DE1805043A1

DE1805043A1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung in eine Kolbenmulde

Info

Publication number: DE1805043A1
Application number: DE19681805043
Authority: DE
Inventors: Reisacher Dr-Ing Josef
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1968-10-25
Filing date: 1968-10-25
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1292284A; FR2021532A1; FR2021532B1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 7737/4

Stuttgart-Untertürkheim 23. Okt. 19 6 8

Patentanmeldung

"Kolben-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung in eine Kolbenmulde"

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung in eine im wesentlichen rotationssymmetrische Kolbenmulde , Drallbewegung der Verbrennungsluft in der Mulde und mit im Zylinderkopf über der Muldenöffnung nahe einer Wandstelle derselben angeordneter, als Mehrlochdüse ausgebildeter Kraftstoffeinspritzdüse mit mindestens zwei aus der Zylinderquerrichtung etwas in die Mulde geneigten Strahlrichtungen, von denen die eine etwa in Drallrichtung gerichtet ist.

Bei solchen Brennkraftmaschinen ist man bestrebt, den eingespritzten Kraftstoff so gegen die Seitenwand der Kolbenmulde zu spritzen, daß er nach Möglichkeit auf den äußeren Seitenwandbereich der Mulde verteilt wird. Auf diese Weise soll eine unvollständige Verbrennung verhindert werden, die dadurch entsteht, daß zu viel Kraftstoff in den unteren Bereich der Mulde gelangt, in dem beim Auswärtsgehen des Kolbens kein axiales Abströmen der Verbrennungsluft stattfindet und infolgedessen auch kein Kraftstoff mittransportiert und mit der übrigen Verbrennungsluft in Verbindung gebracht wird.

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Die Erzielung der genannten Wandverteilung macht jedoch insbesondere bei kleinem Hubvolumen des Arbeitszylinders und bei schnellaufenden Maschinen Schwierigkeiten, weil die bei solchen Maschinen geforderten möglichst leichten Kolben über dem Kolbenbolzen keine ausreichende Bauhöhe zur Unterbringung einer geeigneten Brennraum mulde mehr zulassen. Überdies bereitet es auch Schwierigkeiten, bei solchen Brennkraftmaschinen mit zwei Ventilen je Zylinder und möglichst zentraler Lage der Mulde eine Zündkerze oder Glühkerze im Zylinderkopf so anzuordnen, daß sie sich noch im Bereich der kreisrunden Muldenöffnung ™ befindet und bei in OT-Stellung befindlichem Kolben in die Muldenöffnung noch etwas hineinragen kann. Häufig ist man dazu gezwungen, die genannte Zündquelle im Zylinderkopf außerhalb der Muldenöffnung anzuordnen, so daß sie nur schräg nach der Muldenachse hin in den Zylinderraum hineinragen kann und in der in der Regel etwa zylindrischen Seitenwand der Mulde zur Aufnahme der Zündquelle eine radial nach außen erweiterte Nische vorhanden sein muß, die sich erfahrungsgemäß störend auf die Verbrennung auswirkt und die zu Rußbildung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Mangel zu vermeiden und die eingangs genannte Brennkraftmaschine so zu vervollkommnen, daß insbesondere auch bei kleinem Hubvolumen der Arbeitszylinder und schneilaufendem Betrieb der Brennkraftmaschine eine einwandfreie Verbrennung und gute Ausnutzung des Kraftstoffs gewährleistet wird.

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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Seitenwand der Mulde an die Muldenöffnung mit einer nach dem Muldenboden hin etwa kegel- oder tonnenförmig verjüngten Wandfläche anschließt, die in den die Auftreffstellen der Einspritz strahlen aufnehmenden Axialschnitten der Mulde etwa quer zu den auftreffenden Einspritzstrahlen verläuft.

Bei oiner solchen Zuordnung einer geneigten Seitenwand der Kolbenmulde zur Auftreffrichtung der Kraftstoffstrahlen wird eine axial nach dem Muldenboden hin gerichtete Komponente der Strahlrichtung an der Auftreffstelle vollständig oder zumindest so weitgehend vermieden, daß der Kraftstoff von der Auftreffstelle her im wesentlichen nur noch in Umfangsrichtung der Seitenwand der Mulde ausgebreitet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Strahlrichtung der Einspritzdüse in an sich bekannter Weise der Drallrichtung im wesentlichen entgegen und in den Bereich einer im Zylinderkopf angeordneten Zündqüelle gerichtet. Da auch der in dieser Strahlrichtung eingespritzte sogenannte Zündstrahl in der vorgenannten Weise etwa quer auf die Seitenwand der Mulde auftrifft, bleiben die eingangs genannten Mängel auch bei einer Ausnutzung der Zündhilfe vermieden.

Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die bei in OT-Stellung befindlichen Kolben in die Mulde nahe deren rotationssymmt'trischer Seitenwand etwas hineinragende Zündquelle eine der Seitenwand etwa gleichende Neigung zur Muldenachse auf. Die

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kegel- oder tonnenförmige Erweiterung der Muldenöffnung bringt hier nicht nur den Vorteil der Vermeidung einer bisher üblichen Kerzennische, sondern auch noch den weiteren Vorteil mit sich, daß die Zündquelle in einem nur kleinen gleichbleibenden Abstand von der Seitenwand der Mulde in diese hineinragt und sich somit im Bereich der größten auftretenden Wirbelgeschwindigkeit der Verbrennungsluft befindet, die in Verbindung mit dem entgegengespritzten Zündstrahl eine gute Gemischbildung vor der Zündquelle gewährleistet.

^ Weitere, ebenfalls bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen

die Absetzung der Seitenwand der Mulde am inneren Ende der kegel oder tonnenförmig verjüngten Wandfläche auf einen kleineren Durchmesser, wodurch der an der äußeren Seitenwand verteilte Kraftstoff zusätzlich an einem tieferen Eindringen nach dem Muldenboden hin gehindert wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ; es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem axial zu ihrem Kolben geführten Teilschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 in einem Teilquerschnitt nach der Linie H-II der Fig.. Ij

Fig. 3 einen der Fig. 1 ähnlichen Teilschnitt eines abgewandelten Kolbens derselben Brennkraftmaschine.

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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kolben 1 ist Bestandteil einer nicht näher dargestellten Kolben-Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf je Arbeitszylinder einem hängenden Einlaßventil und einem hängenden Auslaßventil sowie mit Kraftstoffeinspritzung unmittelbar in den Verdichtungshub über eine im Zylinderkopf angeordnete Zweilochdüse 2. Der im Bereich der OT-Lage des Kolbens 1 gebildete Verdichtungsraum des Arbeitszylinders wird im wesentlichen durch eine im Kolben 1 angeordnete rotationssymme.trische Mulde 3 gebildet, in die die Zweilochdüse 2 bei der OT-Lage des Kolbens 1 nahe deren Seitenwand noch etwas eintaucht. Der in die Mulde 3 einströmenden Verbrennungsluft wird durch übliche, nicht besonders dargestellte Mittel ein Drall in Richtung des Pfeiles 4 der Fig. 2 erteilt, so daß die Verbrennungsluft in die Mulde 3 gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn kreisend einströmt.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, schließt die Seitenwand der Mulde 3 an die Muldenöffnung mit einer nach dem Muldenboden 5 hin etwa kegelförmig verjüngten Wandfläche 6 an, an die über dem Muldenboden 5 noch ein über eine innere Ringschulter 7 auf einen kleineren Durchmesser abgesetzter zylindrischer Wandteil 8 anschließt, der eine gegenüber der äußeren Wandfläche 6 geringere Höhe aufweist.

Die Zweilochdüse ist im Zylinderkopf über der Muldenöffnung nahe einer Wandstelle derselben angeordnet und weist in Umfangsrichtung der Düse zwei um nur wenig unter 180 zueinander versetzte Strahlrichtungen auf, die beide aus der Zylinderquerrichtung etwas in die Mulde 3 geneigt sind. Dabei ist der eine Einspritzstrahl 9 etwa in Drallrichtung

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und der andere Einspritzstrahl 10 etwa gegen die Drallrichtung und mit seiner Spitze zugleich in den Bereich einer Glühkerze 11 gerichtet, die im Zylinderkopf angeordnet ist und bei in OT-Stellung befindlichem Kolben 1 in die Mulde 3 nahe deren kegelförmiger Wandfläche 6 mit einer der Wandfläche etwa gleichenden Neigung zur Muldenachse 12 hineinragt.

Die Wandfläche 6 in den die Auftreffstellen der Einspritzstrahlen 9 und 10 aufnehmenden Axial schnitten der Mulde 3 verläuft etwa quer zu den auftreffenden E inspritz strahlen 9 und 10. Dabei liegen die Auftreffstellen der Einspritzstrahlen 9 und 10 infolge der vorgenannten Neigung der Strahlen in die Mulde 3 hinein so weit vom Öffnungsrand 13 der Mulde 3 weg, daß ein Überspritzen des Öffnungsrandes 13 selbst bei relativ frühem Einspritzbeginn gerade noch ausgeschlossen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Neigungswinkel i*cler Einspritzstrahlen 9 und 10 etwa 17 , während der KegelwinkeloC der kegelförmigen Wandfläche 6 der Mulde 3 etwa 35 beträgt. Somit ergibt sich an der Auftreffstelle der Kraftstoff strahlen 9 und 10 auf die Wandfläche 6 in den dargestellten Schnitten ein Auftreffwinkel ft von etwa 90 . Dadurch breiten sich die Kraftstoffstrahlen beim Auftreffen am oberen Rand der Mulde aus, an dem bei der Expansion die Verbrennungsluft vorbeiströmt. In den Bereich des Muldenbodens, in dem sich keine axiale Strömung ausbildet, gelangt kein Kraftstoff.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung ist die Wandfläche 6a statt kegelförmig etwa tonnenförmig eingeschnürt, wobei die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Auftreffverhältnisse der Einspritzstrahlen jedoch die gleichen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. Insbesondere kann sich bei einer stärkeren Neigung der Einspritzstrahlen 9 und 10 zur Zylinder-Querrichtung ein größerer Kegelwinkel ^C ergeben, als im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Bei den hier insbesondere betroffenen kleinen Hubvolumen und entsprechend kleinen Kolben wird man aber die Neigung der Einspritzstrahlen schon wegen der begrenzten

Tiefe der Mulde nicht größer wählen, als zur Vermeidung einer Überist.

spritzung des Öffnungsrandes 13 der Mulde notwendig/ Bei der Zweilochdüse können sich je nach deren Anordnung im Verbrennungsraum und je nach der Strahlrichtung verschiedene Strahllängen ergeben, wobei der kürzere Strahl einer entsprechend größeren Neigungswinkel aufweist. Statt der beschriebenen Zweilochdüse könnte die Brennkraftmaschine auch eine drei oder mehr Düsenbohrungen aufweisende Lochdüse aufweisen. Es könnten auch die innere Ringschulter 7 und der anschließende zylindrische Wandteil über dem Muldenboden 5 fehlen, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

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Claims

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Ansprüche

1. Kolben-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung in eine

im wesentlichen rotationssymmetrische Kolbenmulde, Drallbewegung der Verbrennungsluft in der Mulde und mit im Zylinderkopf über der Muldenöffnung nahe einer Wandstelle derselben angeordneter, als Mehrlochdüse ausgebildeter Kraftstoffeinspritzdüse mit mindestens zwei aus der Zylinderquerrichtung etwas in die MuI-de geneigten Strahlrichtungen, von denen die eine etwa in Drallrichtung gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand der Mulde (3) an die Muldenöffnung mit einer nach dem Muldenboden (5) hin etwa kegel- oder tonnenförmig verjüngten Wandfläche (6) anschließt, die in den die Auftreffstellen der Einspritzstrahlen (9 und 10) aufnehmenden Axialschnitten der Mulde (3) etwa quer zu den auftreffenden Einspritzstrahlen (9 und 10) verläuft.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlrichtung (Einspritzstrahl 10) der Einspritzdüse (2) in an sich bekannter Weise der Drallrichtung (Pfeil 4) im wesentlichen entgegen und in den Bereich einer im Zylinderkopf angeordneten Zündquelle (Glühkerze 11) gerichtet ist.

■i. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei in OT-Stellung befindlichem Kolben (1) in die Mulde (3) nahe deren rotationssymmetrischer Seitenwand

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(Wandfläche 6) hineinragende Zündquelle (Glühkerze 11) eine der Seitenwand etwa gleichende Neigung zur Muldenachse (12) aufweist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die kegel- oder tonnenförmig verjüngte Wandfläche (6) über dem Muldenboden (5) noch ein über eine innere Ringschulter (7) auf einen kleineren Durchmesser abgesetzter im wesentlichen zylindrischer Wandteil (8) anschließt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wandteil (8) eine gegenüber der äußeren Wandfläche (6) geringere Höhe aufweist.

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