DE19621635A1 - Diesel-Brennkraftmaschine - Google Patents

Diesel-Brennkraftmaschine

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine, die nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Derartige Brennkraftmaschi­ nen zeichnen sich durch einen besonders günstigen Kraftstoffverbrauch aus.
Aus der EP 0 477 046 B1 ist ein solcher Dieselmotor bekannt, der nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Dieser Motor besitzt zwei Einlaß­ kanäle, zwei Auslaßkanäle, vier Ventile, eine Einspritzdüse und einen Kolben pro Zylinder. Dabei sind die Ventile parallel zur Zylinderachse und ist die Einspritzdüse konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet.
Probleme bereiten bei diesem Stand der Technik jedoch die relativ rauhen Verbrennungsgeräusche. Außerdem sind die Anforderungen an die Wirt­ schaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit des Betriebs derartiger Brenn­ kraftmaschinen inzwischen deutlich gestiegen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Diesel- Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher das Geräuschniveau weiter gesenkt und der Kraftstoffverbrauch weiter verringert werden kann. Zudem soll diese Brennkraftmaschine kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1. Denn mit dieser Merkmalskombination ist es mög­ lich, zum einen die Akustik und zum anderen die Verbrauchswerte der Diesel-Brennkraftmaschine positiv zu beeinflussen. Entscheidend sind dabei die Abstimmungen der einzelnen Komponenten aufeinander. So ist durch die Aufteilung der Einlaßkanäle in einen Drallkanal und in einen Füllkanal in allen Drehzahlbereichen eine gute Verwirbelung der Luft und eine gute Füllung des Brennraumes gewährleistet. Daher kann die Brenn­ kraftmaschine in jedem Drehzahlbereich mit einem außergewöhnlich ho­ hen Wirkungsgrad arbeiten. Aufgrund der speziellen Anordnung und Ausgestaltung der Einspritzdüse in Verbindung mit der zuvor beschriebe­ nen Verwirbelung und Füllung ist dabei eine optimale Luft-Diesel- Gemischbildung gewährleistet. Unterstützt wird die Luft-Diesel- Gemischbildung durch die besondere Ausgestaltung des Kolbens, wo­ nach dieser eine Brennraummulde mit eingezogenem Muldenrand auf­ weist. Denn in dieser Brennraummulde findet das verwirbelte Gemisch besonders günstige geometrische Gegebenheiten vor.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Ventile dieser Diesel-Brennkraftmaschine unsymmetrisch um die Einspritzdüse herum angeordnet. Dank der unsymmetrischen Anordnung der Ventile können der Drallkanal und der Füllkanal ideal zueinander positioniert sein, ohne daß zu starke Einschnürungen oder Umlenkungen der Kanäle, die das Verwirbelungs- und das Füllverhalten stören würden, erforderlich sind. Außerdem kann auf diese Weise der Aufbau des Zylinderkopfes unter op­ timaler Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes bewerkstelligt werden.
Ferner ist es bevorzugt, daß die Achsen der Ventile maximal um einen Winkel von ca. 5° zu den Achsen der Zylinder geneigt sind.
Zweckmäßigerweise können die Einspritzdüsen etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder hineinragen und fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen aufweisen. Dadurch können je nach Querschnitt größere Kraftstoffmengen mit einer kurzen oder langen Einspritzdauer gefördert werden.
Die Einspritzdüsen sollten einen Spritzwinkel von ca. 140 bis 155° aufwei­ sen. Dadurch trifft der eingespritzte Strahl fast tangential auf den Randbereich innerhalb der Brennraummulde auf. An dieser Stelle hat das verwirbelte Gemisch die maximale Geschwindigkeit.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Durchmesser von Brennraummulde und Kolben 0.48 bis 0.53 und das Verhältnis von Hub und Durchmesser des Kolbens 1.05 bis 1.20. Innerhalb dieser Relationen wird der Verbrennungsvorgang der Brennkraftmaschine begünstigt. Zugleich ist dadurch eine lange Standzeit des Kolbens verwirklicht. Indem der Kolben zusätzlich noch einen gewölbten Muldenboden aufweist, kann die Standzeit des Kolbens weiter verlängert werden.
In vorteilhafter Weise arbeitet die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Verdichtung von 18 bis 22.
Schließlich kann eine Abgasturboladung mit Ladeluftkühlung sowie auch eine Abgasrückführung vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer schematischen, stark vereinfach­ ten Darstellung; und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II′ aus Fig. 1.
In den Figuren ist ein Zylinder 1 mit einem darin auf- und abbewegbaren Kolben 2 dargestellt, wobei durch die maximale Auf- und Abbewegung des Kolbens 2 der Hub H definiert ist. Die Relation von Hub H des Kol­ bens 2 und von Durchmesser DK des Kolbens 2 beträgt ca. 1.10.
An seiner Stirnseite weist der Kolben 2 eine Brennraummulde 3 mit deut­ lich eingezogenem Muldenrand 4 und zentralsymmetrisch gewölbtem Muldenboden 5 auf. Dabei ist das Verhältnis von Durchmesser DB der Brennraummulde 3 und von Durchmesser DK des Kolbens 1 ca. 0.5 und das Verhältnis der Tiefe TB der Brennraummulde 3 zum Durchmesser DB der Brennraummulde ca. 0.4.
Stirnseitig schließt sich an den Zylinder 1 der Zylinderkopf 6 an. Im Zylin­ derkopf 6 sind vier Ventile 7, 7′ vorgesehen, deren Achsen parallel zur Achse des Zylinders 1 orientiert sind. Die Ventile 7, 7′, nämlich zwei Ein­ laßventile 7 und zwei Auslaßventile 7′, sind dabei unsymmetrisch, das heißt auf verschiedenen zu dem Zylinder 1 koaxialen Kreisringen beziehungsweise in ungleichen Abständen zum Flächenmittelpunkt des Zylinders 1 angeordnet. Zu den Ventilen 7, 7′ führen zwei Einlaßkanäle 8 und zwei Auslaßkanäle 8′, wobei der kürzere der beiden Einlaßkanäle 8 als Drallkanal 9 und der längere der beiden Einlaßkanäle 8 als Füllkanal 10 ausgebildet ist.
Beide Einlaßventile 8 münden an einer Seite des Zylinderkopfes 6 wäh­ rend die beiden Auslaßkanäle 8′ an der anderen Seite des Zylinderkopfes 6 münden. Im Mündungsbereich sind die beiden Auslaßkanäle 8′ zu ei­ nem gemeinsamen Kanal zusammengeführt.
Zwischen den Ventilen 7, 7′ und parallel dazu ist eine Einspritzdüse 11 angeordnet. Die Einspritzdüse 11 sitzt etwa mittig in der Querschnittsflä­ che des Zylinders 1 und ragt geringfügig in den Raum des Zylinders 1 hinein. An dem in den Zylinder 1 hinein ragenden Ende der Einspritzdüse 11 sind sechs Spritzöffnungen 12 vorgesehen. Die Spritzöffnungen 12 sind auf einer Kreisbahn in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet. Im aktivierten Zustand bilden die Spritzöffnungen 12 zusammen einen Sprühwinkel α von ca. 140°. Dieser Sprühwinkel ist so dimensioniert, daß die Sprühstrahlen der Einspritzdüse 11 an der Innenseite des Muldenrandes 4 tangential auftreffen.

Claims (14)

1. Diesel-Brennkraftmaschine, mit
  • - zwei Einlaßkanälen (8), zwei Auslaßkanälen (8′), vier Ventilen (7, 7′), einer Einspritzdüse (11) und einem Kolben (2) pro Zylinder (1), wobei
  • - die Achsen der Ventile (7, 7′) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel angeordnet sind, und
  • - die Einspritzdüse (11) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel sowie zur Querschnittsfläche des Zylinders (1) im wesentli­ chen mittig angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der eine Einlaßkanal (8) als Drallkanal (9) und der andere Einlaß­ kanal (8) als Füllkanal (10) ausgebildet ist, und
  • - der Kolben (2) eine Brennraummulde (3) mit eingezogenem Muldenrand (4) aufweist.
2. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventile (7, 7′) unsymmetrisch um die Einspritzdüse (11) herum angeordnet sind.
3. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ventile (7, 7′) maximal um einen Winkel von ca. 5° zur Achse des Zylinders (1) geneigt sind.
4. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder (1) hineinragen.
5. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen (12) aufweisen.
6. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) einen Spritzwinkel von ca. 140 bis 155° aufweisen.
7. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) mit einem maximalen Einspritzdruck von ca. 350 bar bei 1000 U/min und ca. 1000 bar bei 4000 U/min arbeiten.
8. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (DB, DK) von Brennraummulde (3) und Kolben (2) 0.48 bis 0.53 sowie von der Tiefe (TB) der Brennraummulde und vom Durchmesser (DB) der Brennraummulde 0.37 bis 0.45 beträgt.
9. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde (3) einen gewölbten Muldenboden (5) aufweist.
10. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hub (H) des Kolbens (2) und von Durchmesser (DK) des Kolbens (2)1.05 bis 1.20 beträgt.
11. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mit einer Verdichtung von 18 bis 22 arbeitet.
12. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Abgasturboladung mit Ladeluftküh­ lung vorgesehen ist.
13. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Betriebsbedin­ gungen eine Abgasrückführung von maximal 70% vorgesehen ist.
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