DE19630502C2 - Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents
Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine luftver
dichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinsprit
zung, der eine Brennraummulde mit einer Einschnürung aufweist wobei
die Einschnürung zur Stirnseite hin als gerader Kragen und unterhalb des
Kragens als nach außen gewölbter Abschnitt ausgebildet ist.
Ein derartiger Kolben ist aus der JP 53-57304 bekannt. Bei derartigen
Kolben wird der Kraftstoff zum Zwecke einer vollständigen Verbrennung in
einen sich innerhalb der Brennraummulde drehenden Luftwirbel
eingespritzt, wobei der Luftwirbel durch einen am Einlaßventil
angeordneten Schirm oder durch einen spiralförmigen Einlaßkanal er
zeugt wird. Der Luftwirbel wird mit dem eingespritzten Kraftstoff durch
mischt, verdichtet und schließlich gezündet. Bei diesem Arbeitsablauf ist
es jedoch problematisch, eine optimale, das heißt vollständige Verbren
nung zu erzielen. Dabei hängt die Qualität der Verbrennung in entschei
dendem Maße mit der Geometrie des Brennraumes bzw. des Kolbens zu
sammen. Diese Zusammenhänge sind jedoch äußerst komplex.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegen
den Erfindung, einen Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brenn
kraftmaschine mit einer besonderen Geometrie auszustatten, welche sich
durch eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs, gün
stige Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Emissionen sowie geringe
Partikelbildung auszeichnet. Außerdem soll dieser Kolben trotz seiner be
sonderen Geometrie kostengünstig herstellbar sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1,
wobei die Brennraummulde im nach außen gewölbten Abschnitt der
Einschnürung wenigstens eine ringsumlaufende Vertiefung aufweist.
Durch so ausgestaltete Einschnürung mit ringsumlaufender Vertiefung
können die feinen Kraftstofftröpfchen, die beim Erreichen des oberen
Totpunkts unterhalb des Kragens in die Brennraummulde eingespritzt
werden, aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens sowie aufgrund des
einströmenden Luftwirbels kaum noch aus der Brennraummulde heraus
gerissen werden wie dies beim Stand der Technik im allgemeinen der Fall
ist. Somit wird vermieden, daß die Kraftstofftröpfchen auf die Stirnfläche
des Kolbens gelangen und sich dort ablagern können. Denn die Ablage
rung von Kraftstofftröpfchen auf der Stirnfläche stört die saubere Durch
mischung von Luft und Kraftstoff, so daß die Verbrennung des Gemischs
unvollständig ist. Durch die vorliegende Erfindung wird nun die Ablage
rung von Kraftstofftröpchen auf der Stirnseite des Kolben vermieden und
eine bessere Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs erzielt. Dadurch
werden der Schadstoffausstoß und insbesondere die Anteile an Kohlen
wasserstoffen sowie an Kohlenmonoxyden reduziert. Zudem verringert
sich speziell bei Dieselmotoren auch der Partikelausstoß.
Dank der rotationssymmetrischen Ausgestaltung ist der erfindungsge
mäße Kolben außerdem kostengünstig herstellbar, da hierzu automa
tisierte Herstellungsverfahren eingesetzt werden können.
Besonders effizient sind dabei mehrere Vertiefungen, die im gewölbten
Abschnitt der Einschnürung angeordnet sind, da deren Rückhaltefunktion
sehr ausgeprägt ist.
Bevorzugt ist eine weitere ringsumlaufende Vertiefung als Stufe zwischen
dem Kragen der Einschnürung und dem gewölbten Abschnitt der
Einschnürung ausgebildet. Die Stufe stellt ein wirkungsvolles Mittel zum
Zurückhalten der Kraftstofftröpfchen dar, indem sie als Abrißkante für das
verwirbelte Luft-Kraftstoffgemisch dient. Dadurch entstehen zusätzliche
Verwirbelungen, welche so orientiert sind, daß sie die Kraftstofftröpfchen
am Austritt aus der Brennraummulde hindern. Dank dieser zusätzlichen
Verwirbelung wird das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennraummulde
noch besser durchmischt.
Vorteilhaft kann wenigstens eine weitere Vertiefung auch im Kragen
vorgesehen sein.
Selbstverständlich kann auch eine beliebige Anzahl von Vertiefungen im
ganzen Bereich der Einschnürung - also am Kragen, am gewölbten Abschnitt
und am Übergang vom Kragen zum gewölbten Abschnitt der Ein
schnürung des Kolbens verteilt sein.
Zweckmäßigerweise besitzt die ringsumlaufende Vertiefung ein im Quer
schnitt rundes, rechteckiges, stufiges, sägezahnförmiges oder trapezför
miges Profil. Dank dieser verschiedenen Profile kann durch die Wahl des
geeigneten Querschnitts den jeweiligen Gegebenheiten des Einzelfalls,
wie zum Beispiel der Festigkeit des verwendeten Kolbenmaterials, der
thermischen Beanspruchung des Kolbens oder dem verwendeten Kraft
stoff Rechnung getragen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Brennraum des
Kolbens einen Boden mit einer nach innen gewölbten Erhebung auf, wo
bei sich die Erhebung bis zur Höhe der bodennächsten Vertiefung er
streckt. Durch diese Ausgestaltung des Muldenbodens wird die Verwirbe
lung des Luft-Kraftstoffgemisches wirkungsvoll unterstützt, was einen
positiven Einfluß auf die Verbrennung hat.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungs
figuren näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen vier verschiedene Ausführungsformen des er
findungsgemäßen Kolbens in geschnittener vereinfachter Darstellung.
Der im wesentlichen zylindrische Kolben 1 weist eine zu seiner Stirnseite
2 hin offene Brennraummulde 3 auf. Die Brennraummulde 3 zeigt eine
Einschnürung 4, welche zur Stirnseite 2 hin als gerader Kragen 5 und von
der Stirnseite 2 abgewandt als gewölbter Abschnitt 6 ausgebildet ist.
An den gewölbten Abschnitt 6 der Einschnürung 4 schließt sich der Böden
7 der Brennraummulde 3 an. Dieser Boden 7 ist in der dargestellten Aus
führungsform mit einer zentralsymmetrischen Erhebung 8 ausgestattet.
Im Bereich der Einschnürung 4, genauer gesagt am Kragen 5, sind zwei
übereinander angeordnete Vertiefungen 9 in den Kolben 1 eingeformt.
Diese Vertiefungen 9 sind ringsumlaufend ausgebildet und haben einen
halbkreisförmigen Querschnitt.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kol
bens 1 dargestellt, wobei die Vertiefung 9 als ringsumlaufende Stufe aus
geformt ist, die zwischen dem Kragen 5 der Einschnürung 4 und dem ge
wölbten Abschnitt 6 der Einschnürung 4 angeordnet ist.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Kolbens 1 mit drei in den
gewölbten Abschnitten 6 der Einschnürung 4 eingeformten Vertiefungen 9
mit jeweils rechteckigem Querschnitt.
Der Kolben 1 in Fig. 4 stellt eine weitere der vielen möglichen Ausfüh
rungsformen dar. Dort sind nun eine Reihe von Vertiefungen 9 dargestellt,
die sowohl im Kragen 5, im Bereich des Übergangs von Kragen 5 zum
gewölbten Abschnitt 6 und im gewölbten Abschnitt 6 der Einschnürung 4
vorgesehen sind. Dabei sind die Einschnürungen 4 im Querschnitt trapez
förmig, stufig und sägezahnförmig ausgebildet.
Außerdem weist der Boden 7 der Brennraummulde 3 dort eine besonders
ausgeprägte Erhebung 8 auf, welche sich in Richtung zur Stirnseite 2 bis
an die bodennächste Vertiefung 9 erstreckt.
Die dargestellten verschiedenen Kolben sind jeweils auf eine zum Kolben
zentralsymmetrisch angeordnete Einspritzdüse abgestimmt, deren Strah
len in der oberen Totpunktstellung des Kolbens auf die gewölbten Ab
schnitte der Einschnürung gerichtet sind. Diese Einspritzdüse ist in den
Figuren jedoch nicht dargestellt.
Claims (6)
1. Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung, der eine Brennraummulde mit einer
Einschnürung aufweist, wobei die Einschnürung zur Stirnseite hin als
gerader Kragen und unterhalb des Kragens als nach außen gewölb
ter Abschnitt ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Brennraummulde (3) im nach außen gewölbten Abschnitt (6) der
Einschnürung (4) wenigstens eine ringsumlaufende Vertiefung (9)
aufweist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere
ringsumlaufende Vertiefung (9) als Stufe zwischen dem Kragen (5)
der Einschnürung (4) und dem gewölbten Abschnitt (6) der Ein
schnürung (4) ausgebildet ist.
3. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net daß wenigstens eine weitere ringsumlaufende Vertiefung (9) im
Kragen (5) der Einschnürung (4) vorgesehen ist.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Vertiefung (9) ein im Querschnitt rundes,
rechteckiges, stufiges, sägezahnförmiges oder trapezförmiges Profil
aufweist.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennraummulde (3) einen Boden (7) mit einer nach innen
gewölbten Erhebung (8) aufweist.
6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ge
wölbte Erhebung (8) bis zur Höhe der bodennächsten Vertiefung (9)
im gewölbten Abschnitt (6) erstreckt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19630502A DE19630502C2 (de) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19630502A DE19630502C2 (de) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Publications (2)
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DE19630502A1 DE19630502A1 (de) | 1998-02-12 |
DE19630502C2 true DE19630502C2 (de) | 2001-11-22 |
Family
ID=7801134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19630502A Expired - Lifetime DE19630502C2 (de) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19630502C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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US20160102596A1 (en) * | 2014-10-08 | 2016-04-14 | Mahle Industries, Incorporated | Piston crown cooling feature for diesel engines |
DE102015219895A1 (de) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Ford Global Technologies, Llc | Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Kolben und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer derartigen Brennkraftmaschine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-07-29 DE DE19630502A patent/DE19630502C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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Title |
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DE-PA K 13306 * |
DE-Z.: MTZ Motortechn. Zeitschrift, 51, 1990, 1, S. 4-11 * |
JP-Abstr. 05-306617A * |
JP-Abstr. 06-193448A * |
JP-Abstr. 53-57304 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19630502A1 (de) | 1998-02-12 |
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