DE102005044503A1 - Internal combustion engine, comprises piston designed as double-diameter piston or as deflector piston - Google Patents
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Abstract
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
Eine ähnliche
technische Lösung
ist Gegenstand von
Eine
Brennkraftmaschine mit einem abgestuften Kolben und einem hierzu
kongruenten Zylinderabschnitt ist ferner aus
Ein
Schichtladeeffekt kann auch mit einer Brennkraftmaschine gemäß
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:
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
Dieser
Kolben kann gemäß
Ebenso
kann dieser Kolben gemäß
Die
kreisförmige
Stufe
Die
Räume
Bei
der Ausführung
gemäß
In
dem als Vorkammer ausgebildeten Raum
Bei
der Ausführung
gemäß
Gemäß
Gemäß
In
weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass
dem als Vorkammer ausgebildeten Raum
Für das Einspritzsystem
mit der Einspritzdüse
Der
als Hauptbrennraum ausgebildete Raum
Weiterhin
ist das Verdichtungsverhältnis
im als Hauptbrennraum ausgebildeten Raum
Dann
würde anstelle
von mehreren Einspritzdüsen
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005044503A DE102005044503A1 (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Internal combustion engine, comprises piston designed as double-diameter piston or as deflector piston |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102005044503A DE102005044503A1 (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Internal combustion engine, comprises piston designed as double-diameter piston or as deflector piston |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=37852419
Family Applications (1)
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