DE19621635B4 - Diesel engine - Google Patents

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Abstract

Diesel-Brennkraftmaschine, mit
– zwei Einlaßkanälen (8), zwei Auslaßkanälen (8'), vier Ventilen (7, 7'), einer Einspritzdüse (11) und einem Kolben (2) pro Zylinder (1), wobei
– die Achsen der Ventile (7, 7') zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel angeordnet sind,
– die Einspritzdüse (11) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel sowie zur Querschnittsfläche des Zylinders (1) im wesentlichen mittig angeordnet ist, und
– der eine Einlaßkanal (8) als Drallkanal (9) und der andere Einlaßkanal (8) als Füllkanal (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
– der Kolben (2) eine Brennraummulde (3) mit eingezogenem Muldenrand (4) aufweist und die Einspritzdüse (11), mit einem Einspritzwinkel von 140° bis 155° ausgebildet ist, so dass die Sprühstrahlen der Einspritzdüse (11) an der Innenseite des Muldenrandes (4)tangential auftreffen.Diesel engine, with
- Two inlet channels (8), two outlet channels (8 '), four valves (7, 7'), an injection nozzle (11) and a piston (2) per cylinder (1), wherein
- The axes of the valves (7, 7 ') are arranged essentially parallel to the axis of the cylinder (1),
- The injection nozzle (11) to the axis of the cylinder (1) is substantially parallel and to the cross-sectional area of the cylinder (1) is arranged substantially centrally, and
- The one inlet channel (8) is designed as a swirl channel (9) and the other inlet channel (8) as a filling channel (10), characterized in that
- The piston (2) has a combustion chamber bowl (3) with a recessed bowl rim (4) and the injection nozzle (11) is designed with an injection angle of 140 ° to 155 °, so that the spray jets of the injection nozzle (11) on the inside of the Hit the trough edge (4) tangentially.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Derartige Brennkraftmaschinen zeichnen sich durch einen besonders günstigen Kraftstoffverbrauch aus.The present invention relates to a diesel internal combustion engine according to the preamble of the claim 1, works according to the direct injection method. Such internal combustion engines are characterized by particularly low fuel consumption out.

Aus der EP 0 477 046 B1 ist ein solcher Dieselmotor bekannt, der nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Dieser Motor besitzt zwei Einlaßkanäle, zwei Auslaßkanäle, vier Ventile, eine Einspritzdüse und einen Kolben pro Zylinder. Dabei sind die Ventile parallel zur Zylinderachse und ist die Einspritzdüse konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet.From the EP 0 477 046 B1 Such a diesel engine is known, which works according to the direct injection method. This engine has two intake ports, two exhaust ports, four valves, one injector and one piston per cylinder. The valves are parallel to the cylinder axis and the injection nozzle is arranged concentrically to the cylinder axis.

Probleme bereiten bei diesem Stand der Technik jedoch die relativ rauhen Verbrennungsgeräusche. Außerdem sind die Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit des Betriebs derartiger Brennkraftmaschinen inzwischen deutlich gestiegen.Problems with this stand technology, however, the relatively harsh combustion noises. Also are the requirements for economy and environmental friendliness the operation of such internal combustion engines is now clear gone up.

Aus der WO 86/ 05237 A1 ist ein solcher Diesel-Motor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt.Such is known from WO 86/05237 A1 Diesel engine according to the characteristics known of the generic term.

Aus der EP 04 12 552 A1 ist ein Kolben mit einer Brennraummulde mit eingozogenen Muldenrand und stumpfem Einspritzwinkel bekonnt.From the EP 04 12 552 A1 is a piston with a combustion chamber bowl with retracted bowl edge and blunt injection angle.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Diesel-Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher das Geräuschniveau weiter gesenkt und der Kraftstoffverbrauch weiter verringert werden kann. Zudem soll diese Brennkraftmaschine kostengünstig herstellbar sein.It is therefore the task of the present Invention to design an improved diesel engine which is the noise level further reduced and fuel consumption further reduced can. In addition, this internal combustion engine should be inexpensive to manufacture his.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1. Denn mit dieser Merkmalskombination ist es. möglich, zum einen die Akustik und zum anderen die Verbrauchswerte der Diesel-Brennkraftmaschine positiv zu beeinflussen. Entscheidend sind dabei die Abstimmungen der einzelnen Komponenten aufeinander. So ist durch die Aufteilung der Einlaßkanäle in einen Drallkanal und in einen Füllkanal in allen Drehzahlbereichen eine gute Verwirbelung der Luft und eine gute Füllung des Brennraumes gewährleistet. Daher kann die Brennkraftmaschine in jedem Drehzahlbereich mit einem außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad arbeiten. Aufgrund der speziellen Anordnung und Ausgestaltung der Einspritzdüse in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Verwirbelung und Füllung ist dabei eine optimale Luft-Diesel-Gemischbildung gewährleistet. Unterstützt wird die Luft-Diesel-Gemischbildung durch die besondere Ausgestaltung des Kolbens, wonach dieser eine Brennraummulde mit eingezogenem Muldenrand aufweist. Denn in dieser Brennraummulde findet das verwirbelte Gemisch besonders günstige geometrische Gegebenheiten vor.This task is solved by the diesel engine according to claim 1. Because with this combination of features it is. possible, on the one hand the acoustics and on the other hand the consumption values of the diesel engine to positively influence. The coordination is crucial of the individual components on top of each other. So is by the division the inlet channels into one Swirl channel and into a filling channel a good swirling of the air and a good filling the combustion chamber guaranteed. Therefore the internal combustion engine can operate in any speed range with an exceptionally high Work efficiency. Due to the special arrangement and design the injector in connection with the swirling and filling described above optimal air-diesel mixture formation guaranteed. supports air-diesel mixture formation by the special design of the piston, according to which this one Combustion chamber bowl with retracted bowl edge. Because in this The swirled mixture finds combustion chamber trough particularly favorable geometric Conditions.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Ventile dieser Diesel-Brennkraftmaschine unsymmetrisch um die Einspritzdüse herum angeordnet. Dank der unsymmetrischen Anordnung der Ventile können der Drallkanal und der Füllkanal ideal zueinander positioniert sein, ohne daß zu starke Einschnürungen oder Umlenkungen der Kanäle, die das Verwirbelungs- und das Füllverhalten stören würden, erforderlich sind. Außerdem kann auf diese Weise der Aufbau des Zylinderkopfes unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes bewerkstelligt werden.According to a particularly advantageous one embodiment the valves of this diesel engine are asymmetrical around the injector arranged. Thanks to the asymmetrical arrangement of the valves, the Swirl channel and the filling channel ideally positioned in relation to each other without constrictions or Channel diversion, which would disturb the swirling and filling behavior are. Moreover can in this way the structure of the cylinder head under optimal Utilization of the existing space can be accomplished.

Ferner ist es bevorzugt, daß die Achsen der Ventile maximal um einen Winkel von ca. 5° zu den Achsen der Zylinder geneigt sind.It is further preferred that the axes the valves at a maximum angle of approx. 5 ° to the axes of the cylinders are inclined.

Zweckmäßigerweise können die Einspritzdüsen etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder hineinragen und fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen aufweisen. Dadurch können je nach Querschnitt größere Kraftstoffmengen mit einer kurzen oder langen Einspritzdauer gefördert werden.Conveniently, the injectors protrude about 1.5 to 4.0 millimeters into the cylinder and five, six or have seven spray orifices. This allows Depending on the cross section, larger amounts of fuel be promoted with a short or long injection duration.

Die Einspritzdüsen sollten einen Spritzwinkel von ca. 140 bis 155° aufweisen. Dadurch trifft der eingespritzte Strahl fast tangential auf denn Randbereich innerhalb der Brennraummulde auf. An dieser Stelle hat das verwirbelte Gemisch die maximale Geschwindigkeit.The injectors should have a spray angle of have approximately 140 to 155 °. As a result, the injected jet strikes almost tangentially Edge area within the combustion chamber trough. At this point the swirled mixture the maximum speed.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Durchmesser von Brennraummulde und Kolben 0.48 bis 0.53 und das Verhältnis von Hub und Durchmesser des Kolbens 1.05 bis 1.20. Innerhalb dieser Relationen wird der Verbrennungsvorgang der Brennkraftmaschine begünstigt. Zugleich ist dadurch eine lange Standzeit des Kolbens verwirklicht. Indem der Kolben zusätzlich noch einen gewölbten Muldenboden aufweist, kann die Standzeit des Kolbens weiter verlängert werden.The ratio of the diameter of the combustion chamber trough is preferably and pistons 0.48 to 0.53 and the ratio of stroke and diameter of the Pistons 1.05 to 1.20. The combustion process takes place within these relations favored the internal combustion engine. At the same time, the piston has a long service life. By adding the piston another arched one Has trough bottom, the service life of the piston can be further extended.

In vorteilhafter Weise arbeitet die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Verdichtung von 18 bis 22.The works in an advantageous manner Internal combustion engine according to the invention with a compression of 18 to 22.

Schließlich kann eine Abgasturboladung mit Ladeluftkühlung sowie auch eine Abgasrückführung vorgesehen sein.Finally, an exhaust gas turbocharger with charge air cooling as well as an exhaust gas recirculation his.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:The present invention is under Reference to the two drawing figures explained in more detail. Show it:

1 eine Draufsicht auf einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung; und 1 a plan view of a cylinder of the internal combustion engine according to the invention in a schematic, highly simplified representation; and

2 einen Schnitt entlang der Linie II-II' aus 1. 2 a section along the line II-II ' 1 ,

In den Figuren ist ein Zylinder 1 mit einem darin auf- und abbewegbaren Kolben 2 dargestellt, wobei durch die maximale Auf- und Abbewegung des Kolbens 2 der Hub H definiert ist. Die Relation von Hub H des Kolbens 2 und von Durchmesser DK des Kolbens 2 beträgt ca. 1.10.In the figures is a cylinder 1 with a piston that can be moved up and down 2 represented by the maximum up and down movement of the piston 2 the stroke H is defined. The relation of stroke H of the piston 2 and of the diameter D K of the piston 2 is approximately 1.10.

An seiner Stirnseite weist der Kolben 2 eine Brennraummulde 3 mit deutlich eingezogenem Muldenrand 4 und zentralsymmetrisch gewölbtem Muldenboden 5 auf. Dabei ist das Verhältnis von Durchmesser DB der Brennraummulde 3 und von Durchmesser DK des Kolbens 1 ca. 0.5 und das Verhältnis der Tiefe TB der Brennraummulde 3 zum Durchmesser DB der Brennraummulde ca. 0.4.The piston faces on its end face 2 a combustion bowl 3 with clearly recessed trough edge 4 and centrally symmetrically curved trough bottom 5 on. The ratio of the diameter D B to the combustion chamber trough 3 and from through knife D K of the piston 1 0.5 and the ratio of the depth T B of the combustion chamber trough 3 to the diameter D B of the combustion chamber trough approx. 0.4.

Stirnseitig schließt sich an den Zylinder 1 der Zylinderkopf 6 an. Im Zylinderkopf 6 sind vier Ventile 7, 7' vorgesehen, deren Achsen parallel zur Achse des Zylinders 1 orientiert sind. Die Ventile 7, 7', nämlich zwei Einlaßventile 7 und zwei Auslaßventile 7', sind dabei unsymmetrisch, das heißt auf verschiedenen zu dem Zylinder 1 koaxialen Kreisringen beziehungsweise in ungleichen Abständen zum Flächenmittelpunkt des Zylinders 1 angeordnet. Zu den Ventilen 7, 7' führen zwei Einlaßkanäle 8 und zwei Auslaßkanäle 8', wobei der kürzere der beiden Einlaßkanäle 8 als Drallkanal 9 und der längere der beiden Einlaßkanäle 8 als Füllkanal 10 ausgebildet ist.The cylinder is connected at the front 1 the cylinder head 6 on. In the cylinder head 6 are four valves 7 . 7 ' provided whose axes are parallel to the axis of the cylinder 1 are oriented. The valves 7 . 7 ' , namely two intake valves 7 and two exhaust valves 7 ' , are asymmetrical, that is to say different on the cylinder 1 coaxial circular rings or at uneven distances from the center of the surface of the cylinder 1 arranged. To the valves 7 . 7 ' lead two inlet channels 8th and two outlet channels 8th' , the shorter of the two inlet channels 8th as a swirl channel 9 and the longer of the two inlet channels 8th as a filling channel 10 is trained.

Beide Einlaßventile 8 münden an einer Seite des Zylinderkopfes 6 während die beiden Auslaßkanäle 8' an der anderen Seite des Zylinderkopfes 6 münden. Im Mündungsbereich sind die beiden Auslaßkanäle 8' zu einem gemeinsamen Kanal zusammengeführt Zwischen den Ventilen 7, 7' und parallel dazu ist eine Einspritzdüse 11 angeordnet. Die Einspritzdüse 11 sitzt etwa mittig in der Querschnittsfläche des Zylinders 1 und ragt geringfügig in den Raum des Zylinders 1 hinein. An dem in den Zylinder 1 hineinragenden Ende der Einspritzdüse 11 sind sechs Spritzöffnungen 12 vorgesehen. Die Spritzöffnungen 12 sind auf einer Kreisbahn in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet. Im aktivierten Zustand bilden die Spritzöffnungen 12 zusammen einen Sprühwinkel α von ca. 140°. Dieser Sprühwinkel ist so dimensioniert, daß die Sprühstahlen der Einspritzdüse 11 an der Innenseite des Muldenrandes 4 tangential auftreffen.Both intake valves 8th open on one side of the cylinder head 6 while the two outlet channels 8th' on the other side of the cylinder head 6 lead. In the mouth area are the two outlet channels 8th' merged into a common channel between the valves 7 . 7 ' and in parallel is an injector 11 arranged. The injector 11 sits approximately in the middle of the cross-sectional area of the cylinder 1 and protrudes slightly into the space of the cylinder 1 into it. On the one in the cylinder 1 protruding end of the injector 11 are six spray openings 12 intended. The spray openings 12 are arranged on a circular path at equidistant intervals. When activated, the spray openings form 12 together a spray angle α of approximately 140 °. This spray angle is dimensioned so that the spray steels of the injection nozzle 11 on the inside of the bowl rim 4 strike tangentially.

Claims (12)

Diesel-Brennkraftmaschine, mit – zwei Einlaßkanälen (8), zwei Auslaßkanälen (8'), vier Ventilen (7, 7'), einer Einspritzdüse (11) und einem Kolben (2) pro Zylinder (1), wobei – die Achsen der Ventile (7, 7') zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel angeordnet sind, – die Einspritzdüse (11) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel sowie zur Querschnittsfläche des Zylinders (1) im wesentlichen mittig angeordnet ist, und – der eine Einlaßkanal (8) als Drallkanal (9) und der andere Einlaßkanal (8) als Füllkanal (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß – der Kolben (2) eine Brennraummulde (3) mit eingezogenem Muldenrand (4) aufweist und die Einspritzdüse (11), mit einem Einspritzwinkel von 140° bis 155° ausgebildet ist, so dass die Sprühstrahlen der Einspritzdüse (11) an der Innenseite des Muldenrandes (4) tangential auftreffen.Diesel internal combustion engine, with - two inlet channels ( 8th ), two outlet channels ( 8th' ), four valves ( 7 . 7 ' ), an injector ( 11 ) and a piston ( 2 ) per cylinder ( 1 ), whereby - the axes of the valves ( 7 . 7 ' ) to the axis of the cylinder ( 1 ) are arranged essentially in parallel, - the injection nozzle ( 11 ) to the axis of the cylinder ( 1 ) essentially parallel and to the cross-sectional area of the cylinder ( 1 ) is arranged essentially in the middle, and - the one inlet channel ( 8th ) as a swirl channel ( 9 ) and the other inlet duct ( 8th ) as filling channel ( 10 ) is formed, characterized in that - the piston ( 2 ) a combustion chamber trough ( 3 ) with recessed rim ( 4 ) and the injection nozzle ( 11 ), with an injection angle of 140 ° to 155 °, so that the spray jets of the injection nozzle ( 11 ) on the inside of the bowl rim ( 4 ) hit tangentially. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7, 7') unsymmetrisch um die Einspritzdüse (11) herum angeordnet sind.Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valves ( 7 . 7 ' ) asymmetrical around the injection nozzle ( 11 ) are arranged around. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ventile (7, 7') maximal um einen Winkel von ca. 5° zur Achse des Zylinders (1) geneigt sind.Diesel internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the axes of the valves ( 7 . 7 ' ) at most by an angle of approx. 5 ° to the axis of the cylinder ( 1 ) are inclined. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder (1) hineinragen.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) about 1.5 to 4.0 millimeters in the cylinder ( 1 ) protrude. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen (12) aufweisen.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) five, six or seven spray openings ( 12 ) exhibit. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) mit einem maximalen Einspritzdruck von ca. 350 bar bei 1000 U/min und ca. 1000 bar bei 4000 U/min arbeiten.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) work with a maximum injection pressure of approx. 350 bar at 1000 rpm and approx. 1000 bar at 4000 rpm. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (DB, DK) von Brennraummulde (3) und Kolben (2) 0.48 bis 0.53 sowie von der Tiefe (TB) der Brennraummulde und vom Durchmesser (DB) der Brennraummulde 0.37 bis 0.45 beträgt.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of the diameters (D B , D K ) of the combustion chamber trough ( 3 ) and piston ( 2 ) 0.48 to 0.53 and the depth (T B ) of the combustion chamber trough and the diameter (D B ) of the combustion chamber trough is 0.37 to 0.45. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde (3) einen gewölbten Muldenboden (5) aufweist.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the combustion chamber trough ( 3 ) a domed trough bottom ( 5 ) having. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hub (H) des Kolbens (2) und von Durchmesser (DK) des Kolbens (2) 1.05 bis 1.20 beträgt.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ratio of stroke (H) of the piston ( 2 ) and of the diameter (D K ) of the piston ( 2 ) Is 1.05 to 1.20. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Verdichtung von 18 bis 22 arbeitet.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that with a compression of 18 to 22 works. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasturboladung mit Ladeluftkühlung vorgesehen ist.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that a Exhaust gas turbocharging with charge air cooling is provided. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eine Abgasrückführung von maximal 70 % vorgesehen ist.Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that depending A maximum of 70% exhaust gas recirculation is provided from the operating conditions is.
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