DE2705271A1

DE2705271A1 - Luftverdichtende, selbstzuendende einspritz-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2705271A1
Application number: DE19772705271
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hofbauer; Cornelia Schwarz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2705271C2; US4195597A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180

Unsere Zeichen: K 2255
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Luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftma3chine

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftmaschine mit wenigstens einem in einem Zylinder gleitenden Kolben und einer jedem Kolben zugeordneten Verbrennungskammer, die aus einer Hauptbrennkammer und einer mit der Hauptbrennkammer über einen Verbindungskanal verbunden Kammer besteht, wobei
die Hauptbrennkammer eine in die Stirnfläche des Kolbens eingearbeitete Mulde aufweist, die aus zwei miteinander verbundenen, symmetrisch zu einem in der Ebene des Verbindungskanals liegenden Kolbendurchmesser angeordneten Ausnehmungen mit äußerer, kreisförmiger Begrenzung und aus einem dein Verbindungskanal gegenüberliegenden, diametral gerichteten An3trömkanal besteht.

Derartige Ausführungen von Brennkraftmaschinen sind beispielsweise
aus der DT-OS 25 03 218 bekannt und werden häufig mit der Bezeichnung

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Vorsitzender Vorstand- Tom SchmucKer, vorst! 'ender ■ Hjrsi B-i :* ΐ^¹ j ^r ί Prji. D'. t^cnr. Ernst Fuia ■ Dr jlt. Peier Fterlc

Wirbelkaminer-Dieselmotoren versehen. Bei diesen Srennkraftmaschinen erfolgt die Zündung durch Sinspritzung des Kraftstoffes in die als Wirbelkammer ausgebildete Vorkammer. Aus dieser tritt dann ein Flaamenstrahl durch einen auch Schußkanal genannten Verbindungskanal in den Hauptbrennraum, der bei Einhaltung engster Toleranzen zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf zu einem wesentlichen Teil durch eine in der Kolbenstirnfläche eingearbeitete muldenförmige Ausnehmung gebildet wird. Diese muldenförmige Kolbenausnehmung, in die der aus dem Verbindungskanal austretende Flammenstrahl einschießt, hat dabei auch die Aufgabe, die Flammengase nach Möglichkeit gleichmäßig über den gesamten restlichen Teil der Hauptverbrennungskammer, der oberhalb der Kolbenstirnfläche zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf gebildet ist, zu verteilen. Erst dadurch kann eine weitgehende Verbrennung der gesamten Zylinderladung zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.

Besonders bei Dieselmotoren mit kleinem Hubraum bestehen nun Schwierigkeiten, das vorgegebene hohe Verdichtungsverhältnis einzuhalten, da der sich im oberen Totpunkt des Kolbens einstellende Abstand zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf und damit auch das durch diesen Abstand bestimmte Volumen der Hauptbrennkammer durch die bei der Fertigung auftretenden Toleranzen in gewissem Maße veränderbar sind. Damit ist aber auch das Volumen begrenzt, das für die in der Kolbenstirnfläche eingearbeitete muldenförmige Ausnehmung zur Verfügung steht.

In der bereits erwähnten DT-OS 25 0? 218 ist eine Ausführung einer Kolbenmulde gezeigt, bei der der Anströmkanal und zwei kreisscheibenförmige Ausnehmungen, die in Form einer Acht symmetrisch zu einem in der Ebene des VerbindungskanaHs liegenden Kolbendurchmesser angeordnet sind* einen Boden mit gleicher Tiefe aufweisen. Es ist dort weiter schon vorgeschlagen worden, wenigstens den Boden des diametral zum Kolben liegenden Anströmkanals von dem dem Kolbenrand zugewandten Ende her ansteigen zu lassen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, durch geeignete Maßnahmen eine bessere Führung des Flammenstrahls in der

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Kolbenmulde und damit eine günstigere Verteilung der Flammengase' über den gesamten Hauptbrennraum sicherzustellen. Dabei wird davon ausgegangen, daß eins Verbesserung der Führung für den aus dem Verbindungskanal herausschießenden Flammenstrahl dadurch erreicht werden kann, daß die Kolbenmulde zumindest in dem dem Verbindungskanal gegenüberliegenden Teil möglichst tief in den Kolben eingeschnitten wird.

Die Lösung der zuvor genannten Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die die äußere Kreisbegrenzung aufweisenden Ausnehmungen der Kolbenmulde kreisringscheibenförmig ausgebildet sind. Dadurch, daß diese Ausnehmungen nicht mehr kreisscheibenförmig sondern kreisringscheibenförmig ausgebildet sind, das heißt der mittlere Teil der beiden Ausnehmungen auf das Niveau der Kolbenstirnfläche angehoben ist, wird Volumen gespart, das an anderer Stelle günstiger zwecks Vertiefung der Ausnehmung eingesetzt werden kann. Dabei ist berücksichtigt worden, daß der mittlere Teil der Ausnehmungen, da der Flammenstrahl in diesem eine V/irbelbev/egung ausführt, keinen wesentlichen Anteil zur Führung des Strahles beiträgt.

In die gleiche Richtung, nämlich Einsparung von Volumen,um dieses an günstigerer Stelle einsetzen zu können, weist ein weiterer Vorschlag der Erfindung, gemäß dem der Boden der kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen jeweils beginnend am Übergang vom Anströmkanal entlang einer TJmfangslinie kontinuierlich ansteigt. Auch hierdurch kann nämlich bei dem in Strömungsrichtung hinten liegenden Teil der kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen Volumen eingespart werden, dasr im vorderen Teil durch Vertiefung des Bodens wieder vorteilhaft eingesetzt werden kann. Diese Verringerung der Tiefe der kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen in ihrem in Strömungsrichtung hinteren Bereich kann deshalb ohne Nachteile in Kauf genommen werden, da das durch die kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen strömende Gaavoluraen infolge der entlang dem Umfang über den Rand der Mulde tretenden Gasanteile immer kleiner wird, so daß auch der Strömungsquerschnitt verringert werden kann.

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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll der Anströmkanal einen mittleren, den aus dem Verbindungskanal austretenden Zündstrahl fri'ichmäßig auf die beiden kreiaringscheibenformigan Ausnehmungen aufteilenden Steg aufweisen. Dieser in Längsrichtung durchlaufende Steg dyxj Anströmkanal dient also der besseren Aufteilung des Flammenstrahls auf die beiden symmetrisch zu dem Steg liegenden kreisringscheibenföraigen Ausnehmungen. Insgesamt gesehen wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kolbenmulde erreicht, daß der aus der Wirbelkammer über den Verbindungskanal in die Hauptbrennkammer übertretende Flammenstrahl durch eine günstige Führung in der Kolbenmulde gleichmäßig über die gesamte Kolbenstirnfläche verteilt wird, so daß die Voraussetzungen für eine günstige Verbrennung der gesamten Zylinderladung mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet sind. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1 eine Draufsicht auf einen Kolben eines Wirbelkammer-Dieselmotors mit einer erfindungsgemäßen Kolbenmulde,

Figur 2 einen Schnitt durch den Kolben gemäß den Schnittlinien II-II,

Figur 3 einen Schnitt durch den Kolben gemäß den Schnittlinien IH-III,

Figur 4 einen Schnitt durch den Kolben gemäß den Schnittlinien IV-IV und

Figur 5 den Verlauf der Bodentiefe der kreisringscheibenförmigen Ausnehmung entlang ihrer abgewickelten Hittellinie.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Kolben eines Wirbelkammer-Dieselmotors bezeichnet, der eine einen wesentlichen Teil des Hauptbrennraums bildende Kolbenmulde 2 aufweist. Diese Kolbenmulde ist exzentrisch zur Kolbenmitte und zwar auf dem Teil der Kolbenoberfläche eingearbeitet, der der hier nicht weiter dargestellten Wirbelkammer gegenüberliegt. Weiter ist sie symmetrisch zu einem in der Zeichnung mit 3 bezeichneten Kolbendurchmesser angeordnet, der in der Ebene de3 den Hauptbrennraum mit der Wirbelkammer verbindenden Verbindungskanals liegt. Dieser Verbindungskanal ist in der Figur 3 mit der Position 4 angedeutet.

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Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, ist die Kolbenmulde ia wesentlichen aus zwei kreisringscheibenformigen Ausnehmungen 5 und 6 sowie einea mittleren Anströmkanal 7 gebildet, der den aus dem Verbindungskanal 4 herausschießenden Plammenstrahl im wesentlichen tangential in die beiden kre.isringscheibenförmigen Ausnehmungen 5 und 6 eintreten läßt. Die heißen Flammgase führen dabei in den kreisringscheibenformigen Ausnehmungen 5 und 6 eine Wirbelbewegung aus, die durch die Pfeile 8 angedeutet ist. Da bei der Strömung der Brenngase durch die kreisringscheibenformigen Ausnehmungen 5 und 6 ständig ein Teil der Gase über den Rand der Ausnehmungen auf die Kolbenoberfläche austritt, nimmt das Gasvolumen über den Umfang der kreisringscheibenformigen Ausnehmungen ab. Dieser Tatsache kann dadurch Rechnung getragen werden, daß der Boden der kreisringscheibenformigen Ausnehmungen 5 und 6 über den Umfang kontinuierlich ansteigt, so daß sich eine schraubenlinienförmige Fläche ergibt. In der Figur 5 ist dieser Anstieg des Bodens am Beispiel der kreisringscheibenformigen Ausnehmung 5 durch die Linie 9 angedeutet. Diese Linie 9 entspricht der abgewickelten Mittellinie des Bodens der kreisringscheibenformigen Ausnehmung 5 und gibt die Tiefe des Bodens gegenüber der in der Figur 5 mit 10 angedeuteten Kolbenoberfläche zwischen den Punkten A und B an. Dabei entspricht der Punkt A der Stelle des Übergangs von dem Anströmkanal 7 zu der kreisringförmigen Ausnehmung 5 und der Punkt B dem Ende der kreisringförmigen Ausnehmung, an dam diese wieder auf den Anströmkanal 7 stößt. Aus dem Verlauf der Mittellinie 9 ist ersichtlich, daß an diesem Ende die kreisringscheibenförmige Ausnehmung nur noch ganz flach ist. Insbesondere aus der Figur 2 geht weiter hervor, daß der Anströmkanal 7 einen mittleren, längs durchlaufenden Steg 11 aufweist, der den aus dem Verbindungskanal 4 herausschießenden Flammenstrahl schon im Bereich des Anströmkanales 7 in zwei Hälften teilt, von denen jede Hälfte einer der kreisringscheibenformigen Ausnehmungen 5 und 6 zugeordnet ist.

Dadurch, daß anstelle der bisher üblichen kreisscheibenförmigen Ausnehmungen mit in konstanter Tiefe liegendem Boden von der Erfindung kreisringscheibenförmige Ausnehmungen mit schraubenlinienförmig ansteigenden

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Böden vorgeschlagen sind, werden an verschiedenen Stellen, nämlich jeweils in der Mitte der kreisringscheibenfömnigen Ausnehmungen und an
deren in Strömungsrichtung hinten liegenden Bereichen Volumina eingespart, die günstiger in den in Strömungsrichtung vorn liegenden Bereichen der Kolbenmulde eingesetzt werden können. In Gegensatz zu dem bisher bekannten Ausführungen kann dadurch nämlich der Anströmkanal 7 tedder vordere Bereich der kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen wesentlich tiefer in den Kolben eingearbeitet werden, so daß die Führung des Flammenstrahls in der Kolbenmulde und die Verteilung der Verbrennungsgase über die Kolbenoberfläche in gezielter Weise verbessert werden
kann.

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L e e r s e i t e

Claims

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ANSPRÜCHE

Luftverdichtende, selbstzündende Einspritz-Brennkraftmaschina mit wenigstens einem in einem Zylinder gleitenden Kolben und einer jedem Kolben zugeordneten Verbrennungskammer, die aus einer Hauptbrennkammer und einer mit der Hauptbrennkammer über einen Verbindungskanal verbundenen Kammer besteht» wobei die Hauptbrennkammer eine in die Stirnfläche des Kolbens eingearbeitete Mulde aufweist, die aus zwei miteinander verbundenen, symmetrisch zu einem in der Verbindungskanalebene liegenden Kolbendurchmesser angeordneten Ausnehmungen mit äußerer kreisförmiger Begrenzung und aus einem dem Verbindungskanal gegenüberliegenden, diametral zur Kolbenstirnfläche gerichteten Anströmkanal besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die die äußere Kreisbegrenzung aufweisenden Ausnehmungen (5» 6) kreisringscheibenförmig ausgebildet sind.

Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen (5» 6) jeweils beginnend am Übergang vom Anströmkanal (7) entlang einer Umfangslinie kontinuierlich ansteigt.

Einspritz-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmkanal (7) einen mittleren, den aus dem Verbindungskanal (4) austretenden Zündstrahl gleichmäßig auf die kreisringscheibenförmigen Ausnehmungen (5, 6) aufteilenden Steg (11) aufweist.

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