AT378992B

AT378992B - Luftverdichtende, direkt einspritzende brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT378992B
Application number: AT0179278A
Authority: AT
Inventors: Bruno Schukoff
Original assignee: List Hans
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1985-10-25
Also published as: ATA179278A

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende, direkt einspritzende ventilgesteuerte Brenn- kraftmaschine, insbesondere mit einem sehr hohen Verdichtungsverhältnis, mit einem Einlasskanal zur Erzeugung einer Rotation der einströmenden Luft um die Zylinderachse und einem im Kolben liegenden, am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, rotationskörperförmigen Brennraum, der unterhalb des Kolbenbodens eine in einen oberen und einen unteren Teil begrenzende Einschnürung aufweist, sowie einer mit ihren Ausmündungen annähernd auf der Brennraumachse angeordneten Einspritzdüse, deren Kraftstoffstrahlen gegen die Wand des
Kolben-Brennraumes gerichtet sind,

wobei die geometrischen Durchstosspunkte der Achsen der Ein- spritzbohrungen der Einspritzdüse während der gesamten Einspritzdauer unterhalb des engsten
Querschnittes der Einschnürung des Brennraumes liegen, und wobei der Durchmesser des engsten, den oberen Teil vom unteren Teil des Kolben-Brennraumes trennenden Querschnittes des Brennraumes
75 und 90% seines maximalen Durchmessers beträgt, der zwischen der Ebene des engsten Quer- schnittes und der Kolbenbodenebene liegende obere Teil des Brennraumes ein Volumen von etwa
10 bis 30% des Gesamtvolumens des Kolben-Brennraumes aufweist, und der Flankenwinkel der Ein- schnürung, bestimmt von den Tangenten an den Umriss des unteren Muldenteiles durch den geometrischen Schnittkreis des oberen und unteren Teiles des die Brennraummulde bildenden Rotationskörpers einerseits,

und den Erzeugenden des durch den Schnittkreis der beiden Rotationskörper- - Teile und den Schnittkreis des oberen Teiles des Rotationskörpers mit dem Kolbenboden gelegten
Kegels anderseits, zwischen 70 und 120 liegt, nach Patent 375441.

Mit einer Brennkraftmaschine nach diesem älteren Vorschlag konnte gegenüber bisher bekannten Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in der CH-PS Nr. 201350 beschrieben sind, eine Reihe von Vorteilen hinsichtlich Verringerung des Kraftstoffverbrauches und der unerwünschten Abgasemissionswerte erreicht werden. Die vermutliche Ursache der erreichten Verbesserung liegt u. a. in der durch die Ausbildung des Kolbenbrennraumes gemäss dem älteren Vorschlag erzielten intensiven Turbulenz der Überschiebeströmung in den Kolbenbrennraum bzw. der Strömung aus diesem heraus während des Arbeitshubes der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Massnahmen anzugeben, die eine noch effektvollere Strömungsführung zulassen und es ermöglichen, die gemäss dem älteren Vorschlag erzielten Verbesserungen weiter zu verstärken.

Erfindungsgemäss ist dazu vorgesehen, dass bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Seitenwand des unteren Teiles des Kolben-Brennraumes in an sich bekannter Weise zumindest teilweise von einem zur Kolbenachse parallelen Zylinder gebildet ist und dass der Boden des Kolben-Brennraumes zumindest teilweise eben ist, wobei der Übergang zwischen der Seitenwand und dem ebenen Teil des Bodens ausgerundet ist. Überraschenderweise kann dadurch eine erhebliche Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und der Abgasemissionswerte erreicht werden.

Dies ist u. a. wohl darauf zurückzuführen, dass, wie sich zeigte, die Strömungsform im Kolben-Brennraum vor allem den Gemischaufbereitungsvorgang und damit in weiterer Folge den Verbrennungsablauf sehr wesentlich beeinflusst und bei der Erfindung die Kraftstoffstrahlen mindestens während des grössten Teiles der Einspritzdauer auch bei einer allenfalls erforderlichen Vorverlegung des Einspritzbeginns, z. B. in Abhängigkeit von der Drehzahl, unter dem gleichen Winkel auf die Seitenwand auftreffen, so dass diesbezüglich immer ähnliche, optimale erfüllbare Bedingungen für die Gemischaufbereitung herrschen. Daneben ist vorteilhafterweise auch die Bearbeitung dieses Bereiches des Kolben-Brennraumes etwas einfacher.

Die Ausbildung eines Teiles der Seitenwand eines Brennraumes im Kolben als zur Kolbenachse parallele Zylinderfläche ist dabei an sich z. B. aus der DE-PS Nr. 489782 bzw. auch der DE-PS Nr. 475507 bekannt, jedoch nur im Zusammenhang mit bereits gattungsmässig nicht mit dem Gegenstand der Erfindung vergleichbaren Anordnungen.

Wenn weiters bei einer Brennkraftmaschine der erfindungsgemässen Art, bei der der Boden des Kolben-Brennraumes einen in der Achse des Kolben-Brennraumes liegenden Kegel aufweist, dessen Spitze dem Kolbenboden zugewandt ist, der Basisdurchmesser des Kegels etwa 40% des maximalen Durchmessers des Kolben-Brennraumes beträgt, bzw. wenn, nach einer andern Ausgestaltung der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine bei der die Einschnürung des Kolben-Brennraumes von zwei Kegelflächen gebildet ist, die Erzeugenden des Kegels im Kolben-Brennraum

parallel sind zu den Erzeugenden der zum unteren Teil des Brennraumes hinweisenden, die Ein- schnürung bildenden Kegelfläche, so ergibt sich neben fertigungstechnischen Vorteilen vor allem eine weiter verbesserte Führung der Einströmung in den Kolben-Brennraum bzw. der Strömung aus diesem heraus.

Aus dem damit erreichten verbesserten Gemischaufbereitungs- und Verbrennungsablauf resultieren sehr niedrige Werte der Abgasemission, wobei vor allem nur eine relativ kleine
Russmenge im Abgas entsteht. Die genannten, verschiedenen Ausbildungen des Kolben-Brennraumes ermöglichen es, die erwünschten Vorteile auch bei unterschiedlichen Motortypen, Motorgrössen und
Motorbetriebsgrössen durch entsprechende Auswahl der jeweils am besten geeigneten Form zu er- zielen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Kolben einer erfindungsgemässen
Brennkraftmaschine.
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--16-- weist-Brennraum--1-- wird durch eine Einschnürung --4-- in einen oberen Teil und einen unteren Teil --1"-- geteilt, wobei die Einschnürung --4-- aus zwei Kegelflächen --7 und 8-- gebildet wird, die in einem Winkel von etwa 900 gegeneinander liegen.

Im Bereich des geometrischen Schnittkreises der beiden Kegelflächen--7, 8--kann, wie
Fig. 2 zeigt, eine schmale zylindrische Fläche --15-- eingeschaltet sein. Das von dieser zylindri- schen Fläche umschlossene Volumen zählt zum unteren Teil --1"-- des Kolben-Brennraumes.

Der an die Einschnürung --4-- anschliessende untere Teil des Brennraumes--1-- weist eine zylindrische Seitenwand --30-- auf, die über eine Ausrundung in den Boden --29-- übergeht. Der Boden --29-- kann gemäss Fig. 1 eben sein oder, wie Fig. 2 zeigt, von einem in der Brennraumachse --14-- liegenden Kegel --9-- begrenzt sein, dessen Spitze zum Kolbenboden --3-- hinweist. Der Kegelwinkel --26-- des Kegels --9-- im Kolben-Brennraum beträgt dabei etwa 900 und der Basisdurchmesser --31-- des Kegels --9-- beträgt zirka 40% des grössten Durch- messers --22-- des Kolben-Brennraumes --1--. Zwischen der Seitenwand --30-- und dem Kegel --9-- ist ein Bereich des Bodens --29-- wieder eben ausgeführt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Übergang der zylindrischen Seitenwand--30-- des Kolben-Brennraumes --1-- in die untere Kegelfläche --8-- der Einschnürung --4-- scharf- kantig ausgebildet. Der Durchmesser des engsten Querschnittes --5-- beträgt etwa 75 bis 90%, bei den dargestellten Ausführungsbeispielen etwa 80%, des grössten Durchmessers --22-- des
Kolben-Brennraumes. Das zwischen dem Kolbenboden --3-- und der Ebene des engsten Querschnittes --5-- liegende Volumen des oberen Teiles --1'-- des Kolben-Brennraumes --1-- beträgt etwa 20% des Gesamtvolumens des Kolben-Brennraumes --1--, könnte aber auch in Abwandlung der angeführten Beispiele zwischen 10 und 30% betragen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Luftverdichtende, direkt einspritzende ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem sehr hohen Verdichtungsverhältnis, mit einem Einlasskanal zur Erzeugung einer Rotation der einströmenden Luft um die Zylinderachse und einem im Kolben liegenden, am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, rotationskörperförmigen Brennraum, der unterhalb des Kolbenbodens eine in einen oberen und einen unteren Teil begrenzende Einschnürung aufweist, sowie einer mit ihren Ausmündungen annähernd auf der Brennraumachse angeordneten Einspritzdüse, deren Kraftstoffstrahlen gegen die Wand des Kolben-Brennraumes gerichtet sind,

wobei die geometrischen Durchstosspunkte der Achsen der Einspritzbohrungen der Einspritzdüse während der gesamten Einspritzdauer unterhalb des engsten Querschnittes der Einschnürung des Brennraumes liegen, und wobei der Durchmesser des engsten, den oberen Teil vom unteren Teil des Kolben-Brennraumes trennenden Querschnittes des Brennraumes 75 bis 90% seines maximalen Durchmessers beträgt, der zwischen der Ebene des engsten Querschnittes und der Kolbenbodenebene liegende obere Teil des Brennraumes ein Volumen von etwa 10 bis 30% des Gesamtvo- <Desc/Clms Page number 3> lumens des Kolben-Brennraumes aufweist, und der Flankenwinkel der Einschnürung, bestimmt von den Tangenten an den Umriss des unteren Muldenteiles durch den geometrischen Schnittkreis des oberen und unteren Teiles des die Brennraummulde bildenden Rotationskörpers einerseits,

und den Erzeugenden des durch den Schnittkreis der beiden Rotationskörper-Teile und den Schnittkreis des oberen Teiles des Rotationskörpers mit dem Kolbenboden gelegten Kegels anderseits, zwischen 70 und 120 liegt nach Patent Nr. 375441, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (30) des unteren Teiles (l") des Kolben-Brennraumes (1) in an sich bekannter Weise zumindest teilweise von einem zur Kolbenachse (13) parallelen Zylinder gebildet ist und dass der Boden (29) des Kolben-Brennraumes (1) zumindest teilweise eben ist, wobei der Übergang zwischen der Seitenwand (30) und dem ebenen Teil des Bodens (29) ausgerundet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Boden des Kolben-Brennraumes einen in seiner Achse liegenden Kegel aufweist, dessen Spitze dem Kolbenboden zugewendet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisdurchmesser (31) des Kegels (9) etwa 40% des maximalen Durchmessers (22) des Kolben-Brennraumes (1) beträgt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Einschnürung von zwei Kegelflächen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugenden des Kegels (9) im Kolben-Brennraum (1) parallel sind zu den Erzeugenden der zum unteren Teil (1") des Brennraumes (1) hinweisenden, die Einschnürung (4) bildenden Kegelfläche (8).