DE2746774A1

DE2746774A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2746774A1
Application number: DE19772746774
Authority: DE
Inventors: Bernhard Ing Grad Horstmann
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2746774B2; GB2008188A; GB2008188B; FR2406721A1; DE2746774C3

Description

HUBKOLBENBRENNKRAFTMASCHINE

Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 26 33 531.9 (Patent

ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit um die Zylinderachse kreisender Luftbewegung einer Einspritzdüse und mit einem Kolben, in dem zwei in Richtung der Zylinderachse hintereinander angeordnete und über einen steuerbaren bzw. veränderbaren Durchlaß miteinander in Verbindung stehende Brennkammern angeordnet sind, in deren eine der Brennstoff durch die Einspritzdüse einspritzbar ist.

Bei der vorgeschlagenen Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß der älteren Patentanmeldung erfolgt die Steuerung bzw. Veränderung des die beiden Brennkammern miteinander verbindenden Durchlasses über den Weg, und zwar in der Weise, daß in den Durchlaß ein Zapfen bzw. die Einspritzdüse selbst eingeführt wird. Durch ein entsprechendes überschneiden des Zapfens bzw. der Einspritzdüse einerseits und der zylindrischen Einschnürung im Durchlaß andererseits ist es möglich, die gewünschte optimale Trennung der ersten von der zweiten Brennstufe zu erreichen. Bei einer großen Oberschneidung ergibt sich eine späte Einleitung der zweiten Brennstufe und dadurch ein geringer Verbrennungsspitzendruck, ein erhöhter spezifischer Kraftstoffverbrauch, aber eine geringe NO₂-Emission. Dagegen bedeutet eine kleine Oberschneidung eine frühe Einleitung der zweiten Brennstufe mit einem erhöhten Verbrennungsspitzendruck, geringem spezifischen Kraftstoffverbrauch und einer erhöhten NO₂-Emission. Je nach den vorherrschenden Bedingungen und/oder gewünschten Ergebnissen läßt sich somit die jeweils optimale Überschneidung einstellen bzw. erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine automatische Anpassung des Verbrennungsablaufs, insbesondere in der zweiten Brennkammer, an die jeweils vorherrschenden Verhältnisse erreicht wird.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Steuerung bzw. Veränderung des Durchlasses eine entgegen Federwirkung durch den Druck in der Einspritz-Brennkanuner axial verschiebbar gelagerte Hülse dient. Durch die Hülse kann die zweite Brennstufe bei einem genau definierten Druck innerhalb der Einspritz-Brennkanuner eingeleitet werden. Dadurch wird ein steiler Druckanstieg in der ersten Brennkammer vermieden und Geräusche, die Kolbenbelastung und die NO-Emission gesenkt. Darüber hinaus bildet die Hülse einen guten Wärmeschutz für die Düsenkuppe.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse in axialer Richtung einstellbar gelagert. Dadurch hat man es in der Hand, das Einleiten der zweiten Brennstufe bei verschiedenen Drücken in der ersten Brennkammer zu ermöglichen.

Die Einstellung der Hülse läßt sich auf mannigfache Art und Weise verwirklichen. So können zur Einstellung der Hülse Unterlegscheiben verwendet werden. Die Einstellung der Hülse kann aber auch durch ein Gewinde erfolgen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Hülse auf einem Düsenkörper der Einspritzdüse verschiebbar geführt ist. Hierdurch ergibt sich eine gute und verkantungsfreie Lagerung der Hülse.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Hülse Vorsprünge, Flansche oder dergleichen Ansätze zum Abstützen an einem Abstützkörper. Dieser Abstützkörper kann als über ein Außengewinde mit der Hülse verschraubbare, auf dem Düsenkörper geführte Scheibe ausgebildet sein.

Der Abstützkörper kann aber auch als mit nach innen abgewinkeltem Flansch verseheneRinguchse ausgebildet sein, die über ein Gewinde mit einer zur Verschraubung der Einspritzdüse dienenden Oberwurfmutter verschraubbar ist.

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Für die Erfindung ist ferner wesentlich, daß durch die Feder die Hülse in einer den Durchlaß abschließenden Lage gehalten wird. Der Abstützkörper kann dabei zur Abstützung des einen Endes der Feder dienen, deren anderes Ende sich an der überwurfmutter abstützt. Die Federn können aber auch direkt zwischen der Oberwurfmutter und der Hülse angeordnet sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen senkrechten Teilschnitt durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine und

Fig. 2 bis 5: verschiedene Ausführungsformen der Ausbildung und Lagerung der Hülse auf der Einspritzdüse.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Kurbelgehäuses 1 einer nicht näher dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt. Im Kurbelgehäuse 1 ist eine Zylinderlaufbuchse 2 angeordnet, in der ein Kolben 3 hin und her beweglich gelagert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Kolben 3 in der oberen Totpunktlage. Der Kolben 3 besitzt eine erste, im wesentlichen kugel- oder kalottenförmig ausgebildete Brennkammer 4 und eine zweite, im wesentlichen kegelstumpf förmig ausgebildete Brennkammer 5. Die beiden Brennkammern 4 und 5 stehen über einen Durchlaß 6 miteinander in Verbindung. Oberhalb der Brennkammer 5 befinden sich ein Einlaßventil 7, ein Auslaßventil 8 sowie eine Einspritzdüse 9. Die Ventile 7,8 sowie die Einspritzdüse 9 sitzen in einem Zylinderkopf 11, der unter Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung 12 mit dem Kurbelgehäuse 1 in nicht dargestellter Weise verschraubt ist.

Das Einlaßventil 7 bzw. dessen nicht dargestellter Einlaßkanal im Zylinderkopf 11 ist so ausgebildet, daß beim Ansaughub des Kolbens 3, d.h. wenn dieser sich in Fig. 1 nach unten bewegt, die angesaugte Frischluft zur Erzeugung einer Wirbelbewegung um die Achse 13 des Zylinders eine Drallbewegung ausführt.

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Der als Einschnürung bzw. Drosselstelle ausgebildete Durchlaß 6 besitzt einen sich in Richtung der Achse 13 erstreckenden zylindrischen Teil 14 sowie an dessen der Brennkammer 5 zugewandtem Ende eine Abfasung 15, die parallel zu der Umfangsflache 16 des vorderen konischen Endes 17 einer auf der Einspritzdüse 9 axial verschiebbar gelagerten Hülse 18 verläuft. Die Höhe des zylindrischen Teils 14 der Einschnürung im Durchlaß 6 ist in Fig. 1 mit Δ S bezeichnet.

Die Hülse 18 ist auf einem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse 9 axial verschiebbar gelagert und durch eine Feder 21 abgestützt, die sich mit ihrem der Hülse 18 abgewandten Ende an einer zur Verschraubung der Einspritzdüse 9 dienenden überwurfmutter 22 abstützt.

Eine erste Ausführungsform der Ausbildung und Lagerung der Hülse ergibt sich aus Fig. 2. Dort ist die Oberwurfmutter 22 über ein Gewinde 23 in einem Düsenhalter 24 der Einspritzdüse 9 eingeschraubt. Die Überwurfmutter 22 besitzt eine Bohrung 25, durch die sich der Düsenkörper 19 erstreckt. Die Feder 21 ist in Fig. 2 schematisch angedeutet und, wie dort hervorgeht, stützt sich die Feder 21 einmal an der überwurfmutter 22 und zum andern an einem als Scheibe ausgebildeten Abstützkörper 26 ab.

Der Abstützkörper 26, durch dessen Bohrung 27 der Düsenkörper 19 hindurchgeführt ist, besitzt ein Außengewinde 28, über das er mit der Hülse 18 verschraubt ist. Die axiale Relativlage der Hülse 18 zum Abstützkörper 26 wird durch Ansätze 29, die etwa im mittleren Teil der Hülse 18 auf deren Innenseite angeordnet sind, begrenzt. Nach oben hin besitzt die Hülse 18 einen Mantelteil 31, der teilweise die Feder 21 umgibt. Innerhalb der Hülse 18 sitzt auf dem Düsenkörper 19 ein Sicherungsring 32, zwischen dem und der der Feder 21 abgewandten Seite des Abstützkörpers 26 mehrere Unterlegscheiben 33 angeordnet sind. Durch Hinzufügen bzw. Wegnahme einer oder mehrerer dieser Unterlegscheiben 33 kann die relative Axiallage der Hülse 18 gegenüber dem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse verändert werden.

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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Unterlegscheiben 33 in einer Sackbohrung 34 der Hülse 18 angeordnet. Dort befindet sich der auf dem Düsenkörper 19 sitzende Sicherungsring 32, an dem sich der Abstützkörper 26 abstützt, in Höhe der Unterlegscheiben 33. Der weitere Aufbau entspricht weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erfolgt die axiale Arretierung der Hülse 18 gegenüber dem Düsenkörper 19 der Einspritzdüse 9 durch zwei Kontermuttern 35,36, die über ein Gewinde 37 auf dem Düsenkörper 19 aufgeschraubt sind. Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung entspricht grundsätzlich derjenigen gemäß Fig. 3.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von den übrigen im wesentlichen dadurch, daß die Feder 21 unmittelbar zwischen der Überwurfmutter 22 und einem Flansch 38 der Hülse 18 angeordnet ist. Mittels des Flansches 38 stützt sich die Hülse 18 an dem als Ringbuchse ausgebildeten Abstützkörper 39 ab, der über ein Gewinde 41 mit der überwurfmutter 22 verschraubt ist. Zur axialen Begrenzung der Einschraubbewegung dient eine Anschlagmutter 42, die auf der überwurfmutter 22 sitzt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist wie folgt:

Während des Verdichtungshubs, bei dem der Kolben 3 in seine in Fig.1 dargestellte obere Totpunktlage fährt, wird der Drall der angesaugten Frischluft in den beiden übereinanderliegenden Brennkammern 4,5 in zwei getrennte, aber gleichgerichtete Luftwirbel aufgeteilt. Am Ende des Verdichtungshubs wird die Brennkammer 4 gegenüber der Brennkammer 5 durch die Hülse 18 abgesperrt. Die Hülse 18 ist in dem Durchlaß 6 so dicht wie möglich geführt, um durch die hierbei auftretende Drosselung ein nennenswertes überströmen der Gase von der einen in die andere Brennkammer zu vermeiden. Durch die Einspritzung des gesamten Kraftstoffs in die Brennkammer findet aufgrund des dort herrschenden Luftmangels eine nur unvollkommene und mit niedriger Verbrennungstemperatur ablaufende Verbrennung statt. Dies bedeutet

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eine hohe CH- und CO-Schadstoffkonzentration, jedoch fast keine NO-Bildung. Aufgrund des in der Brennkammer 4 herrschenden Gasdruckes wird die Hülse 18 entsprechend der Kraft der Feder 21 bei einem ganz bestimmten Druck entgegen der Wirkung der Feder 21 nach oben verschoben und dadurch der Weg Δ S zurückgelegt, so daß eine Verbindung zwischen der Brennkammer 4 und der Brennkammer 5 erfolgt. In der Brennkammer 5 findet infolge der dort vorhandenen Frischluft eine Oxydation der CH- und CO-Bestandteile zu den unschädlichen Produkten CO₂ und H₂O statt.

Die Ansprechempfindlichkeit der Hülse 18 kann durch entsprechendes Einstellen der Hülse 18, d.h. Hinzufügen oder Wegnahme der Unterlegscheiben 32 oder unterschiedlich weites Einschrauben geregelt werden, so daß die gewünschte Verbrennungsphase in der zweiten Stufe zum gewünschten Zeitpunkt eingeleitet werden kann. In der zweiten Verbrennungsphase verteilen sich die Gase über den gesamten Kolbenboden, ohne daß an der durch die Einschnürung am Durchlaß 6 gebildeten Drosselstelle merkliche Verluste durch überströmarbeit der Gase auftreten.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche Abänderungen zuläßt. So können die Brennkammern 4 und 5 auch anders als dargestellt ausgebildet sein, da ihre gezeigte Ausbildung auf die Funktion der Zweiphasenverbrennung von untergeordneter Bedeutung ist; wesentlich ist vielmehr die Ausgestaltung des Durchlasses 6 und die Einstellbarkeit der Hülse 18. Ferner können anstelle einer Feder 21 auch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Federn verwendet werden. Schließlich kann der Überströmquerschnitt am Durchlaß 6 gegebenenfalls auch noch durch Änderung des c-Wertes der Feder 21 geändert werden. Letztlich braucht die Einspritzdüse 9 auch nicht zentrisch zu den Brennkammern 4,5 und der Zylinderachse 13 angeordnet zu sein.

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Claims

Ref. 1389

INTERNATIONAL HARVESTER COMPANY MBH
Industriestraße 39
Neuss

PATENTANSPRÜCHE

./Hubkolbenbrennkraftmaschine mit um die Zylinderachse kreisender Luftbewegung, einer Einspritzdüse und mit einem Kolben, in dem zwei in Richtung der Zylinderachse hintereinander angeordnete und über einen steuerbaren bzw. veränderbaren Durchlaß miteinander in Verbindung stehende Brennkammern angeordnet sind, in deren eine der Brennstoff durch die Einspritzdüse einspritzbar ist,

nach Patentanmeldung P 26 33 531.9 (Patent ), dadurch

gekennzeichnet, daß zur Steuerung bzw. Veränderung des Durchlasses (6) eine entgegen Federwirkung (21) durch den Druck in der mit Brennstoff beaufschlagten Brennkammer (4) axial verschiebbar gelagerte Hülse (18) dient.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse in axialer Richtung einstellbar gelagert ist.
3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Hülse (18) Unterlegscheiben (33) vorhanden sind.
4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Hülse (18) durch ein Gewinde (28, 37, 41) erfolgt.
5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) auf einem Düsenkörper (19) der Einspritzdüse (9) verschiebbar ge-

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6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) Vorsprünge (29), Flansche (38) oder dergleichen Ansätze zum Abstützen an einem Abstützkörper (26,39) aufweist.
7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (26) als über ein Außengewinde (28) mit der Hülse (18) verschraubbare, auf dem Düsenkörper (19) geführte Scheibe ausgebildet ist.
8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (26) zum Abstützen des einen Endes einer Feder (21) dient, deren anderes Ende sich an einer zum Verschrauben der Einspritzdüse (9) dienenden Überwurfmutter (22) abstützt.
9. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) an ihrem der Düsenspitze abgewandten Ende einen die Feder (21) zumindest teilweise abdeckenden Mantelteil (31) aufweist.
10. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (29) etwa auf halber Länge der Hülse (18) auf deren Innenseite angeordnet sind.
11. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegscheiben (33) zwischen der der Feder (21) abgewandten Seite des Abstützkörpers (26) und einem auf dem Düsenkörper (19)sitzenden Sicherungsring (32) angeordnet sind.
12. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegscheiben (33) in einer Sackbohrung (34) der Hülse (18) angeordnet sind.

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13. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch auf dem Düsenkörper (19) aufgeschraubte Kontermuttern (35,36) zum Abstützen des Abstützkörpers (26) .
14. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) direkt zwischen der Oberwurfmutter (22) und der Hülse (18) angeordnet ist.
15. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (39) als mit nach innen abgewinkeltem Flansch (40)versehene Ringbuchse ausgebildet ist, die über ein Gewinde (41) mit der Überwurfmutter (22) verschraubbar ist.
16. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine auf der Überwurfmutter (22) sitzende Anschlagmutter (42).

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