DE102005044503A1 - Internal combustion engine, comprises piston designed as double-diameter piston or as deflector piston - Google Patents

Internal combustion engine, comprises piston designed as double-diameter piston or as deflector piston Download PDF

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Abstract

The engine is equipped with a cylinder (1) accommodating a piston (3) with several projections located at the crown. In a first version the piston (3) is designed as a double diameter piston with a concentrically arranged step (4) forming two chambers (7,8) connected by overflow ducts (9) at the cylinder (1) in combination with the projections at the crown. The piston (3) is designed as a deflector piston in a second version, with pre-chambers at both deflectors, each fitted with an injection nozzle.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise mit zumindest einem innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolben, der an seinem Kolbenboden mit Vorsprüngen ausgestaltet ist, die mit im Zylinderkopf ausgestalteten Konturen derart in Wirkverbindung stehen, dass im oberen Zylinderbereich infolge der Bewegung des Kolbens zwischen dem Kolben und dem Zylinder zwei Räume ausbildbar sind, wobei diese Räume ein jeweils unterschiedliches Verdichtungsverhältnis aufweisen und durch Überströmkanäle derart miteinander verbunden sind, dass gegen Ende des Verdichtungshubes Luft aus dem als Vorkammer mit höherem Druck ausgebildeten einem Raum durch die Überströmkanäle in den als Hauptbrennraum mit niedrigerem Druck ausgebildeten anderen Raum gedrückt wird.The The invention relates to an internal combustion engine in reciprocating design with at least one piston arranged inside a cylinder, which is configured on its piston crown with projections, the with configured in the cylinder head contours so in operative connection stand that in the upper cylinder area as a result of the movement of the Pistons between the piston and the cylinder two spaces formable are, these spaces each having a different compression ratio and by overflow such connected to each other at the end of the compression stroke Air from the as antechamber with higher Pressure trained a space through the transfer ports into the main combustion chamber pressed with lower pressure other room is pressed.
  • Brennkraftmaschinen in Hubkolbenbauweise sind in verschiedenartigen Ausführungen bekannt, wobei für einen effektiven und ökologisch akzeptablen Betrieb insbesondere die Parameter Leistung, Wirtschaftlichkeit und Schadstoffemission wesentlich sind. Neben anderen Faktoren wird hierfür eine optimale Kraftstoffaufbereitung und -verbrennung angestrebt, für die bereits zahlreiche technische Lösungen vorgeschlagen worden sind.Internal combustion engines in reciprocating design are available in various designs known, where for an effective and ecological acceptable operation in particular the parameters performance, cost-effectiveness and pollutant emission are essential. In addition to other factors will therefor aiming for optimal fuel treatment and combustion for the already numerous technical solutions have been proposed.
  • So wird in DE 111 896 eine Brennkraftmaschine mit einem stufenförmig ausgestalteten Kolben beschrieben, dessen Stufenkontur mit einer im Zylinderkopf ausgestalteten Kontur derart in Wirkverbindung steht, dass zwischen Kolben und Zylinder im oberen Zylinderbereich ein ringförmiger und ein topfförmiger Raum mit jeweils unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen ausgebildet wird. Diese Räume sind durch Überströmkanäle miteinander verbunden, in die Kraftstoff eingespritzt wird. Somit wird gegen Ende des Verdichtungshubes durch die Bewegung des Kolbens Luft aus dem ringförmigen Raum in den Überströmkanal gedrückt, welche den im Überströmkanal befindlichen Kraftstoff in den topfförmigen Raum fördert und gleichzeitig zerstäubt.So will in DE 111 896 describes an internal combustion engine with a stepped piston whose stepped contour is in operative connection with a contour formed in the cylinder head in such a way that between the piston and cylinder in the upper cylinder area an annular and a cup-shaped space is formed with different compression ratios. These spaces are interconnected by overflow channels into which fuel is injected. Thus, towards the end of the compression stroke air is forced out of the annular space into the overflow channel by the movement of the piston, which promotes the fuel located in the overflow channel into the pot-shaped space and simultaneously atomises it.
  • Eine ähnliche technische Lösung ist Gegenstand von DE 201 155 , wobei dieser Kolben in einer Ausführung nicht als Stufenkolben ausgestaltet ist, sondern einen umlaufenden kreisringförmigen Steg auf dem Kolbenboden aufweist.A similar technical solution is the subject of DE 201 155 , In one embodiment, this piston is not designed as a stepped piston, but has a circumferential annular ridge on the piston crown.
  • US 2 222 441 beschreibt eine weitere Brennkraftmaschine, bei welcher durch eine Kombination von Abstufungen am Kolbenboden mit Ausnehmungen im Zylinderkopf separate und durch Überströmkanäle miteinander verbundene Räume mit jeweils unterschiedlichem Verdichtungsverhältnis ausgebildet werden. US 2 222 441 describes a further internal combustion engine, in which are formed by a combination of gradations on the piston head with recesses in the cylinder head separate and interconnected by overflow chambers spaces each having a different compression ratio.
  • Eine Brennkraftmaschine mit einem abgestuften Kolben und einem hierzu kongruenten Zylinderabschnitt ist ferner aus DE 37 06 592 A1 bekannt. Auch mit dieser Konstruktion werden gegen Ende des Verdichtungshubes zwei separate und durch Überströmkanäle miteinander verbundene Räume mit jeweils unterschiedlichem Verdichtungsverhältnis ausgebildet. Hierbei wird der eine Raum mit zündfähigem Gemisch gefüllt, während der andere Raum als Luftpolsterraum wirksam wird. Gleichzeitig kann über ein zusätzliches Luftzuführungsrohr oder ein ähnliches Bauteil ein Schichtladeeffekt erzielt werden.An internal combustion engine with a graduated piston and a cylinder section congruent thereto is also made DE 37 06 592 A1 known. Also with this construction, two separate and interconnected by overflow channels spaces each having a different compression ratio are formed towards the end of the compression stroke. Here, the one room is filled with ignitable mixture, while the other room is effective as a bubble room. At the same time, a stratified charge effect can be achieved via an additional air supply pipe or a similar component.
  • Ein Schichtladeeffekt kann auch mit einer Brennkraftmaschine gemäß DE 29 01 815 A1 realisiert werden. Dabei ist es durch Verwendung eines zweiten Einlassventils in Verbindung mit einem Stufenkolben möglich, unabhängig von der Verwendung einer Kurbelgehäusepumpe für die Beaufschlagung des ersten Einlassventils einen vollständig getrennten zweiten Einlasstrakt zu erstellen. Dieser zweite Einlasstrakt wird über einen Ringraum, der durch miteinander in Wirkverbindung stehende Konturen von Stufenkolben und Zylinderkopf gebildet wird, mit einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch versorgt, mit dem eine Schichtladung im Brennraum erzeugt werden kann.A Schichtladeeffekt can also with an internal combustion engine according to DE 29 01 815 A1 will be realized. It is possible by using a second inlet valve in conjunction with a stepped piston, regardless of the use of a crankcase pump for applying the first inlet valve to create a completely separate second inlet tract. This second intake tract is supplied with a rich fuel-air mixture via an annular space, which is formed by contours of stepped piston and cylinder head in operative connection with one another, with which a stratified charge can be generated in the combustion chamber.
  • Die benannten technischen Lösungen ergeben durch Ausnutzung von zwei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen in einem Vorbrennraum und einem Hauptbrennraum grundsätzlich funktionelle Vorteile gegenüber Konstruktionen mit lediglich einem Brennraum und/oder einem einheitlichen Verdichtungsverhältnis. Nachteilig ist allerdings, dass der Kraftstoff zumindest abschnittsweise mit einer Zylinder- oder Kanalwand in Berührung kommt. Somit wird die an sich angestrebte hohe Turbulenz beeinträchtigt, so dass sich Nachteile bezüglich Gemischbildung und Schadstoffemission ergeben.The named technical solutions resulting from the use of two different compression ratios basically functional in a pre-combustion chamber and a main combustion chamber Advantages over Constructions with only one combustion chamber and / or one uniform Compression ratio. The disadvantage, however, is that the fuel, at least in sections comes into contact with a cylinder or duct wall. Thus, the per se sought high turbulence impaired, so that disadvantages in terms of Mixture formation and pollutant emission result.
  • Deshalb besteht trotz der Vielzahl bereits bekannter technischer Lösungen weiterhin Entwicklungsbedarf. Dies betrifft insbesondere Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, welche das heute erreichbare Optimum hinsichtlich Leistung, Wirtschaftlichkeit und Schadstoffemission der für PKW genutzten Brennkraftmaschinen darstellen. Durch eine mechanische Hochdruckeinspritzung von Dieselkraftstoff können bereits sehr hohe Drücke realisiert werden, die eine extrem feine Zerstäubung mit schneller Aufbereitung eines brennfähigen Gemisches bewirken. Weiterhin kann zumindest teilweise bereits eine Homogenisierung des Gemisches ähnlich wie bei einem Ottomotor zur weitgehenden Vermeidung der Russbildung durch Früheinspritzung bei geringer Bildung von Stickoxiden erreicht werden. Dennoch besteht ein Verbesserungspotenzial, um auf kostenaufwendige Nachverbrennungsanlagen wie Russfilter oder dergleichen verzichten zu können.Therefore, there is still a need for development despite the variety of already known technical solutions. This applies in particular to diesel engines with direct injection, which represent the optimum achievable today with regard to performance, economy and pollutant emission of the internal combustion engines used for passenger cars. By means of a mechanical high-pressure injection of diesel fuel, it is possible to realize very high pressures which cause an extremely fine atomization with rapid reprocessing of a combustible mixture. Furthermore, a homogenization of the mixture can be achieved, at least in part, similar to a gasoline engine to largely avoid soot formation by early injection with low formation of nitrogen oxides. Nevertheless, there is room for improvement to avoid costly post combustion systems such as soot filters or to refrain from such.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Vorkammer und Hauptbrennraum so auszugestalten, dass eine weitgehend homogene Aufbereitung von Kraftstoff und Luft als wesentliche Voraussetzung für eine schadstoffarme Verbrennung erzielt wird.task The invention is a reciprocating internal combustion engine with prechamber and main combustion chamber in such a way that a largely homogeneous Treatment of fuel and air as an essential prerequisite for one Low-emission combustion is achieved.
  • Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Kolben als ein Stufenkolben mit einer am Kolbenboden konzentrisch angeordneten kreisförmigen Stufe ausgestaltet ist und indem im oberen Zylinderbereich in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum eine Einspritzdüse zentral angeordnet ist, wobei der Kraftstoff derart eingespritzt wird, dass die aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffstrahlen und die aus den Überströmkanälen austretenden Luftstrahlen annähernd frontal aufeinander prallen. Dadurch wird eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes erreicht, eine gute Durchmischung mit der Luft und eine schadstoffarme Verbrennung ohne Wandberührung.These Task is solved by concentrating the piston as a stepped piston with one at the piston bottom arranged circular Stage is designed and by in the upper cylinder area in the As a main combustion chamber trained space an injector centrally is arranged, wherein the fuel is injected such that from the injection nozzle emerging fuel jets and emerging from the overflow air jets nearly collide head-on. This will give a good atomization of the Fuel reaches, a good mixing with the air and a low-emission combustion without wall contact.
  • Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Kolben als ein Nasenkolben mit am Umfang des Kolbenbodens paarweise gegenüberliegend angeordneten Nasen ausgestaltet ist und dass im Bereich jeder Nase im oberen Zylinderbereich jeweils ein als Vorkammer ausgebildeter Raum mit einer Einspritzdüse angeordnet ist, wobei der Kraftstoff derart eingespritzt wird, dass die bereits brennenden Kraftstoffstrahlen aus den jeweils gegenüberliegenden Überströmkanälen in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum schräg aufeinander treffen. Somit treffen die brennenden Kraftstoffstrahlen unter Bildung feinballiger Turbulenzen aufeinander und erzeugen einen Feuerball, der ohne Wandberührung in einem durch die Formgebung von Kolben und Zylinderkopf definierten Brennraum verbrennt.alternative It is suggested that the piston be a nasal piston with around the circumference the piston crown in pairs opposite arranged noses is designed and that in the area of each nose in the upper cylinder area in each case a trained as antechamber Room arranged with an injection nozzle is, wherein the fuel is injected so that the already burning fuel jets from the respective opposite overflow in the As a main combustion chamber trained space obliquely meet. Thus meet the burning fuel jets to form feinballiger turbulence on top of each other and create a fireball that in one without wall contact by the shape of piston and cylinder head defined combustion chamber burns.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Merkmale und Wirkungen im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims, whose Features and effects in the embodiment described in more detail become.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird eine Brennkraftmaschine geschaffen, deren Funktionsweise als ein dieselähnlicher Schichtlademotor charakterisiert werden kann, mit dem eine weitgehende Homogenisierung des für die Verbrennung notwendigen Gemisches realisierbar ist. Dabei wird durch Ausnutzung von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen in einer Vorkammer und einem Hauptbrennraum sowie mit den diese Baugruppen verbindenden Überströmkanälen eine sehr hohe Turbulenz im Brennraum ermöglicht, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Kraftstoffaufbereitung bewirkt. Hierbei ist ein weiterer Vorteil, dass diese Verbrennung ohne Wandberührung erfolgt, so dass geringe Schadstoffemissionen (HC, CO und Ruß) beim Betrieb diesbezüglicher Brennkraftmaschinen gewährleistet werden können. Demzufolge ist die vorliegende technische Lösung auch unter dem Aspekt der zunehmend strengeren Abgasgesetzgebung relevant.With the embodiment of the invention is an internal combustion engine created, whose operation as a diesel similar Stratified charge motor can be characterized with which a far-reaching Homogenization of for the combustion of necessary mixture is feasible. It will by using different compression ratios in an antechamber and a main burn room as well as with these Subassemblies connecting overflow channels a allows very high turbulence in the combustion chamber, which compared to the The prior art causes improved fuel treatment. Here is another advantage that this combustion takes place without wall contact, so that low pollutant emissions (HC, CO and soot) at Operation in this regard Internal combustion engine ensured can be. Consequently, the present technical solution is also from the aspect increasingly stringent emissions legislation.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described. Show it:
  • 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführung mit Stufenkolben in Schnittdarstellung 1 the basic structure of a version with stepped piston in a sectional view
  • 2 ein Detail der Ausführung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht 2 a detail of the embodiment according to 1 in perspective view
  • 3 den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführung mit Nasenkolben in Schnittdarstellung 3 the basic structure of a design with a nose piston in a sectional view
  • 4 ein Detail der Ausführung gemäß 3 in perspektivischer Ansicht 4 a detail of the embodiment according to 3 in perspective view
  • In der Zeichnung sind die Baugruppen einer Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise dargestellt, die im vorliegenden Sachverhalt relevant sind. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinder auf, der u. a. aus einem Zylindermantel 1 und einem Zylinderkopf 2 besteht. Innerhalb des Zylinders ist ein Kolben angeordnet, der an seinem Kolbenboden mit Vorsprüngen ausgestaltet ist.In the drawing, the assemblies of an internal combustion engine are shown in reciprocating design, which are relevant in the present situation. The internal combustion engine has a cylinder, which includes a cylinder shell 1 and a cylinder head 2 consists. Within the cylinder, a piston is arranged, which is designed at its piston crown with projections.
  • Dieser Kolben kann gemäß 1 und 2 als ein Stufenkolben 3 ausgestaltet werden, der am Kolbenboden eine konzentrisch angeordnete kreisförmige Stufe 4 aufweist.This piston can according to 1 and 2 as a stepped piston 3 be configured, the piston at the bottom of a concentrically arranged circular stage 4 having.
  • Ebenso kann dieser Kolben gemäß 3 und 4 als ein Nasenkolben 5 ausgestaltet werden, der am Umfang des Kolbenbodens paarweise gegenüberliegend angeordnete Nasen 6 aufweist.Likewise, this piston according to 3 and 4 as a nasal piston 5 be configured, on the circumference of the piston crown in pairs oppositely arranged lugs 6 having.
  • Die kreisförmige Stufe 4 des Stufenkolbens 3 bzw. die Nasen 6 des Nasenkolbens 5 stehen jeweils mit im Zylinderkopf 2 ausgestalteten Konturen derart in Wirkverbindung, dass im oberen Zylinderbereich infolge der Bewegung des Stufenkolbens 3 oder Nasenkolbens 5 zwischen dem Kolben 3 bzw. 5 und dem Zylinder zwei Räume 7 und 8 ausbildbar sind. Der Raum 7 ist als Vorkammer und der Raum 8 ist als Hauptbrennraum ausgestaltet. Diese Räume 7 und 8 haben unterschiedliche Volumina, wodurch sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse ergeben.The circular step 4 of the stepped piston 3 or the noses 6 of the nose plunger 5 each stand in the cylinder head 2 designed contours in operative connection that in the upper cylinder area due to the movement of the stepped piston 3 or nasal piston 5 between the piston 3 respectively. 5 and the cylinder has two spaces 7 and 8th can be formed. The space 7 is as antechamber and the room 8th is designed as a main burning room. These rooms 7 and 8th have different volumes, resulting in different compression ratios during operation of the internal combustion engine.
  • Die Räume 7 und 8 sind durch Überströmkanäle 9 miteinander verbunden, die im Zylinderkopf 2 radial und/oder axial verlaufend angeordnet sind. Diese Überströmkanäle 9 ermöglichen ein Durchströmen der hoch verdichteten Luft bzw. der brennenden Kraftstoffstrahlen 11 aus dem als Vorkammer ausgebildeten Raum 7 in den als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8. Folglich wird gegen Ende des Verdichtungshubes durch die Bewegung des Kolbens 3 bzw. 5 in Richtung des Zylinderkopfes 2 aus dem als Vorkammer mit höherem Druck ausgebildeten Raum 7 Luft durch die Überströmkanäle 9 in den als Hauptbrennraum mit niedrigerem Druck ausgebildeten Raum 8 gedrückt.The rooms 7 and 8th are through overflow channels 9 connected to each other in the cylinder head 2 are arranged radially and / or axially. These overflow channels 9 allow a flow through the highly compressed air or the burning fuel jets 11 from the room designed as antechamber 7 in the room designed as a main burning room 8th , Consequently, towards the end of the compression stroke by the movement of the piston 3 respectively. 5 in the direction of the cylinder head 2 from the space formed as a prechamber with higher pressure 7 Air through the overflow channels 9 in the space designed as a main combustion chamber with lower pressure 8th pressed.
  • Bei der Ausführung gemäß 1 und 2 mit einem Stufenkolben 3 ist im oberen Zylinderbereich und innerhalb vom Zylinderkopf 2 in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 eine Einspritzdüse 10 zentral angeordnet. Als Einspritzdüse 10 wird vorzugsweise eine Mehrlochdüse verwendet, wobei die Anzahl der Düsenöffnungen der Anzahl der im Zylinderkopf 2 angeordneten Überströmkanäle 9 entspricht.In the execution according to 1 and 2 with a stepped piston 3 is in the upper cylinder area and inside of the cylinder head 2 in the room designed as a main burning room 8th an injection nozzle 10 centrally located. As injector 10 Preferably, a multi-hole nozzle is used, wherein the number of nozzle openings of the number of cylinder head 2 arranged overflow channels 9 equivalent.
  • In dem als Vorkammer ausgebildeten Raum 7 wird während des Eintauchens des Stufenkolbens 3 in die entsprechenden Ausnehmungen des Zylinderkopfes 2 ein Teil der Verbrennungsluft derart verdichtet, dass sich beim Überströmen durch die Überströmkanäle 9 in den als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 Strahlen hoher Ausströmgeschwindigkeiten bilden, in die von der Einspritzdüse 10 zündfähiger Kraftstoff eingespritzt wird. Der Kraftstoff wird also derart eingespritzt, dass die aus der Einspritzdüse 10 austretenden Kraftstoffstrahlen 11 und die aus den Überströmkanälen 9 austretenden Luftstrahlen 12 annähernd frontal aufeinander prallen. Dieser Betriebspunkt ist aus 1 ersichtlich, in dessen Folge der Kraftstoff ohne Wandberührung zur Verbrennung gelangt.In the room designed as antechamber 7 is during the immersion of the stepped piston 3 in the corresponding recesses of the cylinder head 2 a part of the combustion air is compressed so that when overflow through the overflow 9 in the room designed as a main burning room 8th Blasting high exit velocities form in the from the injection nozzle 10 ignitable fuel is injected. The fuel is thus injected in such a way that from the injection nozzle 10 emerging fuel jets 11 and those from the overflow channels 9 exiting air jets 12 almost collide head-on. This operating point is off 1 can be seen, as a result of which the fuel passes without wall contact for combustion.
  • Bei der Ausführung gemäß 3 und 4 mit einem Nasenkolben 5 ist im Bereich jeder Nase 6 im oberen Zylinderbereich jeweils ein als Vorkammer ausgebildeter Raum 7 mit einer Einspritzdüse 10 angeordnet. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der am Kolbenboden ausgestalteten Nasen 6 der Anzahl der im Zylinderkopf 2 ausgestalteten Überströmkanäle 9 sowie der Anzahl der zugeordneten Einspritzdüsen 10. Dabei wird der Kraftstoff derart eingespritzt, dass die bereits brennenden Kraftstoffstrahlen 11 aus den jeweils gegenüberliegenden Überströmkanälen 9 in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 schräg aufeinander treffen. Dieser Betriebspunkt ist aus 3 ersichtlich, in dessen folge der Kraftstoff ohne Wandberührung zur Verbrennung gelangt. Hierbei ist dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 eine Glühkerze 13 zugeordnet, damit ein Kaltstart gewährleistet ist.In the execution according to 3 and 4 with a nose plunger 5 is in the area of every nose 6 in the upper cylinder area in each case a trained as antechamber space 7 with an injection nozzle 10 arranged. Preferably, the number of noses formed on the piston crown corresponds 6 the number of cylinders in the cylinder head 2 designed overflow channels 9 and the number of associated injectors 10 , The fuel is injected in such a way that the already burning fuel jets 11 from the opposite overflow channels 9 in the room designed as a main burning room 8th meet each other at an angle. This operating point is off 3 can be seen, as a result of which the fuel passes without wall contact for combustion. Here, the trained as the main combustion chamber space 8th a glow plug 13 assigned, so that a cold start is guaranteed.
  • Gemäß 1 sind dem Zylinder im Bereich des Zylinderkopfes 2 ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 15 zugeordnet, so dass mit dieser Brennkraftmaschine ein 4-Takt-Betrieb möglich ist.According to 1 are the cylinder in the area of the cylinder head 2 an inlet valve 14 and an exhaust valve 15 assigned, so that with this internal combustion engine, a 4-stroke operation is possible.
  • Gemäß 3 ist alternativ vorgesehen, dass dem Zylinder im Bereich des Zylindermantels 1 ein Einlassschlitz 16 und ein Auslassschlitz 17 zugeordnet sind, so dass mit dieser Brennkraftmaschine ein 2-Takt-Betrieb möglich ist.According to 3 is alternatively provided that the cylinder in the region of the cylinder jacket 1 an inlet slot 16 and an outlet slot 17 are assigned, so that with this internal combustion engine, a 2-stroke operation is possible.
  • In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass dem als Vorkammer ausgebildeten Raum 7 anstelle von Luft ein Luft-Restgas-Gemisch zugeordnet wird. Dieses kann über den im als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 vorliegenden Druck verdichtet werden. Hierfür werden Einlassventil 14 und Auslassventil 15 so gesteuert, dass verbranntes Abgas im Zylinder zurückgehalten werden kann, das nach der Vermischung mit der angesaugten Luft anteilmäßig in den als Vorkammer ausgebildeten Raum 7 gelangt. Dabei ist es möglich, dass lediglich der Anteil an wandnahem Abgas ausgeschoben wird, welcher der Luftfüllung entspricht. Somit werden Strömungsverluste vermieden.In a further embodiment, it is possible that the space formed as antechamber 7 instead of air an air-residual gas mixture is assigned. This can be over the trained in the main combustion chamber space 8th be compacted present pressure. For this purpose inlet valve 14 and exhaust valve 15 Controlled so that burned exhaust gas can be retained in the cylinder, which after mixing with the sucked air proportionate in the space formed as antechamber 7 arrives. It is possible that only the proportion of near-wall exhaust gas is ejected, which corresponds to the air charge. Thus, flow losses are avoided.
  • Für das Einspritzsystem mit der Einspritzdüse 10 kann eine Pumpe-Düse-Einheit, ein Common-Rail-System, eine Kombination aus diesen beiden Systemen (z.B. ein druckverstärktes Common-Rail-System) oder ein anderes bekanntes Einspritzsystem (z.B. Verteilereinspritzpumpe) verwendet werden.For the injection system with the injector 10 For example, a pump-nozzle unit, a common-rail system, a combination of these two systems (eg, a pressure-boosted common-rail system), or another known injection system (eg, distributor injection pump) may be used.
  • Der als Hauptbrennraum ausgebildete Raum 8 sollte unter Beachtung der an die sich bildenden Strahlformen angepassten Formgebung von Stufenkolben 3 oder Nasenkolben 5 sowie Zylinderkopf 2 so gestaltet werden, dass auch bei Volllast eine Verbrennung ohne Wandberührung stattfindet.The room designed as a main burning room 8th should take into account the shape of stepped piston adapted to the forming beam shapes 3 or nose pistons 5 as well as cylinder head 2 be designed so that even at full load combustion takes place without wall contact.
  • Weiterhin ist das Verdichtungsverhältnis im als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum 8 so zu wählen, dass in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine sichere Selbstzündung erreicht wird. Ferner können bei Verwendung eines Nasenkolbens 5 die separaten Nasen 6 auch zu einem gemeinsamen Gebilde in Form eines Kreisringes oder dergleichen zusammengefügt werden.Furthermore, the compression ratio in the space formed as the main combustion chamber 8th to choose so that in each operating state of the internal combustion engine, a reliable auto-ignition is achieved. Furthermore, when using a nasal piston 5 the separate noses 6 be joined together to form a common structure in the form of a circular ring or the like.
  • Dann würde anstelle von mehreren Einspritzdüsen 10 lediglich eine einzige derartige Baugruppe benötigt und die Verbrennung an einer gemeinsamen Stelle als Feuerball realisiert.Then instead of several injectors 10 only a single such assembly needed and realized the combustion at a common location as a fireball.
  • Schließlich können als Kraftstoff auch solche mit schlechtem Selbstzündungsverhalten eingespritzt werden, wie zum Beispiel Alkohole mit niedriger Cetanzahl, weil sich je nach baulicher Ausführung entweder durch die hohe Turbulenz und die somit gute Zerstäubung und Vermischung bzw. durch die hohen Drücke und Temperaturen das Entzündungsverhalten wesentlich verbessert.Finally, as fuel even those with poor auto-ignition behavior can be injected, such as alcohols with low cetane number, because depending on the structural design either by the high turbulence and thus good atomization and mixing or by the high pressures and temperatures significantly improve the ignition behavior.
  • 11
    Zylindermantelcylinder surface
    22
    Zylinderkopfcylinder head
    33
    Stufenkolbenstepped piston
    44
    kreisförmige Stufecircular step
    55
    Nasenkolbennose piston
    66
    Nasenose
    77
    Raum/VorkammerRoom / antechamber
    88th
    Raum/HauptbrennraumRoom / main combustion chamber
    99
    Überströmkanäleoverflow
    1010
    Einspritzdüseinjection
    1111
    KraftstoffstrahlFuel jet
    1212
    Luftstrahlair jet
    1313
    Glühkerzeglow plug
    1414
    Einlassventilintake valve
    1515
    Auslassventiloutlet valve
    1616
    Einlassschlitzinlet slot
    1717
    Auslassschlitzexhaust port

Claims (12)

  1. Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise mit zumindest einem innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolben, der an seinem Kolbenboden mit Vorsprüngen ausgestaltet ist, die mit im Zylinderkopf ausgestalteten Konturen derart in Wirkverbindung stehen, dass im oberen Zylinderbereich infolge der Bewegung des Kolbens zwischen dem Kolben und dem Zylinder zwei Räume ausbildbar sind, wobei diese Räume ein jeweils unterschiedliches Verdichtungsverhältnis aufweisen und durch Überströmkanäle derart miteinander verbunden sind, dass gegen Ende des Verdichtungshubes Luft aus dem als Vorkammer mit höherem Druck ausgebildeten einem Raum durch die Überströmkanäle in den als Hauptbrennraum mit niedrigerem Druck ausgebildeten anderen Raum gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als ein Stufenkolben (3) mit einer am Kolbenboden konzentrisch angeordneten kreisförmigen Stufe (4) ausgestaltet ist und dass im oberen Zylinderbereich in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum (8) eine Einspritzdüse (10) zentral angeordnet ist, wobei der Kraftstoff derart eingespritzt wird, dass die aus der Einspritzdüse (10) austretenden Kraftstoffstrahlen (11) und die aus den Überströmkanälen (9) austretenden Luftstrahlen (12) annähernd frontal aufeinander prallen.Internal combustion engine in reciprocating design with at least one disposed within a cylinder piston which is configured on its piston head with projections which are operatively connected to contours configured in the cylinder head such that two spaces can be formed in the upper cylinder region as a result of the movement of the piston between the piston and the cylinder are, these spaces each having a different compression ratio and are connected by overflow such that at the end of the compression stroke air is forced from the pre-chamber with a higher pressure formed a space through the transfer channels in the designed as a main combustion chamber with lower pressure other space characterized in that the piston as a stepped piston ( 3 ) with a concentric arranged on the piston head circular step ( 4 ) and that in the upper cylinder area in the space formed as the main combustion chamber ( 8th ) an injection nozzle ( 10 ) is centrally arranged, wherein the fuel is injected in such a way that from the injection nozzle ( 10 ) emerging fuel jets ( 11 ) and from the overflow channels ( 9 ) exiting air jets ( 12 ) almost collide head-on.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem als Vorkammer ausgebildeten Raum (7) während des Eintauchens des Stufenkolbens (3) in die entsprechenden Ausnehmungen des Zylinderkopfes (2) ein Teil der Verbrennungsluft derart verdichtet wird, dass sich beim Überströmen durch die Überströmkanäle (9) in den als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum (8) Strahlen hoher Ausströmgeschwindigkeiten bilden, in die von der Einspritzdüse (10) zündfähiger Kraftstoff eingespritzt wird, der ohne Wandberührung zur Verbrennung gelangt.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in the space formed as antechamber ( 7 ) during the immersion of the stepped piston ( 3 ) in the corresponding recesses of the cylinder head ( 2 ) a portion of the combustion air is compressed so that when overflow through the transfer channels ( 9 ) in the room designed as a main burning room ( 8th ) Jets of high outflow velocities into which the injection nozzle ( 10 ) ignitable fuel is injected, which passes without wall contact for combustion.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) eine Mehrlochdüse ist, wobei die Anzahl der Düsenöffnungen dieser Mehrlochdüse der Anzahl der im Zylinderkopf (2) angeordneten Überströmkanäle (9) entspricht.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the injection nozzle ( 10 ) is a multi-hole nozzle, wherein the number of nozzle openings of this multi-hole nozzle of the number of cylinder head ( 2 ) arranged overflow channels ( 9 ) corresponds.
  4. Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise mit zumindest einem innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolben, der an seinem Kolbenboden mit Vorsprüngen ausgestaltet ist, die mit im Zylinderkopf ausgestalteten Konturen derart in Wirkverbindung stehen, dass im oberen Zylinderbereich infolge der Bewegung des Kolbens zwischen dem Kolben und dem Zylinder zwei Räume ausbildbar sind, wobei diese Räume ein jeweils unterschiedliches Verdichtungsverhältnis aufweisen und durch Überströmkanäle derart miteinander verbunden sind, dass gegen Ende des Verdichtungshubes Luft aus dem als Vorkammer mit höherem Druck ausgebildeten einem Raum durch die Überströmkanäle in den als Hauptbrennraum mit niedrigerem Druck ausgebildeten anderen Raum gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als ein Nasenkolben (5) mit am Umfang des Kolbenbodens paarweise gegenüberliegend angeordneten Nasen (6) ausgestaltet ist und dass im Bereich jeder Nase (6) im oberen Zylinderbereich jeweils ein als Vorkammer ausgebildeter Raum (7) mit einer Einspritzdüse (10) angeordnet ist, wobei der Kraftstoff derart eingespritzt wird, dass die bereits brennenden Kraftstoffstrahlen (11) aus den jeweils gegenüberliegenden Überströmkanälen (9) in dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum (8) schräg aufeinander treffen.Internal combustion engine in reciprocating design with at least one disposed within a cylinder piston which is configured on its piston head with projections which are operatively connected to contours configured in the cylinder head such that two spaces can be formed in the upper cylinder region as a result of the movement of the piston between the piston and the cylinder are, these spaces each having a different compression ratio and are connected by overflow such that at the end of the compression stroke air is forced from the pre-chamber with a higher pressure formed a space through the transfer channels in the designed as a main combustion chamber with lower pressure other space characterized in that the piston is designed as a nasal piston ( 5 ) with on the circumference of the piston crown in pairs opposite arranged lugs ( 6 ) and that in the area of each nose ( 6 ) in the upper cylinder area in each case a trained as antechamber space ( 7 ) with an injection nozzle ( 10 ), wherein the fuel is injected in such a way that the already burning fuel jets ( 11 ) from the respectively opposite overflow channels ( 9 ) in the room designed as a main burning room ( 8th ) meet at an angle.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der am Kolbenboden ausgestalteten Nasen (6) der Anzahl der im Zylinderkopf (2) ausgestalteten Überströmkanäle (9) sowie der Anzahl der zugeordneten Einspritzdüsen (10) entspricht.Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the number of lugs formed on the piston head ( 6 ) the number of cylinders in the cylinder head ( 2 ) overflow channels ( 9 ) and the number of associated injectors ( 10 ) corresponds.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zylinderkopf (2) radial und/oder axial angeordneten Überströmkanäle (9) ein Durchströmen der hochverdichteten Luft (12) bzw. der brennenden Kraftstoffstrahlen (11) aus dem als Vorkammer ausgebildeten Raum (7) in den als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum (8) ermöglichen.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized in that in the cylinder head ( 2 ) radially and / or axially arranged overflow channels ( 9 ) passing through the highly compressed air ( 12 ) or the burning fuel jets ( 11 ) from the space formed as antechamber ( 7 ) in the room designed as a main burning room ( 8th ) enable.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum (8) eine Glühkerze (13) zugeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized in that the space formed as the main combustion chamber ( 8th ) a glow plug ( 13 ) assigned.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylinderkopf (2) Einlassventile (14) und Auslassventile (16) zugeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized in that the cylinder head ( 2 ) Inlet valves ( 14 ) and exhaust valves ( 16 ) assigned.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylindermantel (1) Einlassschlitze (16) und Auslassschlitze (17) zugeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized in that the cylinder jacket ( 1 ) Inlet slots ( 16 ) and outlet slots ( 17 ) assigned.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Vorkammer ausgebildeten Raum (7) anstelle reiner Luft ein Luft-Restgas-Gemisch zugeordnet wird.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized in that the space formed as antechamber ( 7 ) is assigned an air-residual gas mixture instead of pure air.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich der Anteil an wandnahem Abgas ausgeschoben wird, welcher der Luftfüllung entspricht.Internal combustion engine according to claim 10, characterized that only the proportion of near-wall exhaust gas is ejected, which of the air filling equivalent.
  12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem eine Pumpe-Düse-Einheit oder ein Common-Rail-System oder eine Kombination aus diesen Systemen oder ein anderes an sich bekanntes Einspritzsystem ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 4, characterized characterized in that the injection system is a pump-nozzle unit or a common rail system or a combination of these systems or another injection system known per se.
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