DE10018777B4

DE10018777B4 - Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE10018777B4
Application number: DE10018777.3A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Müller Stephan; Frank Ickinger; Dipl.-Ing. Paul Michael
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2000-04-15
Filing date: 2000-04-15
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2020-04-16
Also published as: DE10018777A1

Abstract

Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung, umfassend einen von einem Zylinderkopf und einem in einem Zylinder arbeitenden Kolben gebildeten Brennraum, in den eine im spitzen Winkel zu einer zwischen Zylinderkopf und einem Zylindergehäuse verlaufenden Verbindungsebene sich erstreckende Einspritzdüse und eine in Richtung Mittellängsebene des Kolbens bzw. des Zylinders ausgerichtete Zündkerze münden, wobei der Brennraum mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal versehen ist und Vorkehrungen zur Erzeugung einer Rotationsströmung - Tumble - um eine in Längsrichtung der Brennkraftmaschine festgelegten Rotationsachse sowie einer Quetschströmung zwischen dem mit einer vom Zylinderkopf weggeführten Mulde ausgestatteten Kolben und Zylinderkopf aufweist, welche Quetschströmung die Rotationsströmung zur gezielten Gemischbildung beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (15) im Kolben (5) und ein gegenüberliegender Wandabschnitt (16) im Zylinderkopf (3) sowie die Einspritzdüse (9) und der Einlasskanal (13) in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, dass die Rotationsströmung (Rs) entlang des Wandabschnitts (16) zur Zündkerze (11) geführt wird und dass darüber hinaus die Quetschströmung (Qs) die in eine Quetschspalte (20) eingedrungenen Kraftstoffpartikel in Richtung Zündkerze (10) leitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 0 558 072 A1 geht eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 hervor, bei der während des Betriebs in einem Brennraum sowohl eine Rotationsströmung - Tumble - wie auch eine Quetschströmung erzeugt wird. Hierbei wird der Luftstrom, der etwa in Längsrichtung Kolben über einen Einlasskanal eingebracht wird, mit eingespritztem Kraftstoff zu einem entlang einer konkaven Mulde des Kolbens geführten Kraftstoff-Luft-Gemisch vermengt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird auf diese Weise, und zwar mit Unterstützung der Quetschströmung an eine zentrale Zündkerze im Brennraum geleitet und dort entflammt.
Die AT 002 378 U1 beschreibt eine Führung einer Quetschströmung in einen Muldeneinlauf zu einer Brennraummulde in einem Kolben hin, wobei eine Leitrippe am Kolben ausgebildet ist, so dass ein Überströmen ohne Ausnutzung des Muldeneinlaufs verhindert wird. Der Muldeneinlauf ist als rinnenartige Vertiefung in der Kolbenoberfläche eingearbeitet.
Aus der DE 198 60 183 A1 ist eine Strömungsleitfläche um eine Mündung einer Einspritzvorrichtung bekannt, welche als Drall- oder Tumbleströmung ausgebildet ist.
In der US 4 516 549 A ist eine Erhöhung in einem Kolbenboden vorgesehen, um mittels Erhöhung ein angesaugtes Luft-Kraftstoffgemisch in Rotation zu versetzen.
Es ist Aufgabe der Erfindung die Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung im Hinblick auf Ladungsschichtung und Entflammung zu optimieren.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind drin zu sehen, dass die Ladung bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine definierte Rotationsströmung entlang des Wandabschnitts im Zylinderkopf zur Zündkerze transportiert wird. Gleichzeitig sorgt die Quetschströmung dafür, dass in eine Quetschspalte eingedrungene Kraftstoffpartikel in Richtung Zündkerze gedrängt werden. Hierdurch wird eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erreicht, wobei jedenfalls eine verschleppte Verbrennung und die damit verbundene hohe HC-Emissionen - Kohle-Wasserstoff-Ausscheidung- weitgehend vermieden wird. Auf vorteilhafte Art lässt sich dies vermittels eines Kanals bewerkstelligen der sich zwischen Einspritzdüse und Zündkerze erstreckt, wobei der Kanal konstruktiv ohne Weiteres realisiert werden kann. Schliesslich wird die Wirkungsweise des Kanals dadurch günstig gestaltet, indem letzterer nach Art eines Trichters und/oder Venturirohrs ausgebildet ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend näher beschrieben ist.
Es zeigen

1 einen Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs und eines Zylinders,
2 eine Ansicht entsprechend 1

Eine Brennkraftmaschine 1 der Ottobauart umfasst eine Zylindergehäuse 2 und einen Zylinderkopf 3, die in einer Verbindungsebene 4 zusammengesetzt sind. Die Verbindungsebene 4 verläuft senkrecht zu einer Mittellängsebene A-A eines Kolbens 5, der in einem Zylinder 6 arbeitet bzw. hin und her bewegt wird. Zwischen Kolben 5 und Zylinderkopf 3 ist ein Brennraum 7 vorgesehen, der von einer ersten konvexen dachförmigen Wand 8 des Kolbens 5 und einer zweiten konkaven dachförmigen Wand 9 des Zylinderkopfs 3 begrenzt wird.
In den Brennraum 7 münden eine Einspritzdüse 10 und eine Zündkerze 11. Die Einspritzdüse 10 ist im spitzen Winkel α zur Verbindungsebene 4 ausgerichtet; die Zündkerze 11 nimmt eine zentrale Lage im Brennraum 7 ein d.h. sie schliesst die Mittellängsebene A-A ein oder erstreckt sich mit geringem Abstand zu besagter Mittellängsebene, gegebenenfalls auch im Winkel zu letzterer. Mit dem Brennraum 7 verbunden sind ein Einlasskanal 12 und ein Auslasskanal 13, die zur Gaswechselsteuerung im Brennraum 7 mit einem Einlassventil 12 und einem Auslassventil 13 zusammenarbeiten. Aus baulichen Gründen führt zumindest der Einlasskanal 12 von der Längsseite 14 des Zylinderkopfes 3 aus zum Brennraum 7.
Im Brennraum 7 sind darüber hinaus Vorkehrungen zur Erzeugung einer Rotationsströmungen Rs - Tumble - um eine in Längsrichtung der Brennkarftmaschine 1 festgelegten Rotationsachse Ra und einer Quetschströmung Qs vorgesehen. Für die Rotationsströhmungen Rs ist im Kolben 5 von der Wand 8 aus eine Mulde 15 eingearbeitet, wobei in einem der Mulde 15 gegenüberliegender Wandabschnitt 16 der Wand 9 die Einspritzdüse 10 und der Einlasskanal 11 in der Weise angeordnet und ausgebildet sind, dass die Rotationsströmung Rs entlang des Wandabschnitts 16 zur Zündkerze 10 hin geführt und vermittels eines kurvenförmigen Bodens 17 der Mulde 15 zur umlaufende Rotation gedrängt wird. In 1 wird dies veranschaulicht, wobei dort der Kolben 5 ein Lage unterhalb dem oberen Totpunkt OT einnimmt. Die Quetschströmung Qs ergibt sich zwischen einem ersten Wandabschnitt 18 der Wand 8 des Kolbens 5 und einem zweiten Wandabschnitt 19 der Wand 9 des Zylinderkopfs 3. Gemäss 2 hat der Kolben 5 den oberen Totpunkt OT erreicht, und die Quetschströmung Qs, die in Richtung Zündkerze 11 ausgerichtet ist, unterstützt die Rotationsströmung Rs zur gezielten Gemischbildung. Dabei werden aber auch in eine Quetschspalte 20 eingedrungene Kraftstoffpartikel, die von den Wandabschnitten 18,19 begrenzt wird, zur Zündkerze 11 hin gedrängt.
Der Wandabschnitt 16 im Zylinderkopf und die Mulde 15 im Kolben 5 bilden - im oberen Totpunkt OT - einen Kanal 21, der sich zwischen der Einspritzdüse 10 und der Zündkerze 11 erstreckt. Der Kanal 21 , der zwischen zwei Einlassventilen je Brennraum vorgesehen sein kann, erweitert und verjüngt sich etwa entlang der Verbindungsebene 4 nach Art eines Trichters oder eines Venturirohrs.

Claims

Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung, umfassend einen von einem Zylinderkopf und einem in einem Zylinder arbeitenden Kolben gebildeten Brennraum, in den eine im spitzen Winkel zu einer zwischen Zylinderkopf und einem Zylindergehäuse verlaufenden Verbindungsebene sich erstreckende Einspritzdüse und eine in Richtung Mittellängsebene des Kolbens bzw. des Zylinders ausgerichtete Zündkerze münden, wobei der Brennraum mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal versehen ist und Vorkehrungen zur Erzeugung einer Rotationsströmung - Tumble - um eine in Längsrichtung der Brennkraftmaschine festgelegten Rotationsachse sowie einer Quetschströmung zwischen dem mit einer vom Zylinderkopf weggeführten Mulde ausgestatteten Kolben und Zylinderkopf aufweist, welche Quetschströmung die Rotationsströmung zur gezielten Gemischbildung beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (15) im Kolben (5) und ein gegenüberliegender Wandabschnitt (16) im Zylinderkopf (3) sowie die Einspritzdüse (9) und der Einlasskanal (13) in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, dass die Rotationsströmung (Rs) entlang des Wandabschnitts (16) zur Zündkerze (11) geführt wird und dass darüber hinaus die Quetschströmung (Qs) die in eine Quetschspalte (20) eingedrungenen Kraftstoffpartikel in Richtung Zündkerze (10) leitet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (16) im Zylinderkopf (3) und die Mulde (15) im Kolben (5) einen Kanal (21) bilden, der sich zwischen der Einspritzdüse (10) und der Zündkerze (11) erstreckt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) nach Art eines Trichters ausgeführt ist und sich zwischen Einspritzdüse (10) und Zündkerze (11) verjüngt und erweitert.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) nach Art eines Venturirohrs ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (12) von einer Längsseite (14) des Zylinderkopfs (3) aus zum Brennraum (7) führt.
Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Einlassventilen pro Brennraum eines Zylinders nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) zwischen den Einlassventilen verläuft.