-
Hintergrund der Erfindung
-
(a) Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben und einen Verbrennungsmotor, welcher denselben aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kolben und einen den Kolben aufweisenden Verbrennungsmotor, welche eine Kraftstoffnebel-und-Flamme-Überlappung verringern.
-
(b) Beschreibung der bezogenen Technik
-
Kraftstoff, welcher in Richtung eines Verbrennungsraums entsprechend einem Fahrzustand eines Fahrzeugs ausgespritzt wird, kann auf zahlreiche Weisen ausgespritzt werden.
-
Jedoch kann eine Kraftstoffnebel-und-Flamme-Überlappung entsprechend einem Fahrzustand eines Fahrzeugs auftreten, und in einem Abschnitt, in welchem Kraftstoff und Flammen sich überlappen, kann Partikelmaterial (kurz: PM) auftreten.
-
Solch ein Auftreten von PM kann durch ein PM-Verringerungs-Mapping (z.B. PM-Verringerungs-Abbildung, bspw. durch eine PM-Verringerungskennfeld-Nutzung) abgelöst werden, wobei jedoch beim Nutzen des PM-Verringerungs-Mappings ein Kraftstoffverbrauch verschlechtert sein kann.
-
Ferner gibt es ein Verfahren des Mischens von Luft/Kraftstoff mittels eines Drallkanals (auch Swirl-Kanal genannt), wobei jedoch ein Bewegungswiderstand durch die Anwendung des Drallkanals auftreten kann und eine Volumeneffizienz aufgrund des Einlasswiderstands verringert sein kann.
-
Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, wie er dem Fachmann in diesem Land (schon) bekannt ist.
-
Die Offenbarung in diesem Abschnitt dient lediglich dem Bereitstellen eines Hintergrunds der Erfindung. Die Anmelderin merkt an, dass dieser Abschnitt Informationen, die vor dieser Anmeldung verfügbar waren, enthalten kann. Durch Bereitstellen dieses Abschnitts gesteht die Anmeldung jedoch nicht ein, dass irgendeine in diesem Abschnitt enthaltene Information Stand der Technik bildet.
-
Ferner offenbart die
US 8 646 428 B2 einen Kolben und einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
-
Außerdem offenbaren die
US 2015 / 0 308 371 A1 und die
DE 10 2006 020 642 A1 weitere Strukturen und Ausgestaltungen für Kolben in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors sowie Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors.
-
Erläuterung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Bestreben getätigt, einen Kolben und einen diesen aufweisenden Verbrennungsmotor zu schaffen, welche die Vorteile haben, dass sie in der Lage sind, einen Einlasswiderstand (z.B. Ansaugwiderstand) zu verringern durch eine Führungsform des gesprühten Kraftstoffs bzw. den gesprühten Kraftstoff leitende Form.
-
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung einen Kolben gemäß dem Anspruch 1 und einen Verbrennungsmotor gemäß dem Anspruch 5 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Kolben bereit, welcher eine obere Fläche (z.B. Kolbenboden), welche an einem oberen Abschnitt ausgebildet ist, eine Mulde bzw. Wanne (im Weiteren auch nur noch „Mulde“), welche an der oberen Fläche konkav ausgebildet ist (z.B. in die oberen Fläche nach innen vertieft ausgebildet ist), eine Mehrzahl von vorstehenden Abschnitten, welche durch einen vorbestimmten Abstand entlang eines Rands der Mulde voneinander getrennt (z.B. voneinander im Abstand angeordnet) sind, und einen zentralen Abschnitt, welcher an dem Zentrum (z.B. Mittelpunkt) der Mulde nach oben hin vorsteht, aufweist.
-
Erfindungsgemäß weist jeder vorstehende Abschnitt eine erste Leitfläche, welche geneigt ist, um den Kraftstoff in eine Richtung strömen zu lassen, und eine zweite Leitfläche, welche in eine Richtung entgegengesetzt der ersten Leitfläche geneigt ist, auf, wobei eine Querschnitt-Neigung (z.B. Profilneigung) einer ersten Leitfläche einer Vertikalrichtung des Kolbens flacher ist als die einer zweiten Leitfläche einer Vertikalrichtung des Kolbens. Ein Aussparungsabschnitt (z.B. rückspringender Abschnitt) zum Leiten von Kraftstoff, welcher entlang der ersten Leitfläche bewegt wird, nach oben ist zwischen jedem vorstehenden Abschnitt ausgebildet. An einer Grenze der Mulde und der oberen Fläche sind eine zu dem vorstehenden Abschnitt zugehörige Vorstehender-Abschnitt-Lippe und eine zu dem Aussparungsabschnitt zugehörige Aussparungsabschnitt-Lippe ausgebildet, wobei aber eine Länge vom Zentrum der Mulde aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe länger ist als die von dem Zentrum der Mulde aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe.
-
Eine Länge von dem Zentrum der Mulde aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe kann 0,95-mal bis 1,0-mal größer der von dem Zentrum der Mulde zu einem obersten Abschnitt des vorstehenden Abschnitts sein.
-
Eine Länge von dem Zentrum der Mulde aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe kann 0,8-mal bis 0,9-mal größer der von dem Zentrum der Mulde zu einem äußersten (z.B. hintersten) Abschnitt des Aussparungsabschnitts sein.
-
Eine Höhe der Aussparungsabschnitt-Lippe kann 1,5-Mal oder weniger größer als die der Vorstehender-Abschnitt-Lippe sein.
-
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft einen Verbrennungsmotor, welcher aufweist einen Injektor, in dem mehrere Injektor-Löcher radial und nach unten hin ausgebildet sind, und einen Kolben, in welchem eine Mehrzahl von vorstehenden Abschnitten ausgebildet ist, um Kraftstoff, welcher von dem Injektor-Loch ausgestoßen wird, in eine Richtung zu leiten. Jeder vorstehende Abschnitt weist eine erste Leitfläche, welche geneigt ist, um den Kraftstoff in eine Richtung zu leiten, und eine zweite Leitfläche, welche in eine Richtung entgegengesetzt der ersten Leitfläche geneigt ist, auf, wobei aber eine Querschnitt-Neigung einer ersten Leitfläche einer Vertikalrichtung des Kolbens flacher ist als die einer zweiten Leitfläche einer Vertikalrichtung des Kolbens. An dem Kolben (z.B. oberen Abschnitt des Kolbens) ist eine obere Fläche (z.B. Kolbenboden) ausgebildet, und ist eine Mulde konkav von der oberen Fläche aus ausgebildet (z.B. in der oberen Fläche vertieft ausgebildet), und jeder vorstehende Abschnitt ist durch einen vorbestimmten Abstand entlang eines Rands der Mulde abgetrennt (z.B. sind die vorstehenden Abschnitte voneinander durch einen vorbestimmten Abschnitt voneinander getrennt). Ein Aussparungsabschnitt (z.B. rückspringender Abschnitt) zum Leiten von Kraftstoff, welcher entlang der ersten Leitfläche bewegt wird, nach oben ist zwischen jedem vorstehenden Abschnitt ausgebildet. An einer Grenze der Mulde und der oberen Fläche sind eine zu dem vorstehenden Abschnitt zugehörige Vorstehender-Abschnitt-Lippe und eine zu dem Aussparungsabschnitt zugehörige Aussparungsabschnitt-Lippe ausgebildet, wobei aber eine Länge vom Zentrum der Mulde aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe länger ist als die von dem Zentrum der Mulde aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe.
-
Eine Länge von dem Zentrum der Mulde aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe kann 0,95-mal bis 1,0-mal größer der von dem Zentrum der Mulde zu einem obersten Abschnitt des vorstehenden Abschnitts sein.
-
Eine Länge von dem Zentrum der Mulde aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe kann 0,8-mal bis 0,9-mal größer der von dem Zentrum der Mulde zu einem äußersten (z.B. hintersten) Abschnitt des Aussparungsabschnitts sein.
-
Eine Höhe der Aussparungsabschnitt-Lippe kann 1,5-Mal oder weniger größer als die der Vorstehender-Abschnitt-Lippe sein.
-
Durch einen Kolben und einen den Kolben aufweisenden Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Kraftstoffnebel-und-Flamme-Überlappung vermieden werden.
-
Ferner kann durch einen Kolben und einen den Kolben aufweisenden Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Einlasswiderstand durch eine Führungsform des gesprühten Kraftstoffs verringert werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, der einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
- 2 ist eine Draufsicht auf einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie III-III von 2.
- 4 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie IV-IV von 2.
- 5 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie V-V von 2.
-
Detaillierte Beschreibung
-
In der folgenden detaillierten Beschreibung sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich einfach im Wege der Veranschaulichung gezeigt und beschrieben.
-
Wie die Fachmänner verstehen, können die beschriebenen Ausführungsformen auf zahlreiche unterschiedliche Weisen modifiziert werden, ohne dabei vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen durchgehend durch die Beschreibung gleiche Elemente.
-
In den Zeichnungen kann die Dicke von Ebenen, Folien, Paneelen, Bereichen, etc. aus Klarheitsgründen übertrieben sein.
-
Wenn davon gesprochen wird, dass ein Teil, wie z.B. eine Ebene, Folie, Paneel, Bereich, oder ein Platte, „an“/„auf“ einem anderen Teil angeordnet ist, bedeutet dies, dass das Teil direkt an/auf dem anderen Teil ist oder auch an/über dem anderen Teil mit mindestens einem zwischenliegenden Teil ist.
-
Wenn im Gegensatz dazu von einem Element als „direkt an“ einem anderen Element vorliegend gesprochen wird, dann liegen keine zwischenliegenden Elemente vor.
-
In der Beschreibung, falls nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, sind das Wort „aufweisen“ und Abwandlungen davon wie „aufweist“ oder „aufweisend“ außerdem so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von angegebenen Elementen, aber nicht die Ausschließung von irgendeinem anderen Element bedeuten.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugverbrennungsmotor, welcher einen Kolben, der eine Aussparung an seiner oberen Fläche hat, aufweist, offenbart. Der Kolben weist eine obere (z.B. oberste) flache Fläche (z.B. flachen Kolbenboden) auf, welche einem Injektor 70 innerhalb eines Zylinders eines Fahrzeugverbrennungsmotors 10 zugewandt ist. Der Kolben 30 weist eine Aussparung auf, welche an einem zentralen Abschnitt der oberen flachen Fläche ausgebildet ist. Innerhalb der Aussparung weist der Kolben einen zentralen Abschnitt 40 auf, welcher in Richtung zum Injektor hin vorsteht. Von oben betrachtet sind mehrere vorstehende Abschnitte (z.B. umfangsseitige (z.B. entlang der Umfangsrichtung der Aussparung angeordnete) Vorsprünge) 34 innerhalb der Aussparung um den zentralen Abschnitt 40 herum ausgebildet zum Leiten von Kraftstoff, der in die Aussparung eingespritzt wird. Da jeder der vorstehenden Abschnitte 34 nicht in einer symmetrischen Gestalt ist und zwei obere (z.B. oberste) flache Leitflächen 36, 38, welche in unterschiedlichen Winkeln gegen eine Kolbenbewegungsachse geneigt sind, aufweist, bildet eine Kraftstoffströmung von der Injektor 70, von oben betrachtet, wie in 2 gezeigt, einen Drall (z.B. auch Swirl-Strömung) innerhalb der Aussparung. Eine symmetrische Form der vorstehenden Abschnitte 34 bewirkt eine Tumble-Strömung (z.B. auch walzenförmige Strömung) des Kraftstoffs von der Unterseite der Aussparung zur Öffnung der Aussparung entlang einer Seitenwand der Aussparung zum Verringern der Überlappung eines Kraftstoffnebels und einer Flamme über dem Kolben.
-
1 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, der einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, und 2 ist eine Draufsicht auf einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
3 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie III-III von 2, 4 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie IV-IV von 2, und 5 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens entlang Linie V-V von 2.
-
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 weist ein Verbrennungsmotor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Injektor 70, in welchem eine Mehrzahl von Injektor-Löcher 72 radial und nach unten hin ausgebildet sind, und einen Kolben 30, in welchem mehrere vorstehende Abschnitten 34 ausgebildet sind, um Kraftstoff, welcher von dem Injektor-Loch 72 ausgespritzt bzw. ausgestoßen wird, in eine Richtung zu leiten, auf.
-
Der Kolben 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine obere Fläche (z.B. Kolbenboden) 32, welche in einem oberen Abschnitt ausgebildet ist, eine Mulde bzw. Wanne 50, welche konkav an der oberen Fläche ausgebildet ist, und die Mehrzahl von vorstehenden Abschnitten 34, welche durch einen vorbestimmten Abstand entlang eines Rands der Mulde 50 voneinander getrennt (z.B. voneinander im Abstand angeordnet) sind, aufweisen.
-
Wie in 3 gezeigt, weist jeder vorstehende Abschnitt 34 eine erste Leitfläche (z.B. erste (Strömungs-)Führungsfläche) 36, welche geneigt ausgebildet ist, um den Kraftstoff 101 in eine Richtung zu leiten, und eine zweite Leitfläche (z. B. zweite (Strömungs-)Führungsfläche) 38, welche in eine der ersten Leitfläche 36 entgegengesetzten Richtung geneigt ist, auf. Eine Querschnitt-Neigung bzw. -Schräge (z.B. Profilneigung bzw. -schräge) der ersten Leitfläche 36 einer Vertikalrichtung des Kolbens 30 kann flacher (z.B. mit geringerer Steilheit ausgebildet) sein als die einer zweiten Leitfläche 38 einer Vertikalrichtung des Kolbens 30 (z.B. kann eine im Querschnitt betrachtete Neigung der ersten Leitfläche 36 in der Vertikalrichtung des Kolbens weniger steil sein als eine im Querschnitt betrachtete Neigung der zweiten Leitfläche 38 in der Vertikalrichtung des Kolbens).
-
Wie in 1 und 2 gezeigt, wird Kraftstoff von jedem Injektor-Loch 72 in Richtung jedes vorstehenden Abschnitts 34 ausgespritzt bzw. ausgestoßen und kann der ausgespritzte Kraftstoff 101 entlang der ersten Leitfläche 36 geführt und strömen gelassen werden. Der ausgespritzte Kraftstoff kann im Uhrzeigersinn basierend auf einem oberen Abschnitt des Kolbens 30 strömen, wie in 2 gezeigt, jedoch ist er nicht hierauf beschränkt und der ausgespritzte Kraftstoff kann entsprechend einer Formrichtung der ersten Leitfläche 36 im Gegenuhrzeigersinn eingeleitet werden.
-
Es ist gezeigt, dass acht vorstehende Abschnitte 34 ausgebildet sind, um mit den ausspritzenden Injektor-Löchern zu korrespondieren, wobei jedoch die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und eine verschiedene Zahl von vorstehenden Abschnitten ausgebildet sein kann, um mit den ausgebildeten Injektor-Löchern zu korrespondieren.
-
Ein gleichmäßiger Drall des ausgespritzten Kraftstoffs 101 ist gemäß der Führung des ausgespritzten Kraftstoffs mittels der vorstehenden Abschnitte 34 erhältlich, und der ausgespritzte Kraftstoff 101 kann daran gehindert werden, überlappt zu werden.
-
Durch den Drall mittels der vorstehenden Abschnitte 34 ist ein zusätzlicher Drall, welcher an einer Einlassöffnung gebildet wird, nicht mehr nötig, und folglich kann eine Einlasseffizienz erhöht werden.
-
Ein Aussparungsabschnitt (z.B. rückspringender Abschnitt) 80 zum Leiten von Kraftstoff, welcher entlang der ersten Leitfläche 36 bewegt wird, nach oben kann zwischen jedem vorstehenden Abschnitt 34 ausgebildet sein.
-
An einer Grenze der Mulde 50 und der oberen Fläche 32 sind eine zu dem vorstehenden Abschnitt 34 zugehörige Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 und eine zu dem Aussparungsabschnitt 80 zugehörige Aussparungsabschnitt-Lippe 62 ausgebildet.
-
Die Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 und die Aussparungsabschnitt-Lippe 62 können als eine konstante Ebene (z.B. flache Fläche), welche die obere Fläche 32 berührt, definiert sein.
-
Eine Länge L1 vom Zentrum X der Mulde 50 aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 kann länger sein als eine Länge L3 von dem Zentrum X der Mulde 50 aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe 62.
-
Eine Länge L1 von dem Zentrum X der Mulde 50 aus zu der Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 kann 0,95-mal bis 1,0-mal größer der Länge L2 (bzw. z.B. 0,95-mal bis 1,0-mal der Länge L2) von dem Zentrum X der Mulde 50 zu einem obersten Abschnitt 39 des vorstehenden Abschnitts 34 sein.
-
Eine Länge L3 von dem Zentrum X der Mulde 50 aus zu der Aussparungsabschnitt-Lippe 62 kann 0,8-mal bis 0,9-mal größer der Länge L4 (bzw. z.B. 0,8-mal bis 0,9-mal der Länge L4) von dem Zentrum der Mulde 50 zu einem äußersten Abschnitt 82 des Aussparungsabschnitts 80 sein.
-
Eine Höhe h1 der Aussparungsabschnitt-Lippe 62 kann 1,5-Mal oder weniger größer als eine Höhe h2 (bzw. z.B. 1,5-fach kleiner oder noch kleiner als eine Höhe) der Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 sein.
-
Kraftstoff 101, welcher hin zu jedem vorstehenden Abschnitt 34 ausgespritzt wird, wird entlang der ersten Leitfläche 36 bewegt, vollführt eine Drehung entlang dem rund gestalteten Aussparungsabschnitt 80 und bewegt sich wieder entlang der zweiten Leitfläche 38.
-
Da eine Querschnitt-Neigung der zweiten Leitfläche 38 einer Vertikalrichtung des Kolbens 30 steiler als die der ersten Leitfläche 36 einer Vertikalrichtung des Kolbens 30 ausgebildet ist, kann sich Kraftstoff 102, welcher entlang dem Aussparungsabschnitt 80 gedreht wird, nach oben hin entlang der zweiten Leitfläche 38 bewegen.
-
Eine Tumble-Bewegung kann verstärkt werden durch eine Form des zentralen Abschnitts 40, der Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 und der Aussparungsabschnitt-Lippe 62.
-
Das heißt, dass mittels einer Form des vorstehenden Abschnitts 34, des Aussparungsabschnitts 80, des zentralen Abschnitts 40, der Vorstehender-Abschnitt-Lippe 60 und der Aussparungsabschnitt-Lippe 62 eine Drallbewegung (bezeichnet mit 101 in 2) und eine Tumble-Bewegung (bezeichnet mit 102 in 5) verstärkt werden.
-
Wie oben beschrieben, kann durch einen Kolben und einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffnebel-und-Flamme-Überlappung vermieden werden und ein Einlasswiderstand verringert werden.
-
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die (hierin) offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, diverse Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die im Umfang der angehängten Ansprüchen enthalten sein können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verbrennungsmotor
- 32
- obere Fläche
- 36
- erste Leitfläche
- 40
- zentraler Abschnitt
- 60
- Vorstehender-Abschnitt-Lippe
- 70
- Injektor
- 80
- Aussparungsabschnitt
- 30
- Kolben
- 34
- vorstehender Abschnitt
- 38
- zweite Leitfläche
- 50
- Mulde
- 62
- Aussparungsabschnitt-Lippe
- 72
- Injektor-Loch
