DE3718083C2

DE3718083C2 -

Info

Publication number: DE3718083C2
Application number: DE3718083A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hiroshima Jp Tanaka
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1992-07-23
Also published as: US4770139A; DE3718083A1; JPS62284919A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem satteldachförmig gestalteten Brennraum einer Kolben-Brennkraftmaschine. Um den Füllgrad zu verbessern und hierdurch die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern, ist es bekannt, die Querschnittsfläche der Ansaugöffnung zu vergrößern oder die Ventilanzahl zu erhöhen. Hierzu wird allgemein ein satteldachförmig gestalteter Brennraum verwendet, weil er bei der Auswahl der Ventilflächen die weitestgehende Auslegungsfreiheit ermöglicht. Um hierbei die Verbrennung zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden, den Kolbenboden nach oben gewölbt auszubilden, so daß er an die obere Wandfläche des Brennraums angepaßt ist, und außerdem in dem gewölbten Kolbenboden eine den Brennraum mitbestimmende Mulde vorzusehen. Der Brennraum wird dadurch kompakter und zwischen dem Kolbenboden und den Dachflächen entstehen Quetschzonen (vgl. JP-OS 59-96 323).

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit einer solchen Brennraumausbildung an den Endabschnitten des Firstbereiches der Dachfläche des Kolbenbodens eine unzureichende Quetschströmung entsteht und dort unverbranntes Gemisch verbleibt, wodurch der HC- Anteil im Abgas erhöht wird.

Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine (DE-OS 30 08 311) weist der Brennraum eine als Kugelfläche gewölbte obere Wandfläche im Zylinderkopf auf, an welche der teilweise ebenfalls als Kugelfläche ausgebildete Kolbenboden angepaßt ist. In dem teilkugelförmigen Kolbenboden ist eine exzentrisch liegende, halbkugelige oder elliptische Mulde eingeformt, an die sich gegenüberliegende, konvex nach außen gekrümmte Teilkugelflächen des Kolbenbodens als Quetschflächen anschließen. In Umfangsrichtung etwa um 90° zu diesen Quetschflächen versetzt, weist der Kolbenboden etwas zurückgenommene Flächen auf, die dem Einlaß- bzw. Auslaßventil gegenüberliegen und Brennraumzonen einer mittleren Dicke oder Höhe schaffen. Durch diese Brennraumgestaltung wird angestrebt, den in der angesaugten Ladung erzeugen Drall und die beim Arbeitshub des Kolbens entstehende Quetschströmung so aufeinander abzustimmen, daß eine bessere Verbrennung erzielt wird. Durch die genannten Brennraumzonen mittlerer Dicke, welche an die Quetschflächen anschließen, stellt sich jedoch eine vorherrschende Quetschströmung in diese Brennraumzonen ein, wodurch der durch Ausbildung der genannten Mulde im Kolbenboden angestrebte positive Einfluß auf die Verbrennung wiederum herabgesetzt wird.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschinen (GB-PS 11 19 298) ist die im Zylinderkopf ausgebildete Brennraum-Wandfläche halbkugelförmig, während der Kolbenboden im wesentlichen die Form eines flachen, nach oben stehenden Kegelstumpfes hat, in dessen Zentrum eine Mulde ausgebildet ist. Diese dient zur Konzentration der Verbrennung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen im wesentlichen satteldachförmigen Brennraum mit einem formmäßig angepaßten Kolben, in dessen First eine zentrale Mulde ausgebildet ist, zu schaffen, der - unter Beibehaltung des die Verbrennung begünstigenden Einflusses der zentralen Mulde - eine bessere Spülung im oberen Totpunkt ergibt, so daß HC-Anteile im Abgas vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Infolge der Anordnung von zwei weiteren rinnenförmigen Muldenabschnitten an gegenüberliegenden Seiten der zentralen Mulde und im Längsverlauf des Firstes des Kolbenbodens kann die von den seitlichen Dachflächen des Kolbenbodens induzierte Quetschströmung, welche in diese weiteren Muldenabschnitte eingeleitet wird, in die zentrale Mulde gelangen. Auf diese Weise dienen die weiteren Muldenabschnitte der Führung des Gemisches, so daß an den Enden des Firstbereiches verbranntes Gemisch besser in den Bereich der zentralen Mulde und damit in die Nähe des Auslaßventils gefördert werden kann. Hierdurch wird die Spülung verbessert.

Die weiteren rinnenförmigen Muldenabschnitte sind zweckmäßigerweise teil- oder halbzylindrisch. Auch können die Einlaß- und Auslaßventile paarweise angeordnet sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevor zugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Kolbenboden eines Kolbens, der in einem erfindungsgemäßen Brennraum zur An wendung kommt;

Fig. 2 einen Schnitt im Bereich des Zylinders des Zylinder kopfes mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Brenn raum, wobei zur Verdeutlichung eine Hälfte des Einlaßventils im geöffneten und eine Hälfte im geschlossenen Zustand dargestellt ist;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf den Brennraum, und

Fig. 4 eine Seitenansicht des Kolbens.

Gemäß den Fig. 2 und 3 weist eine Brennkraftmaschine 1 einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3 auf, wobei in jedem Zylinder 4 der Brennkraftmaschine ein Kolben 5 aufge nommen ist. Über dem Kolben 5 ist ein Brennraum 6 ausge bildet. In diesen münden erste und zweite Einlaßöffnungen 7 bzw. 8 und es gehen davon erste und zweite Auslaßöffnungen 9 bzw. 10 aus. Die Einlaßöffnungen 7, 8 sind mit Einlaßventilen 11 ausgestattet (von denen nur eines für die erste Einlaß öffnung 7 gezeigt ist), während die Auslaßöffnungen 9, 10 Auslaßventile 12 aufweisen (von denen wiederum nur das Aus laßventil für die erste Auslaßöffnung 9 dargestellt ist). Die Einlaßventile 11 und die Auslaßventile 12 werden durch einen nicht gezeigten Ventiltrieb betätigt, um hierdurch die Einlaßöffnungen 7, 8 bzw. die Auslaßöffnungen 9, 10 zu vorbestimmten Steuerzeiten zu öffnen bzw. zu schließen.

Die Einlaßöffnungen 7, 8 stehen mit einer Ansaugleitung 13 in Verbindung, die im Zylinderkopf 3 durch eine Trennwand 14 in einen ersten Ansaugkanal 15 und einen zweiten Ansaug kanal 16 aufgeteilt ist. Die beiden Ansaugkanäle 15, 16 stehen mit der ersten bzw. zweiten Einlaßöffnung 7 bzw. 8 in Verbindung. In der Ansaugleitung 13 ist geringfügig stromauf von dem Verzweigungspunkt des ersten und zweiten Ansaugkanales 15 bzw. 16 eine Drosselklappe 17 angeordnet und es ist ein Niedriglast-Ansaugkanal 18 vorgesehen, der die Drosselklappe im Bypass umgeht. Die Drosselklappe 17 verschließt in der Schließstellung bei Niedriglast der Maschine die Ansaugleitung 13 entweder vollkommen oder bis auf eine kleine Öffnung und wird bei hoher Last der Maschine in die Offenstellung verstellt. Das abströmseitige Ende 18a des Niedriglast-Ansaugkanales 18 mündet in die erste Ein laßöffnung 7 und ist weitgehend tangential zum Zylinder 4 gerichtet.

In der Ansaugleitung 13 ist geringfügig stromaufwärts von der Trennwand 14 eine Kraftstoff-Einspritzdüse 19 ange ordnet. Diese ist so ausgebildet, daß sie Kraftstoff in Richtung auf beide Teil-Ansaugkanäle 15 und 16 einspritzt und daß der Einspritzwinkel R₁ der Einspritzdüse 19 kleiner als der Winkel R₂ ist, den die Ventilschäfte 11a der Einlaßventile 11 einschließen (Fig. 3).

Der Brennraum 6 ist satteldachförmig und durch ein Paar von Dach flächen 20 im Zylinderkopf 3 definiert (Fig. 4). Der Kolben boden 5a des Kolbens 5 ist mit einer Wölbung 21 versehen, die in ihrer Dachform dem Brennraum 6 angepaßt ist und eine Mulde 22 enthält. Die Mulde 22 umfaßt einen ersten Mulden abschnitt 23, der weitgehend im Zentrum der Wölbung 21 angeordnet ist (s. Fig. 1 und 4), sowie ein Paar von zweiten Muldenabschnitten 24, die jeweils an einer der gegen überliegenden Seiten des ersten Muldenabschnittes 23 liegen und von dort sich zu den zugehörigen Enden der Wölbung 21 in Richtung der Kante des Brennraumes 6 erstrecken, längs der die Dachflächen 20 ineinander übergehen (First richtung X in Fig. 1). Die zweiten Muldenabschnitte 24 stehen mit dem ersten Muldenabschnitt 23 in Verbindung. Der erste Muldenabschnitt 23 hat im wesentlichen die Form einer Teil- oder Halbkugel, während die zweiten Muldenabschnitte 24 Teil- oder Halbzylinderform aufweisen.

Mit dieser Ausbildung des Kolbens 5 wird der Brennraum 6 durch einem teil- oder halbkugeligen Brennraum, definiert durch den ersten Muldenabschnitt 23, sowie durch Neben-Brennräume gestaltet, die durch die zweiten Muldenabschnitte 24 definiert sind und sich an gegenüberliegenden Seiten des Haupt-Brenn raumes zu den Enden des Brennraumes 6 in Firstrichtung X hin erstrecken. Zwischen den Dachflächen 20 und dem Teil der Wölbung 21 außerhalb der ersten und zweiten Mulden abschnitte 23 bzw. 24 ist eine Quetschzone 25 definiert.

Im wesentlichen im Zentrum des ersten Muldenabschnittes 23 ist eine Zündkerze 26 angeordnet.

Bei niedriger Maschinenlast ist die Drosselklappe 17 ge schlossen, so daß ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Brenn raum 6 in der Hauptsache durch den Niedriglast-Ansaug kanal 18 gelangt, wodurch im Brennraum 6 ein Drall S des Gemisches erzeugt wird. Der Drall S wird innerhalb des teilkugeligen ersten Muldenabschnittes 23 während des Kompressionshubes aufrecht erhalten und zugleich wird in der Quetschzone 25 eine Quetschströmung T erzeugt. Das hat zur Folge, daß in dem ersten Muldenabschnitt 23 eine Gasströmung aufgrund des Dralles S und der Quetsch strömung T, in den zweiten Muldenabschnitten 24 hingegen eine Gasströmung aufgrund der Quetschströmung T erzeugt wird. Durch diese Gasströmung wird die Verbrennung im ersten Muldenabschnitt 23 verbessert und zugleich auch die Ver brennung in den zweiten Muldenabschnitten 24 begünstigt, so daß der Anteil an HC-Komponenten im Abgas verringert wird.

Da bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel der Einspritz winkel R₁ der Kraftstoff-Einspritzdüse kleiner als der von den Ventilschäften 11a eingeschlossene Winkel R₂ ist, läßt sich der von der Einspritzdüse 19 eingespritzte Kraftstoff konzentrieren und dadurch das in den Haupt- Brennraum (erster Muldenabschnitt 23) einströmende Gemisch relativ fett halten, wodurch die Zündung und Verbrennung aufgrund einer Art Schichtladung verbessert wird. Dabei wird vorzugsweise der Kraftstoff unmittelbar vor dem Öffnen der Einlaßventile 11 eingespritzt, um eine gleich förmige Verteilung des Gemisches im Brennraum zu erhalten. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die erste Einlaßöffnung 7 früher als die zweite Einlaßöffnung 8 freigegeben wird, um hierdurch zu bewirken, daß der Kraft stoff in Richtung des Dralles S mitgeschleppt wird.

Claims

1. Brennraum für eine Kolben-Brennkraftmaschine, mit einer satteldachförmigen oberen, im Zylinderkopf angeordneten Wandfläche, in deren eine geneigte Fläche (20) ein Ansaugkanal (15, 16) und in deren andere geneigte Fläche (20) ein Auslaßkanal mündet, mit einem gewölbten Kolbenboden (5a), dessen Form an die obere Wandfläche angepaßt ist, eine Mulde (22) sowie an die Mulde anschließende Quetschflächen (25) aufweist, und mit einer Einrichtung (Niedriglast-Ansaugkanal 18) zur Drallerzeugung, die bei niedriger Maschinenlast die Ansaugladung weitgehend tangential zur Zylinderbohrung zugeführt und einen Drall im Brennraum (6) erzeugt, wobei im Zentrum (21) des Kolbenbodens ein im wesentlichen teil- oder halbkugelförmiger, erster Muldenabschnitt (23) ausgebildet ist, sich von gegenüberliegenden Seiten des ersten Muldenabschnitts (23) jeweils ein zweiter, rinnenförmiger Muldenabschnitt (24) erstreckt, der im Firstbereich der Dachfläche des Kolbenbodens verläuft und in den ersten Muldenabschnitt (23) mündet, wobei anschließend an die Muldenabschnitte (23, 24) auf der Seite des Ansaugkanals und des Auslaßkanals jeweils randseitig Quetschflächen (25) gebildet sind und wobei eine Zündkerze (26) in der oberen Wandfläche im wesentlichen dem Zentrum des ersten Muldenabschnitts (23) gegenüberliegt.

2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rinnenförmigen Muldenabschnitte (24) teil- oder halbzylindrisch sind.

3. Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dachflächen (20) des Zylinderkopfes Ansaugkanäle (15, 16) und -öffnungen (7, 8) sowie Auslaßkanäle und -öffnungen (9, 10) jeweils paarweise ausgebildet sind.