DE2753341A1

DE2753341A1 - Luftverdichtende hubkolbenbrennkraftmaschine mit selbstzuendung

Info

Publication number: DE2753341A1
Application number: DE19772753341
Authority: DE
Inventors: Bernd-Eric Ing Grad Luebbing
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1979-05-31

Description

Daimler-Benz Aktiengesellscnait

Stuttgart-Untertürkheim Daim 11 551/4

25.11 .77

Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung, Luftdrehung im Zylinder, einer im Kolben angeordneten Brennraummulde und mit einer Einspritzdüse mit wenigstens einem, insbesondere mehreren gedie aufrechte Muldenwandung gerichteten Düsenstrahlen.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DT-OS 19 55 o84) wird der Kraftstoff gegen die zylindrische Kolbenmuldenwandung gespritzt, wobei im Hinblick auf einejmöglichst gleichmäßige Verteilung vnn Brennstoff und Luft - in Draufsicht auf den Kolben gesehen - die von den Düsenstrahlenmitten und deren Projektionen und der Wand der Brennraummulde eingeschlossenen Volumen einander gleich sind. Diese Gestaltung bleibt im wesentlichen ohne Einfluß auf jene Anteile der Düsenstrahlen, die sich an der Muldenwandung niederschlagen und durch Abdampfen bzw. Luftabtragung aufbereitet werden müssen.

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Diese Aufbereitung zu verbessern liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, und es wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß den Düsenstrahlen in der Muldenwand jeweils eine Vertiefung zugeordnet ist, die, bezogen auf die Umfangsrichtung, an ihrem einen Ende einen etwa tangentialen und an ihrem anderen Ende einen stufenförmig abgesetzten Obergang in die Muldenwand aufweisen. Je nach Ausrichtung des Düsenstrahles wird dabei die Gemischaufbereitung hauptsächlich durch die Vergleichmäßigung der Abdampfung oder durch die Intensivierung der Luftbewegung verbessert.

Die Vergleichmäßigung der Abdampfung des wandangelagerten Kraftstoffes tritt in den Vordergrund wenn, bezogen auf die Umfangsrichtung etwa mittig in die Vertiefung hineingespritzt wird, da dann der durch den Kraftstoff in der Hauptsache beaufschlagte Wandbereich zunächst im wesentlichen in einer Totzone relativ geringer Luftbewegung liegt. Wird so eingespritzt, daß der Düsenstrahl bei in Luftdrehungsrichtung verflachender Vertiefung etwa im Bereich des stufenförmigen Absatzes auf die Muldenwandung trifft, so wird der Kraftstoff teilweise in der Vertiefung und teilweise an dem davorliegenden, bevorzugten zylindrischen Wandbereich der Kolbenmulde angelagert, so daß zumindest ein Teil des wandangelagerten Kraftstoffes dadurch schneller abgetiagen werden kann, daß er über den stufenförmigen Vertiefungsrand als Abreißkante der Luft zugeführt wird. Wird, was ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt, der Düsenstrahl so ausgerichtet, daß der Düsenstrahl im wesentlichen ausschließlich den vor dem stufenförmigen Absatz liegenden Wandteil der Kolbenmulde beaufschlagt, so ergibt sich für den Kraftstoff aufgrund des Mitreißens über den Nischenrand als Abreißkante insgesamt eine schnellere Aufbereitung. Durch entsprechende An-

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Stellung der Düsenstrahlen, die für die einzelnen Düsenstrahlen unterschiedlich sein Kann, läßt sich somit eine Steuerung der Gemischaufbereitung und damit eine insgesamt verbesserte Gemischaufbereitung bzw. günstigere Wärmefreisetzung erreichen, wobei nicht zuletzt durch die Steuerung des Verbrennungsablaufes auch auf die Verbrennungsgeräusche und die Schadstoffemission Einfluß genommen werden kann.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß, in der konstruktiven Ausgestaltung entgegengesetzt zum vorhergehenden, die Vertiefung in Luftdrehungsrichtung tiefer wird und somit der etwa tangentiale Vertiefungseinlauf vor dem stufenförmig abgesetzten Vertiefungsauslauf liegt. Der wandangelagerte Kraftstoff wird bei dieser Ausführungsform, soweit er nicht bereits unmittelbar in die Vertiefung eingespritzt wird, in die Vertiefung hineingetragen und erreicht durch Rotation mit der Luft die durch den stufenförmigen Obergang begrenzte Randzone der Vertiefung, welche dann als Prallkante wirkt. An dieser Prallkante kommt es zu einer sehr intensiven Verwirbelung von Luft und Kraftstoff mit dem Effekt einer verbesserten Gemischaufbereitung. Im Rahmen der Erfindung kann, im Hinblick auf die vorstehend angesprochene Steuerung des Verbrennungsablaufes über den Umfang der Kolbenmulde gegebenenfalls auch eine derartige Anordnung der Vertiefungen vorgesehen sein, daß diese einmel mit und einmal entgegen der Luftdrehungsrichtung tangential in die eigentliche Muldenwand einlaufen.

In Verbindung mit Kolbenmulden, an deren Wänden Kraftstoff angelagert wird, und zwar insbesondere in Verbindung mit ii der vorgeschilderten Art ausgestalteten Kolbenmulden erweist es sich im Rahmen der Erfindung als zweckmäßig, wenn dem Kolbenmuldenboden nahe der Muldenwand eine in Umfangsrichtung ver-

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laufende, bevorzugt ringförmig in sich geschlossene Barriere zugeordnet wird. Diese Barriere, die bevorzugt durch eine Ringnut gebildet ist, macht es möglich, das Abfließen von Kraftstoff in die Totzone der Luftdrehung, also etwa in den Mittelbereich des Kolbenmuldenbodens zu verhindern, wo die Gemischaufbereitung wegen der mangelnden Luftbewegung schlecht ist. Die Ringnut stellt dabei eine Art Sammelbehälter für jene wandangelagerten Kraftstoffteile dar, die sich zum Kolbenmuldenboden abgesetzt haben, so daß bis zum Kolbenmuldenboden gelangte Kraftstoff im Bereich der stärksten Luftbewegung gehalten und dementsprechend von der Luftbewegung auch wieder erfaßt und mitgerissen werden kan, so daß sich ein schnelles Abdampfen ergibt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und dem nachstehenden, stark schematisierten Ausführungsbeispiel. Es zeigen insoweit:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kolben mit etwa

zentraler Kolbenmulde und über dieser liegender Einspritzdüse und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß Linie II - II

in Fig. 1.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Kolben 1 einer nicht weiter dargestellten, luftverdichtmdem Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung gezeigt, bei der die Luft im Zylinder kreist (Drall), der Kolben 1, seinem Boden zugeordnet, eine Brennraummulde 2 aufweist und bei der dem ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkopf eine Einspritzdüse, hier

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bei 3 angedeutet, zugeordnet ist, über die der Kraftstoff in mehreren Düsenstrahlen hier mit 4 bis 7 angedeutet, in Richtung auf die aufrechte Wandung 8 der Brennraummulde 2 eingespritzt wird.

Der Wandung 8 der Brennraummulde 2 sind über ihren Umfang mehrere mit Abstand zueinander liegende Vertiefungen 9 zugeordnet,

",einen
die an ihren/Ende verlaufend, d. h. etwa tangential in die Wandung 8 einlaufen, während sie an ihrem anderen Ende über einen stufenförmigen Absatz, hier mit 1o bezeichne^ an die Wandung 8 der Brennraummulde 2 anschließen. Die Vertiefungen 9 verlaufen dabei, wie aus Fig. 2 ersichtlich, im erfindungsgemäßen, dargestellten Ausführungsbeispiel über die volle Höhe der Brennraummulde 2 mit gleichem Querschnitt. Unmittelbar anschließend an die Wandung 8 ist im dargestellten, erfindungsgemäßen Beispiel, wie Fig. 1 und 2 zeigen, im Boden 11 der Brennraummulde eine Ringnut 12 vorgesehen.

Fig. 1 zeigt, daß im Hinblick auf die erfindungsgemäß angestrebte verbesserte Gemischaufbereitung und, zusammenhängend hiermit, die Steuerung des gesamten Verbrennungsablaufes verschiedene Lagen der Düsenstrahlen in bezug auf die über den Umfang der Mulde 2 verteilten Vertiefungen 9 in Abhängigkeit von der Richtung der Luftdrehung zweckmäßig sein können.

So veranschaulicht der Düsenstrahl 4 in bezug auf eine Luftdre hungsrichtung 4a eine Lösung, bei der der Kraftstoff im wesentlichen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen 9 auf die Wandung 8 der Brennraummulde 2 aufgespritzt wird, so daß, bezogen auf die angegebene Luftdrehungsrichtung 4a der stufenförmige Absatz 1o der nächstfolgenden Vertiefung 9 eine Abreißkante bil-

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det, was zu einer besonders intensiven Vermischung von Luft und Kraftstoff im Bereich des stufenförmigen Absatzes 1o führt.

Mit dem Düsenstrahl 5 ist bezogen auf eine Luftdrehungsrichtung 5a eine Lösung symbolisiert, bei der der Düsenstrahl im Bereich des stufenförmigen Absatzes 1o auf die Wandung 8 bzw. in die Vertiefung 9 trifft, so daß insoweit bezüglich der Kraftstoffaufbereitung gemischte Verhältnisse vorliegen; denn der in die Vertiefung eingespritzte Kraftstoffanteil liegt zumindest insoweit gegenüber der drehenden und wirbelnden Luft geschützt, als er nicht unmittelbar angrenzend an den Absatz angelagert ist, so daß für einen Teil des Kraftstoffes auch ein langsameres, aber stetiges Abdampfen zu erreichen ist.

Eine Ausrichtung des Düsenstrahles, bei dem insbesondere diese Art der Gemischaufbereitung im Vordergrund steht, ist mit dem Düsenstrahl 6 im Hinblick auf die Drehrichtung 6a symbolisiert, da bei dieser Lage des Düsenstrahles zur Vertiefung 9 praktisch die gesamte, diesem Düsenstrahl zugehörige Kraftstoffmenge in einem geschützt liegenden Bereich der Vertiefung 9 an deren Wand angelagert wird, soweit er bis zur Wand gelangt.

Für den Düsenstrahl 7 und die diesem zugeordnete Drehrichtung 7a ergibt sich im Hinblick auf die zugeordnete Vertiefung 9 eine Lage, bei der der Kraftstoff, bezogen auf die Drehrichtung 7a, im wesentlichen unmittelbar vor dem stufenförmigen Absatz Io in die Vertiefung eingebracht wird. Da bei dieser Drehrichtung der Luft diese sozusagen in die Vertiefung hineinläuft, da die Vertiefung in Drehrichtung tiefer wird, wird der Kraftstoff, der an der Wand in der Vertiefung angelagert ist, gegen den stufenförmigen Absatz Io mitgerissen, der insoweit eine Prallkante bildet, in deren Bereich es zu einer besonders intensiven Verwirbelung und damit- Gemischbildung kommt.

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Durch die verschiedenen Zuordnungen lassen sich im Rahmen der Erfindung, da diese durchaus zusammen zur Anwendung zu bringen sind, im Hinblick auf Verbrennungsgeräusch, Verbrennungsgeschwindigkeit, Schadstoffemission u. dgl. Abstimmungen vornehmen, ohne daß auf technisch aufwendige Maßnahmen zurückgegriffei werden muß.

Durch die im Boden 11 der Brennraummulde 2 vorgesehene Ringnut 12 wird dabei zusätzlich verhindert, daß gegen den Boden 11 abgrqfender oder an der Wand herabfließender Kraftstoff zur Mitte der Brennraummulde 2 kriechen kann, was im Hinblick auf die schlechten Voraussetzungen für die Gemischaufberextung in diesem Bereich unerwünscht ist. Die Ringnut 12 wirkt insoweit als Sperre und führt zu einem Rückstau, wobei aufgrund der besonders intensiven Luftbewegung in diesem Randbereich der rückgestaute Kraftstoff dennoch intensiv aufbereitet wird. Eine derartige Ringnut kann sich erfindungsgemäß auch in Verbindung mit Brennraummulden als zweckmäßig erweisen, die abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mit Vertiefungen der erfindungsgemäßen Art versehen sind.

Bezüglich der dargestellten Brennraummuldenform erweist sich eine zylindrische Grundform als zweckmäßig. Im Rahmen der Erfindung können die Muldenwände aber auch sich gegen den Muldenboden verjüngend verlaufen. Darüber hinaus ist aber auch eine kugelige oder allgemein hinterschnittene, also beispielsweise trapezförmige Muldenform möglich, ohne das Erfindungsprinzip zu verlassen.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Stuttgart-Untertürkheim Daim 11 551/4 25.11 .77 Ansprüche

1.,Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung, Luftdrehung im Zylinder, einer im Kolben angeordneten Brennraununulde und mit einer Einspritzdüse mit wenigstens einem, insbesondere mehreren gegen die aufrechte Muldenwandung gerichteten Düsenstrahlen, dadurch gekennzeichnet , daß den Düsenstrahlen (4 - 7) in der Muldenwand (8) jeweils eine Vertiefung (9) zugeordnet ist, die, bezogen auf die Umfangsrichtung, an ihrem einen Ende einen etwa tangentialen und an ihrem anderen Ende einen stufenförmig abgesetzten Obergang in die Muldenwand (8) aufweisen.

2. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9) in Umfangsrichtung in Annäherung Spiralsegmente bilden.

3. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Vertiefungen (9) zylindrische Obergangssegmente der Wand (8) der Brennraununulde (2) liegen.

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4. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Vertiefungen (9) gegen den Kolbenboden frei auslaufen.

5. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9) über die Höhe der Brennraummulde (2) durchlaufen.

6. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Düsenstrahl (6) in die jeweilige Vertiefung (9) gerichtet ist.

7. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Düsenstrahl (5, 7) benachbart zum stufenförmigen Absatz (1o) auf die Vertiefung (9) gerichtet ist.

8. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstrahl benachbart zum tangentialen
Obergang der Vertiefung (9) in die Wand (8) der Brennraummulde (2) auf die Vertiefung gerichtet ist.

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9. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstrahl (4), bezogen auf die Luftdrehungsrichtung (4a) auf einen vor dem stufenförmigen Absatz (1o) der nächstfolgenden Vertiefung (9) liegenden Teil der Wand (8) der Brennraummulde (2) gerichtet ist.

10. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Düsenstrahl (7), bezogen auf die Luftdrehungsrichtung (7a) vor dem stufenförmigen Absatz (1o) gegen die Vertiefung (9) gerichtet ist.

11. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung, Luftdrehung im Zylinder, einer im Kolben angeordneten Brennraummulde und mit einer Einspritzdüse mit wenigstens einem, insbesondere mehreren gegen die aufrechte Muldenwand gerichteten Düsenstrahlen, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennraummulde (2) nahe dem Muldenboden (11) eine in Umfangsrichtung verlaufende Barriere (Ringnut 12) zugeordnet ist.

12. Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere durch eine Ringnut (12) gebildet ist.

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