Art entfällt die sehr schwer realisierbare Forderung, bei allen Lastzuständen ein zündfähiges Gemisch an eine örtlich genau fixierte Funkenstrecke heranzubringen. Die Zündung wird dort eingeleitet, wo sich auch bei sehr kleinen Einspritzmengen mit Sicherheit ein zündfähiges Gemisch befindet. Oberhalb des Kraftstoffilmes ist das immer der Fall. _:

Wie bereits erwähnt, ist die Ionisationsspannung sehr abhängig von der Gemischzusammensetzung. Da dem Funken nunmehr die Möglichkeit geboten wird, von verschiedenen Stellen der Elektrode zur Brennraumwand überzuspringen, erfolgt dies vorzugsweise dort, wo durch das Vorhandensein einer zündfähigen Mischung die Ionisationsspannung den kleinsten Wert hat. Es wird hier also nicht das Gemisch zum Funken, sondern der Funke zum zündfähigen Gemisch gebracht, so daß es genügt, wenn an irgendeiner Stelle des möglichen Funkenüberschlags Teile des Kraftstoffilmes vorhanden sind. Ferner wird durch die Einleitung der Verbrennung an der Brennraumwand ohne Einschießen einer Zündfiamme eine geordnete Verbrennung erreicht.

Der Zeitpunkt des Funkenüberschlages kann nach dem Eintreffen der ersten Filmteile an der Elektrode 50 gewählt werden, daß sich für den weiteren Verlauf der Verbrennung hinsichtlich Leistung, Laufruhe usw. optimale Verhältnisse ergeben. Das ist bei den Ausführungen, bei denen ein zündfähiges Gemisch an einen räumlich etwa festliegenden Punkt herangebracht werden muß, nicht möglich. Dort ist der Zündzeitpunkt erfahrungsgemäß an sehr engen Grenzen festgelegt, durch den Augenblick, in dem sich gerade eine innerhalb der Zündgrenzen liegende Mischung an den Elektroden befindet. Dies führt insbesondere bei Vielstoffmotoren bzw. bei Kraftstoffen, die während ihrer Verdampfung und des Gemischtransportes zur Funkenstrecke bereits selbstzündungsbereit sind, oft zu großen Schwierigkeiten.

Da der Zündfunke bei allen Lastzuständen an dei Oberfläche des Kraftstoffilmes eine den Ionisationsvorgang sehr begünstigende Gemischzusammensetzung vorfindet, bleiben die Zündspannungen praktisch unabhängig von der Last und wesentlich kleiner, was der gesamten Anlage zugute kommt. Die frei in den Brennraum ragende Elektrode wird durch die Strömung der Frischluft intensiv gekühlt. Dadurch wird die Möglichkeit von Glühzündungen ausgeschaltet. Auch eine Brückenbildung, wie . sie zwischen zwei feststehenden Elektroden einer üblichen Zündkerze auftreten kann, ist praktisch unmöglich.

Den Vorteil, für die Zündeinleitung nicht an einen einzigen Raumpunkt des Brennraumes gebunden zu sein, weisen auch bekannte Zündvorrichtungen auf, bei denen an Stelle einer Zündkerze eine Glühkerze verwendet wird. Derartige Zündvorrichtungen haben aber unter anderem den Nachteil, daß die Gemischentzündung relativ hohe Temperaturen (mindestens 1000° C) des Glühkörpers erfordert, der elektrisch beheizt werden muß. Diese Temperaturen müssen bei allen Lastzuständen vorhanden sein, wodurch die Beanspruchung des Glühstiftmaterials groß ist und wodurch eine vom jeweiligen Motorbetriebspunkt abhängige und aufwendige Regelung der dem Glühstift zugeführten elektrischen Energie erforderlich wird. Außerdem ist der Energiebedarf erheblich größer als bei der Funkenzündung. Schließlich ist der Zündzeitpunkt aufs engste mit dem Einspritzzeitpunkt gekoppelt. Die vorstehend erwähnte und wesentliche Möglichkeit zu einer zeitlich optimal abgestimmten Zündeinleitung ist hier also nicht gegeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden etwa konstruktiv bedingte größere Schräglagen der Elektrode gegenüber der Brennraumwand dadurch ausgeglichen, daß der eintauchende Teil der Elektrode — im Längsschnitt gesehen — keilförmig ausgebildet ist und die Verdickung an dem dem Brennraumboden zugewandten Ende liegt. Der als Gegenpol wirkende Wandabschnitt des Brennraumes kann mit Rücksicht auf · Abbranderscheinungen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung "einen gegen die Zündfunken widerstandsfähigen Belag aufweisen. Es ist aber zu erwähnen, daß der Funken durch die sich mit den Betriebszuständen ändernden Stellen kleinster Ionisationsspannung an wechselnden Punkten überspringt und dadurch, der Abbrand nicht punktförmig lokalisiert wird und daher wesentlich langsamer fortschreitet. Außerdem wird, wie an sich bekannt, die Elektrode als Anode ausgebildet, weil der Abbrand vorzugsweise an der Anodenseite auftritt und diese leicht auswechselbar ist.

Um an der Elektrode mit Sicherheit ein ausreichend gut zündbares Gemisch zu erhalten, wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, den nahe an der Elektrode verlaufenden Wandabschnitt des Brennraumes als Staukante auszubilden.

Wenn aus konstruktiven Gründen der Abstand der Elektrode zur Zylindermitte etwas größer sein muß als bei Anordnung eines mittigen Brennraumes, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Brennraum außermittig anzuordnen; d. h. daß der Brennraum zur Verbindungslinie zwischen Einspritzdüse und Elektrode in an sich bekannter Weise eine parallele Verschiebung aufweist. Dadurch können eventuell erforderliche Korrekturen der elektrodennahen Wandkontur vermieden werden.

Des weiteren wird vorgeschlagen, daß der Brennraum senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen Einspritzdüse und Elektrode eine parallele Verschiebung aufweist. Diese Anordnung hat insbesondere bei Vielstoffmotoren den Vorteil, den Strahlauftreffpunkt näher an die Elektrodenzone heranzubringen, ohne gleichzeitig durch einen mehr von der Wand weggerichteten Strahl den Anteil des luftverteilten Kraftstoffes in unerwünschter Weise zu vergrößern. Unter Umständen kann es aber auch angebracht sein, die beiden Maßnahmen der Verschiebung gleichzeitig anzuwenden.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf ' eine einzige Stabelektrode. Wie gesagt, wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein unmittelbar an der Oberfläche des Kraftstoffilmes ^: überschlagender Funke die beste Voraussetzung für eine sichere Zündung im gesamten Lastbereich des Motors ergibt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einiger Ausführungsbeispiele für eine Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten Brennraum schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 reinen Längsschnitt durch ein Kolbenoberteil mit einem mittig angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig.l,

F i g. 3 und 4 je eine Draufsicht auf den Kolben mit jeweils einem außermittigen Brennraum und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein Kolbenoberteil mit einer schräg angeordneten Elektrode.

In der Darstellung nach F i g. 1 ist der Kolben mit 1 bezeichnet, der einen mittig angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum 2 mit Brennraumöffnung 3 aufweist. In der Brennraumöffnung 3 ist eine Schnaupe 4 vorgesehen, in welche die schräg außerhalb der Brennraummitte im Zylinderkopf befestigte Einspritzdüse 5 im Bereich der oberen Totpunktstellung des Kolbens 1 etwas eintaucht. Die in dem nicht dargestellten Zylinderkopf eingeschraubte Induktions-Zündvorrichtung 6 mit ihrer Elektrode 7 liegt diametral gegenüber der Einspritzdüse 5. Die Elektrode ist als Stabelektrode ausgebildet und hat kreisrunden Querschnitt (F i g. 2).

Der mit einem oder mehreren Strahlen8 (Fig. 2) eingespritzte Kraftstoff gelangt zu seinem größten Teil auf die Brennraumwand, woselbst er sich von seiner Auftreffstelle an unter dem Einfluß seiner kinetischen Energie und der Wirkung der sich hier um die Brennraumlängsachse drehenden intensiven Luftströmung (F i g. 2, Strömungspfeil 9) auf der Brennraumwand filmartig ausbreitet und dabei an die der Elektrode 7 gegenüberliegenden Wandpartien gelangt, woselbst er an seiner Oberfläche durch den Funken entzündet wird. An der Brennraumwand ist eine kleine Staukante 10 vorgesehen, die durch eine leichte Kraftstoffanreicherung der elektrodennahen : Wandzone noch eine zusätzliche Gewähr für eine sichere Zündeinleitung gibt. · S₁

In Fig. 2 ist der durch den Winkel 11 gekennzeichnete Abstand der Elektrode 7 von der Einspritzdüse 5 mit 180° angegeben. Dieser oder auch ein etwas kleinerer Winkelabstand ist konstruktiv vorgegeben, wenn, wie in der Figur angedeutet, je ein Einlaßventil 12 und ein Auslaßventil 13 vorgesehen sind. ■.·■■■·■

Die Draufsicht auf den Kolbenboden nach F i g. 3 zeigt, daß der Brennraum längs der Verbindungslinie zwischen Einspritzdüse und Elektrode um ein Maß a in Richtung zur Elektrode hin etwas versetzt ist, wenn aus konstruktiven Gründen der Abstand der Elektrode zur Zylindermitte unter Umständen etwas größer sein muß als bei einem mittigen Brennraum, (F i g. 1). Dadurch können anderenfalls erforderliche Korrekturen der elektrodennahen Wandkontur vermieden werden.

F i g. 4 zeigt wiederum eine Draufsicht auf den Kolben. Hier weist der Brennraum senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen Einspritzdüse 5 und Elektrode 7 eine parallele Verschiebung b auf. Diese Anordnung ist insbesondere bei Vielstoffmotoren von Vorteil. Man kann hier den Strahlauftreffpunkt näher an die Elektrodenzone heranbringen, ohne aber gleichzeitig durch einen mehr von der Brennraumwand weggerichteten Strahl den Anteil des luftverteilten Kraftstoffes in unerwünschter Weise zu vergrößern. Gegebenenfalls können die beiden Verschiebungen« und b auch gleichzeitig angewendet werden.

Die Elektrode 7 sollte in einer zur Zylinderlängsachse bzw. zur Brennraumwand parallelen Lage eingebracht werden. Größere etwa konstruktiv bedingte Schräglagen der Elektrode 7 um einen Winkel 14 (F i g. 5) werden gegebenenfalls durch eine schwach keilförmig ausgebildete Elektrode ausgeglichen, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Brennraumwand eingearbeitete Nische ein. Hier wird Patentansprüche: dann ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet, das vorwiegend erst durch Verdampfung von Kraftstoff-

1. Fremdgezündete, luftverdichtende Brenn- teilchen gebildet wird, die mit Hilfe leitrinnenartiger kraftmaschine mit direkter Einspritzung des 5 Ausnehmungen in der Brennraumwand an der Ni-Kraftstoffs in einem oder mehreren Strahlen zu sehe konzentriert werden. Eine solche Zündvorrichseinem Hauptteil als dünner Film auf die Wand tung weist aber verschiedene Nachteile auf.

des im Kolben vorgesehenen, rotationskörperför- So ergibt die Nische eine Zerklüftung des Brennmigen Brennraumes, und bei der der einströmen- raumes, wodurch die geordnete rotierende Luftströden Luft eine solche Drehbewegung erteilt ist, io mung gestört wird. Außerdem kann der bei Vollast daß hierdurch der -Kraftstoff in Dampfform von im Übermaß, d. h. über die für die Zündeinleitung der Brennraumwand allmählich abgelöst, mit der erforderliche Menge hinausgehende, in die Nische geLuft vermischt und verbrannt wird, die Einspritz- langende Kraftstoffanteil an dem Prozeß der thermidüse im Zylinderkopf nahe des Brennraumrandes sehen Gemischbildung nicht mehr einwandfrei teilder Zündvorrichtung diametral gegenüber liegt 15 nehmen. Dadurch tritt eine Verschlechterung der und die Zündvorrichtung in oberer Totpunktstel- Verbrennung und damit der Leistungsdaten ein. Das lung des Kolbens in den Brennraum eintaucht, gilt besonders für kleine Zylindereinheiten, da hier dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver- die durch die Kerzengröße festliegende Nische in bewendung einer Stabelektrode (7) die Länge des zug auf die Brennraumabmessungen sehr groß wird, parallel zur Brennraumwand eintauchenden Tei- 20 Auch gelingt es trotz der in die Brennraumwand einles der Elektrode (7) mindestens ein Viertel der gearbeiteten Leitkanäle nur schwer, im unteren Last-Brennraumtiefe beträgt und daß die Brennraum- bereich an der in der Kerzenhülse genau festgelegten wand in an sich bekannter Weise den anderen Pol Stelle für die Funkenstrecke ein innerhalb der Zündbildet, grenzen liegendes Gemisch zu erzielen. Dies trifft be-

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, da- 25 sonders zu, wenn die Zündvorrichtung, bedingt durch gekennzeichnet, daß der eintauchende Teil durch die Anordnung von Ein- und Auslaßventil, der der Elektrode (7) — im Längsschnitt gesehen — Einspritzdüse diametral gegenüber liegt, da die keilförmig ausgebildet ist und die Verdickung an Kraftstoffeinbnngung in den Funkenraum über den dem dem Brennraumboden zugewandten Ende relativ langen Weg unter dem Einfluß der intensiven Hegt. 30 Luftströmung erschwert wird.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 Zwar wird in der gleichen Patentschrift noch vor- und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ge- geschlagen, die Zündkammer sacklochartig in den genpol wirkende Wandabschnitt des Brennrau- Kolbenboden einzuarbeiten und nur durch eine oder mes (2) einen gegen die Zündfunken Widerstands- zwei Bohrungen mit dem Brennraum in Verbindung fähigen Belag aufweist. .. 35 zu bringen. Damit kann zwar eine Störung des Luft-

4. Brennkraftmaschine nach einem der An- wirbeis vermindert und der in eine der Verbindungssprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bohrungen gespritzte Kraftstoff sicherer zur Funkennahe der Elektrode (7) verlaufende Wandab- strecke gefördert werden, jedoch kann auch hier der schnitt des Brennraumes (2) als Staukante (10) bei Vollast über die für die Zündeinleitung erforderausgebildet ist. 40 liehe Menge hinausgehende, in die Nische gelangende

5. Brennkraftmaschine nach einem der An- Kraftstoffanteil an dem Prozeß der thermischen Gesprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mischbildung nicht mehr einwandfrei teilnehmen.
Brennraum (2) .zur Verbindungslinie zwischen Des weiteren ist zu berücksichtigen, daß die in Einspritzdüse (5) und Elektrode (7) in an sich be- einem Kraftstoff-Luft-Gemisch für die Ionisation der kannter Weise parallel (d) und/oder (Jb) verscho- 45 Funkenstrecke und damit für den Funkenüberschlag ben ist. erforderliche Zündspannung sehr stark von der. Ge-

mischzusammensetzung abhängig ist und mit zunehmender Gemischabmagerung wächst. Da es nicht ge-

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezünde- Hngt, bei allen Lastzuständen ein gleichbleibendes,

te, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit direkter 50 den Funkenüberschlag begünstigendes Mischungsver-

Einspritzung des Kraftstoffes in einem oder mehreren hältnis direkt an der Funkenstrecke zu erzeugen,

Strahlen zu seinem Hauptteil als dünner Film auf die nehmen die Ionisationsspannungen mit abnehmender

Wand des im Kolben vorgesehenen, rotationskörper- Einspritzmenge sehr hohe Werte an, wodurch ent-

förmigen Brennraumes, und bei der der einströmen- sprechend hohe Anforderungen an die Zündanlage

den Luft eine solche Drehbewegung erteilt ist, daß 55 gestellt werden.

hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Ferner ist durch die deutsche Patentschrift Brennraumwand allmählich abgelöst, mit der Luft 1 023 632 noch eine luftverdichtende Brennkraftmavermischt und verbrannt wird, die Einspritzdüse im schine bekannt, bei der der Kraftstoff ebenfalls zu Zylinderkopf nahe des Brennraumrandes der Zünd- seinem Hauptteil als dünner Film auf die Wand des vorrichtung diametral gegenüber liegt und die Zünd- 60 im Kolben vorgesehenen Brennraumes aufgetragen vorrichtung in oberer Totpunktstellung des Kolbens und durch die rotierende Luft in Dampfform allin den Brennraum eintaucht. mählich abgelöst, mit der Luft vermischt und ver-

Eine solche Brennkraftmaschine ist bereits durch brannt wird, welche als Starthilfe bei besonders tiedie Patentschrift 39 916 des Amtes für Erfindungs- fen Außentemperaturen eine sich nach dem Anlassen und Patentwesen in Ost-Berlin bekanntgeworden. Bei 65 selbsttätig abschaltende Zündvorrichtung aufweist, ihr taucht eine ummantelte Zündkerze jeweils in der Diese Zündvorrichtung besteht aus einer im Zyoberen Kolbentotpunktstellung in eine zum Brenn- linderkopf befestigten, bimetallisch ausgebildeten, im raum und zum Kolbenboden hin offene, in die wesentlichen parallel zur Kolbenachse angeordneten