DE102015004688A1 - Piston crown with injector pocket for combustion engines - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kolbenkrone (110) für Verbrennungsmotoren mit einem Flüssigkraftstoffinjektor. Die Kolbenkrone kann eine Kolbenmantelfläche (114) und einen Kolbenboden (116), der die Kolbenmantelfläche (114) begrenzt, aufweisen. Der Kolbenboden (116) kann aus einem Kolbenbodenrand (118) und einer Kolbenbodenmulde (120) ausgebildet sein. Die Kolbenkrone (110) kann ferner eine Injektortasche (132) aufweisen, die in dem Kolbenbodenrand (118) ausgebildet ist. Die Injektortasche (132) kann in die Kolbenbodenmulde (120) über abgerundete Kanten (135, 136, 137) mit vorbestimmten Radien übergehen, und sie kann dazu ausgebildet sein, einen vergrößerten Kraftstoffjetpfad für den Flüssigkraftstoffinjektor bereitzustellen.The present disclosure relates to a piston crown (110) for internal combustion engines with a liquid fuel injector. The piston crown may have a piston skirt surface (114) and a piston crown (116) bounding the piston skirt surface (114). The piston head (116) can be formed from a piston bottom edge (118) and a piston bottom recess (120). The piston crown (110) may further include an injector pocket (132) formed in the piston bottom edge (118). The injector pocket (132) may transition into the piston bottom well (120) via rounded edges (135, 136, 137) having predetermined radii and may be configured to provide an increased fuel jet path for the liquid fuel injector.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kolbenkrone und einen Kolben für Verbrennungsmotoren.The present disclosure relates to a piston crown and a piston for internal combustion engines.
Hintergrundbackground
Kolben für Verbrennungsmotoren können ein Kolbenhemd aufweisen, das an einer Kolbenkrone und einer Kolbenstange befestigbar ist. Die Kolbenkrone begrenzt zusammen mit einem Zylinder oder einer Zylinderbuchse, in dem sich der Kolben hin und her bewegt, und dem Zylinderkopf eine Verbrennungskammer.Pistons for internal combustion engines may include a piston skirt attachable to a piston crown and a piston rod. The piston crown defines a combustion chamber together with a cylinder or cylinder liner in which the piston reciprocates and the cylinder head.
Die Kolbenkrone weist eine äußere Oberfläche auf, die an ihrem oberen Ende vom Kolbenboden begrenzt wird. Ein Kolbenbodenrand und eine Kolbenbodenmulde können den Kolbenboden ausbilden. Die Kolbenbodenmulde bildet zumindest teilweise die Verbrennungskammer.The piston crown has an outer surface which is bounded at its upper end by the piston crown. A piston bottom edge and a piston bottom recess can form the piston crown. The piston bottom recess at least partially forms the combustion chamber.
Zum Beispiel können Kolben mit verschiedensten Designs der Kolbenbodenmulde in Ottomotoren eingesetzt werden. Daher gibt es mit Bezug zu Verbrennungen mit gasförmigem Kraftstoff gespülten Vorverbrennungskammern Kolben mit dachförmigen Kolbenböden, die dazu ausgebildet sind, dass die Verbrennungsflammen so spät wie möglich gegen die Vorverbrennungskammerwände treffen. Ferner gibt es Kolben mit trogförmigen Kolbenböden, die dazu ausgebildet sind, eine beim Einlass erzeugte Tumble-Strömung aufrecht zu erhalten. Zusätzlich gibt es Kolben mit einer Omega-förmigen Kolbenbodenmulde mit einem Kolbenboden, der dazu ausgebildet ist, für den Dieselbetrieb mit einer optimierten Direkteinspritzung entworfen zu sein, und der unverändert in einem gasförmigen Kraftstoff-Ottomotor aus Kostengründen und zur Vereinfachung eingesetzt wird. Letzteres unabhängig von einer möglicherweise reduzierten Verbrennungseffizienz. Ferner gibt es topfförmige Kolbenmodenmulden, die dazu entworfen wurden, eine Quetschströmung in radialer Richtung zwischen dem Kolbenrand und dem Zylinderkopf zu erzeugen. Zusätzlich kann eine verwirbelte Strömung in der topfförmigen Kolbenbodenmulde verstärkt werden.For example, pistons can be used with a variety of designs of the piston crown in gasoline engines. Therefore, with respect to gas-fuel burned pre-combustion chamber burns, there are pistons having roof-shaped piston bottoms configured to strike the combustion flames against the pre-combustion chamber walls as late as possible. Furthermore, there are pistons with trough-shaped piston bottoms, which are designed to maintain a tumble flow generated at the inlet. In addition, there are pistons having an omega-shaped piston crown with a piston crown adapted to be designed for diesel operation with optimized direct injection and used unchanged in a gaseous fuel gasoline engine for cost and simplicity. The latter regardless of a possibly reduced combustion efficiency. Further, there are cup-shaped piston-type recesses designed to create a squish flow in the radial direction between the piston edge and the cylinder head. In addition, a swirling flow in the cup-shaped piston crown can be enhanced.
Kolben mit topfförmig geformten Kolbenbodenmulden sind gut für Motoren mit verwirbelnden Einlasskanälen und Kammerkerzen geeignet. Während des Kompressionstakts kann das Gemisch in die topfförmige Kolbenbodenmulde über den Kolbenbodenring (Quetschströmung) des Kolbens gebracht werden. Während des Arbeitstakts wird das Gemisch zurück in die topfförmige Kolbenbodenmulde gesaugt. Dieser Vorgang ergibt sehr starke Quetschströmungen, insbesondere nahe dem oberen Totpunkt.Pistons with cup-shaped piston bottom wells are well suited for engines with swirling intake ports and chamber candles. During the compression stroke, the mixture can be brought into the cup-shaped piston bottom well via the piston bottom ring (squish flow) of the piston. During the working cycle, the mixture is sucked back into the pot-shaped piston bottom mold. This process results in very strong squish flows, especially near top dead center.
Zusätzlich zur Quetschströmung führt die topfförmige Kolbenbodenmulde auch zu einer Beschleunigung der Wirbelströmung, die am Einlass erzeugt wird. Aufgrund der Impulserhaltung erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbelströmung, wenn das Gemisch nach innen in die topfförmige Kolbenbodenmulde gebracht wird.In addition to the squish flow, the cup-shaped piston bottom well also leads to an acceleration of the turbulence generated at the inlet. Due to the conservation of momentum, the rotational velocity of the vortex flow increases as the mixture is brought inwardly into the cup-shaped piston crown.
Ferner sind Zweistoffmotoren bekannt, die entweder mit einem flüssigen Kraftstoff, wie z. B. Schweröl oder Dieselöl, oder mit einem gasförmigen Kraftstoff, wie z. B. Erdgas, betrieben werden. Während des Flüssigkraftstoffmodus wird das Verbrennungsgemisch üblicherweise mit einer Zündkerze gezündet. Während des gasförmigen Kraftstoffmodus kann das Verbrennungsgemisch durch Einspritzen einer kleinen Menge eines selbstzündenden Flüssigkraftstoffs, wie z. B. Dieselkraftstoff, der aufgrund des Drucks im Verbrennungsmotor zündet, gezündet werden. Die gezündete kleine Menge von selbstzündendem Flüssigkraftstoff zündet seinerseits das Verbrennungsgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft.Furthermore, dual-fuel engines are known, either with a liquid fuel such. As heavy oil or diesel oil, or with a gaseous fuel such. As natural gas, operated. During the liquid fuel mode, the combustion mixture is usually ignited with a spark plug. During the gaseous fuel mode, the combustion mixture may be injected by injecting a small quantity of a self-igniting liquid fuel, such as a liquid fuel. B. diesel fuel that ignites due to the pressure in the engine to be ignited. The ignited small amount of self-igniting liquid fuel in turn ignites the combustion mixture of gaseous fuel and air.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf ausgerichtet, zumindest teilweise einen oder mehrere Aspekte früherer Systeme zu verbessern oder zu überwinden.The present disclosure is directed to at least partially alleviate or overcome one or more aspects of prior systems.
Zusammenfassung der Offenbarung Summary of the Revelation
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Kolbenkrone für Verbrennungsmotoren mit einem Flüssigkraftstoffinjektor offenbart, der von einer Zylinderachse entfernt und mit einem vorbestimmten Winkel zur Zylinderachse angeordnet ist. Der Flüssigkraftstoffinjektor kann dazu ausgebildet sein, eine vorbestimmte Menge von Flüssigkraftstoff entlang eines Kraftstoffjetpfades einzuspritzen. Die offenbarte Kolbenkrone kann eine Kolbenmantelfläche mit einer zentralen Achse und einen Kolbenboden, der die Kolbenmantelfläche begrenzt, aufweisen. Der Kolbenboden kann mit einem Kolbenbodenrand und einer Kolbenbodenmulde geformt sein. Die offenbarte Kolbenbodenkrone kann ferner eine Injektortasche aufweisen, die in dem Kolbenbodenrand geformt ist. Die Injektortasche kann in die Kolbenbodenmulde übergehen, und sie kann dazu ausgebildet sein, einen vergrößerten Kraftstoffjetpfad für den Flüssigkraftstoffinjektor bereitzustellen. Die Injektortasche kann in die Kolbenbodenmulde über abgerundete Kanten mit vorbestimmten Radien übergehen.According to one aspect of the present disclosure, a piston crown for internal combustion engines is disclosed with a liquid fuel injector removed from a cylinder axis and disposed at a predetermined angle to the cylinder axis. The liquid fuel injector may be configured to inject a predetermined amount of liquid fuel along a fuel jet path. The disclosed piston crown may have a piston skirt surface with a central axis and a piston crown defining the piston skirt surface. The piston head may be formed with a piston bottom edge and a piston bottom recess. The disclosed piston crown may further include an injector pocket formed in the piston bottom edge. The injector pocket may transition into the piston bottom well and may be configured to provide an increased fuel jet path for the liquid fuel injector. The injector pocket may transition into the piston bottom well via rounded edges having predetermined radii.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kolben für Verbrennungsmotoren offenbart. Der Kolben kann ein Kolbenhemd und eine Kolbenkrone gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen. Die Kolbenkrone kann am Kolbenhemd befestigt sein.In another aspect of the present disclosure, a piston for internal combustion engines is disclosed. The piston may include a piston skirt and a piston crown according to the present disclosure. The piston crown can be attached to the piston skirt.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gegeben. Die hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungsformen sollen die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung lehren, um dem Fachmann die Implementierung und die Verwendung der vorliegenden Offenbarung in vielen verschiedenen Umgebungen und für viele verschiedene Anwendungen zu ermöglichen. Daher sind die beispielhaften Ausführungsformen nicht dazu gedacht, und sollten auch nicht dahingehend betrachtet werden, eine begrenzende Beschreibung des Umfangs des Patentschutzes darzustellen. Stattdessen soll der Umfang des Patentschutzes durch die beiliegenden Patentansprüche definiert werden.The following is a detailed description of exemplary embodiments of the present disclosure. The exemplary embodiments described herein and shown in the drawings are intended to teach the principles of the present disclosure to enable one skilled in the art to implement and use the present disclosure in a variety of environments and for many different applications. Therefore, the exemplary embodiments are not intended to and should not be considered as a limiting description of the scope of the patent protection. Instead, the scope of patent protection should be defined by the appended claims.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung bedeutet eine nach außen gekrümmte Oberfläche mit Bezug auf einer Referenzachse betrachtet in einer Referenzebene senkrecht zur Referenzachse, dass die Oberfläche im Wesentlichen konvex ist, wenn sie von der Referenzachse in der Referenzebene betrachtet wird. Im Gegensatz dazu bedeutet eine nach innen gekrümmte Oberfläche mit Bezug auf eine Referenzachse betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Referenzachse, dass die Oberfläche im Wesentlichen konkav ist, wenn sie von der Referenzachse in der besagten Referenzebene betrachtet wird.According to the present disclosure, an outwardly curved surface, with respect to a reference axis in a reference plane perpendicular to the reference axis, means that the surface is substantially convex when viewed from the reference axis in the reference plane. In contrast, an inwardly curved surface with respect to a reference axis viewed in a plane perpendicular to the reference axis means that the surface is substantially concave when viewed from the reference axis in said reference plane.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreibt eine Tasche eine in einem Körper ausgebildete Vertiefung. Die Tasche hat eine Seitenoberfläche und eine Bodenoberfläche, die die Seitenoberfläche begrenzt. Die Bodenoberfläche der Tasche kann in jeder geeigneten Art und Form vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Bodenoberfläche plan, teilweise gekrümmt, teilweise schräg zur seitlichen Oberfläche sein, oder sie kann jede andere geeignete Form aufweisen.According to the present disclosure, a pocket describes a depression formed in a body. The bag has a side surface and a bottom surface that limits the side surface. The bottom surface of the bag may be provided in any suitable manner and shape. For example, the bottom surface may be planar, partially curved, partially oblique to the side surface, or may have any other suitable shape.
Die vorliegende Offenbarung kann zum Teil auf der Erkenntnis basieren, dass das Vorsehen einer Injektortasche in einem Kolbenboden einer Kolbenkrone mit abgerundeten Kanten einen Kraftstoffjetpfad für Flüssigkraftstoff, welcher von einem Flüssigkraftstoffinjektor eingespritzt wird, vergrößern kann. Zusätzlich kann durch Vorsehen von abgerundeten Kanten an den Übergängen zwischen der Injektortasche und der Kolbenbodenmulde eine zumindest teilweise von einer Kolbenbodenmulde und der Injektortasche geformte Verbrennungskammer vorgesehen sein, die die Strömungslinien des Verbrennungsgemischs, wie z. B. ein Gemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, welches durch Einspritzen eines Zündkraftstoffs gezündet wurde, glatt führt. Insbesondere hat die Verbrennungskammer eine im Wesentlichen konvexe Form mit wenigen Hinterschneidungen. Zusätzlich können die Kanten an den Übergängen zwischen der Injektortasche und dem Kolbenbodenrand und zwischen der Kolbenbodenmulde und dem Kolbenbodenrand mit Rundungen und/oder Anschrägungen für ein weiteres Glätten der Verbrennungskammer versehen sein.The present disclosure may be based in part on the insight that providing an injector pocket in a piston crown of a piston crown having rounded edges may increase a fuel jet path for liquid fuel injected by a liquid fuel injector. In addition, by providing rounded edges at the junctions between the injector pocket and the piston crown, a combustion chamber formed at least partially by a piston bottom cavity and the injector pocket may be provided which communicates the combustion lines of the combustion mixture, such as air. As a mixture of gaseous fuel and air, which was ignited by injecting a pilot fuel, smooth leads. In particular, the combustion chamber has a substantially convex shape with few undercuts. In addition, the edges at the junctions between the injector pocket and the piston bottom edge and between the piston bottom recess and the piston bottom edge may be provided with curves and / or bevels for further smoothing of the combustion chamber.
Durch Vorsehen einer glatten und im Wesentlichen konvexen Verbrennungskammer können jedwede Turbulenzen und Verwirbelungen, die von scharfen Kanten beeinträchtigt werden würden, reduziert werden, was zu einem homogeneren Verbrennungsgemisch in der Verbrennungskammer führen kann. Entsprechend können Emissionen reduziert und die Effizienz des Verbrennungsvorgangs verbessert werden.By providing a smooth and substantially convex combustion chamber, any turbulence and turbulence that would be affected by sharp edges can be reduced, which can lead to a more homogeneous combustion mixture in the combustion chamber. Accordingly, emissions can be reduced and the efficiency of the combustion process improved.
Ein beispielhafter Kolben
Die Kolbenkrone
Der Kolben
Jede Ventilsitztasche ist dazu ausgebildet, wenn der Kolben
Die Kolbenkrone
Mit Bezug zur
Der Zündkraftstoffinjektor
Um zu gewährleisten, dass die vorbestimmte Menge an von dem Zündkraftstoffinjektor
Wie in
Ferner geht der Injektortaschensteg
In einer weiteren Ausführungsform kann in einer Schnittebene senkrecht zur zentralen Achse
Wie ferner in den
Wie in
Die Injektortasche
Wie zuvor beschrieben kann die Injektortasche
Wie in den
In weiteren Ausführungsformen kann der äußere Kühlkanal
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Zum Beispiel spritzt der Zündkraftstoffinjektor
Durch Vorsehen von abgerundeten Kanten
Mit der beispielhaft offenbarten Kolbenkrone kann ein höheres Kompressionsverhältnis erreicht werden, wie z. B. ein Kompressionsverhältnis bis zu 20. Aufgrund der abgerundeten Kanten mit den vorbestimmten Radien können lokale Hot Spots vermieden werden und das Risiko von Klopfen kann reduziert werden, was zu einer effizienteren und vollständigeren Verbrennung führt.With the exemplified piston crown, a higher compression ratio can be achieved, such. Due to the rounded edges with the predetermined radii, local hot spots can be avoided and the risk of knocking can be reduced, resulting in more efficient and complete combustion.
Ferner kann durch Vorsehen von glatten Übergängen zwischen der Injektortasche und der Kolbenbodenmulde die optimale Verwirbelung des gasförmigen Verbrennungsgemischs nur etwas beeinflusst werden und kann im Wesentlichen seine laminare Strömung behalten. Dies kann zu einer optimierten und vollständigeren Verbrennung führen, was dann zu geringeren Eimissionen und einer höheren Verbrennungseffizienz führen kann.Further, by providing smooth transitions between the injector pocket and the piston crown, the optimal turbulence of the gaseous combustion mixture can only be somewhat affected and can essentially retain its laminar flow. This can lead to optimized and more complete combustion, which can then lead to lower emissions and higher combustion efficiency.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hierin beschrieben wurden, können Verbesserungen und Modifikationen ohne Abweichungen vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche umgesetzt werden.Although the preferred embodiments of the invention have been described herein, improvements and modifications may be practiced without departing from the scope of the following claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102012103212 A1 [0009] DE 102012103212 A1 [0009]
- US 4370958 A [0010] US Pat. No. 4,370,958 A [0010]
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