DE19631600C1 - Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, der eine Brennraummulde aufweist nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kolben mit Brennraummulden sind in zahlreichen Ausführungsformen be­ kannt. Dabei dienen die Brennraummulden im allgemeinen zur Erhöhung des Dralls der einströmenden Verbrennungsluft und damit zur besseren Gemischaufbereitung. Die mit den bekannten Kolbenformen erzielbaren Ergebnisse sind bislang jedoch nicht voll zufriedenstellend. So weisen die bekannten Kolbenformen insbesondere unvorteilhafte Verteilungen des Muldenvolumens auf, welche die Durchmischung von Luft und Kraftstoff beeinträchtigen.

Aus der Druckschrift DE-PS 5 69 702 ist ein Kolben für eine Einspritz­ brennkraftmaschine mit einem Luftspeicher bekannt, welcher eine Brenn­ raummulde aufweist. Diese Brennraummulde läuft zentralsymmetrisch in eine Spitze aus, welche mit der Stirnseite des Kolbens eben abschließt.

Ferner ist in der Druckschrift US 3,209,735 eine Kolbenkonstruktion für Brennkraftmaschinen beschrieben, wobei der Kolben eine Brennraum­ mulde aufweist, die in eine zentralsymmetrische Säule übergeht. An der Stirnseite dieser Säule sind eine Anzahl von Ausnehmungen für die Kraftstoffeinspritzung eingeformt, welche sich von der Mitte nach außen hin erstrecken.

Die Druckschrift DE 33 27 998 A1 zeigt schließlich eine Diesel-Brenn­ kraftmaschine mit luftverteilender Kraftstoffdirekteinspritzung, welche ei­ nen Kolben aufweist, in dessen Boden eine Brennraummulde eingeformt ist. Zentralsymmetrisch in der Brennraummulde ist ein Kegelstumpf mit ei­ ner für den Kraftstoffstrahl stirnseitig angeordneten Prallfläche angeord­ net, die dazu dient, den Kraftstoffstrahl gleichmäßig nach allen Seiten auf­ zufächern.

Ausgehend von der gattungsbildenden Druckschrift DE 33 27 998 A1 ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben für eine luftverdich­ tende Hubkolben-Brennkraftmaschine zu konzipieren, dessen Geometrie eine weiter verbesserte Gemischaufbereitung und eine damit verbundene verbesserte Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs fördert, so daß der Anteil der ausgestoßenen Schadstoffe reduziert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei der Kegelstumpf mit der Stirnseite des Kolbens eben abschließt und in den Kegelstumpf eine Anzahl von Ausnehmungen für die Kraftstoff­ einspritzung eingeformt sind, welche sich von der Mitte des Kegel­ stumpfes radial nach außen erstrecken und sich dabei strahlenförmig aufweiten und nach außen hin vertiefen.

Durch die Ausbildung des Kol­ bens ist eine besonders wirksame Durchmischung von Luft und Kraftstoff möglich, weil das Gemisch entlang nahezu geschlossener Strömungslini­ en geführt wird. Dabei dient die Stirnfläche des Kegelstumpfes, die mit der Stirnseite des Kolbens in einer Ebene liegt, als zusätzliche Abrißkante und Quetschfläche, so daß sich in diesem Bereich des Kolbens zusätzliche Verwirbelungen ergeben. Durch die Gestaltung der Ausnehmungen kann der von einer beispielsweise senkrecht stehenden Einspritzdüse einge­ spritzte Kraftstoff direkt auf den äußeren gewölbten Abschnitt der Brenn­ raummulde auftreffen, wobei sichergestellt ist, daß die sich aufweitenden Kraftstoffstrahlen ungehindert durch den Kegelstumpf hindurchdringen können. Auf diese Weise wird der Kraftstoff in optimaler Weise in die ver­ wirbelte Verbrennungsluft eingebracht und durchmischt.

Besonders bevorzugt entsprechen die Ausnehmungen im Kegelstumpf nach Lage und Anzahl den eingespritzten Kraftstoffstrahlen einer Ein­ spritzdüse. Somit kann auch bei solchen Einspritzdüsen mit mehreren Sprühöffnungen noch eine maximale Quetschfläche bereitgestellt werden und kann dadurch bedingt eine möglichst starke zusätzliche Verwirbelung bewirkt werden.

Zweckmäßig können die Ausnehmungen im Querschnitt auch einfach rin­ nenartig ausgebildet sein. Selbstverständlich sind auch andere Ausge­ staltungen der Ausnehmungen denkbar, die jedoch auf die Lage der Ein­ spritzdüse und die Verteilung der Sprühöffnungen abgestimmt sein müs­ sen.

Vorteilhaft weist die Brennraummulde eine Einschnürung aus. Durch die Einschnürung wird die verwirbelte Verbrennungsluft entlang vorgegebener Strömungslinien innerhalb der Brennraummulde geführt und das sich bil­ dende Luft/Kraftstoffgemisch in der Brennraummulde zurückgehalten.

Besonders vorteilhaft ist die Einschnürung zur Stirnseite hin als gerader Kragen und unterhalb des Kragens als zum Kolbenrand hin gewölbter Ab­ schnitt ausgebildet. Der gerade Kragen stellt dabei eine weitere Abriß­ kante für die verwirbelte Verbrennungsluft dar und verstärkt den Effekt, daß die Luft in der Brennraummulde gehalten wird, so daß eine beson­ ders günstige Durchmischung von Luft und Kraftstoff erfolgen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Tiefe der Aus­ nehmungen etwa der Höhe des Übergangs des Kragens zum gewölbten Abschnitt der Einschnürung. Durch dieses Merkmal ist gewährleistet, daß der eingespritzte Kraftstoff im Bereich des zum Kolbenrand hin gewölbten Abschnitts und nicht etwa im Bereich des Kragens auf die Brennraummul­ de auftrifft.

Bevorzugt fällt die Mantelfläche des Kegelstumpfes zum Boden hin steil ab. Denn auf diese Weise wird das Volumen der Brennraummulde nicht zu stark reduziert.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungs­ figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in geschnittener Darstellung und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 1.

Der zylindrische Kolben 1 für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraft­ maschine weist an seiner Stirnseite 2 eine eingeformte Brennraummulde 3 auf.

Die Brennraummulde 3 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet. Hierzu geht der Boden 4 der Brennraummulde 3 in den Mantel 5 eines zentral­ symmetrischen Kegelstumpfes 6 über und schließt der Kegelstumpf 6 mit der Stirnseite 2 des Kolbens 1 eben ab.

In den Kegelstumpf 6 sind jeweils im Winkel von 90° zueinander vier Aus­ nehmungen 7 angeordnet, die sich von der Mitte des Kegelstumpfes 6 radial nach außen erstrecken, sich strahlenförmig aufweiten und sich nach außen hin zunehmend vertiefen.

Zwischen den Ausnehmungen 7 befinden sich vier Stege 8, die in einer Ebene mit der Stirnseite 2 des Kolbens 1 jeweils in einer Stirnfläche 9 en­ den, welche die Form eines Kreisringsegments aufweist.

Der Boden 4 der Brennraummulde 3 geht zum Rand des Kolbens 1 hin in einen nach außen gewölbten Abschnitt 10 über und der gewölbte Ab­ schnitt 10 geht zur Stirnseite des Kolbens 1 in einen geraden Kragen 11 über. Dabei bilden der gewölbte Abschnitt 10 und der Kragen 11 eine Ein­ schnürung 12 der Brennraummulde 3.

Wird nun von einer nicht dargestellten Einspritzdüse, die vorzugsweise zentralsymmetrisch angeordnet ist, Kraftstoff in die Verbrennungsluft ein­ gespritzt, so können sich die einzelnen Kraftstoffstrahlen K dank der Aus­ nehmungen 7 im Kegelstumpf 6 ungehindert ausbreiten und schließlich auf den gewölbten Abschnitt 10 der Brennraummulde 3 auftreffen. Im fol­ genden werden dann die Luft und der Kraftstoff gründlich durchmischt, wobei die sich ausbildenden Verwirbelungen im wesentlichen innerhalb der Brennraummulde zirkulieren, was durch die als zusätzliche Abrißkan­ ten und Quetschflächen dienenden Stirnflächen 9 des Kegelstumpfes 6 innerhalb der Brennraummulde 3 sowie durch den Kragen 11 im Bereich der Einschnürung 12 unterstützt wird.

Claims (7)

1. Kolben für eine luftverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, der eine Brennraummulde aufweist, wobei der Boden der Brennraummulde in einen zentralsymmetri­ schen Kegelstumpf übergeht und die Brennraummulde im wesent­ lichen ringförmig ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Kegelstumpf (6) mit der Stirnseite (2) des Kolbens (1) eben abschließt und
• - in den Kegelstumpf (6) eine Anzahl von Ausnehmungen (7) für die Kraftstoffeinspritzung eingeformt sind, welche sich von der Mitte des Kegelstumpfes (6) radial nach außen erstrecken und sich dabei strahlenförmig aufweiten und nach außen hin vertiefen.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ nehmungen (7) nach Lage und Zahl den eingespritzten Kraft­ stoffstrahlen (K) entsprechen.

3. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausnehmungen (7) im Querschnitt rinnenartig ausge­ bildet sind.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde (3) eine Einschnürung (12) aufweist.

5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ schnürung (12) zur Stirnseite (2) hin als Kragen (11) und unterhalb des Kragens (11) als zum Kolbenrand hin gewölbter Abschnitt (10) ausgebildet ist.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ausnehmungen (7) etwa der Höhe des Übergangs vom Kragen (11) zum gewölbten Abschnitt (10) der Einschnürung (12) entspricht.

7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des Kegelstumpfes (6) zum Boden (4) der Brennraummulde (3) hin steil abfällt.