DE2757648A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
HubkolbenbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer
solchen bekannten Brennkraftmaschine ist der über den
Kolben in den Zylindern eingeschlossene Brennraum am Ende des Kompressionshubs in der seitlichen Erstreckung
auf den Zylinderdurchmesser beschränkt und durch jeweils einen Zwischensteg in zwei symmetrische scheibenförmige
Teilbrennräume mit nierenförmigem Querschnitt aufgeteilt, deren Decke durch den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
und zum Teil durch die dort angeordneten Ventilteller des Einlaßventils bzw. des Auslaßventils gebildet ist. Diese
Ausgestaltung dient dem Ziel, eine Ladungsschichtung zu
erhalten. Dabei wird der Kraftstoff mittels einer im Saugrohr angeordneten Einspritzdüse während der zweiten
Hälfte des Ansaugtaktes eingespritzt und durch den Ansaugstrom über das Einlaßventil in den einen Teilbrennraum
eingebracht. Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, daß der Kraftstoff vorwiegend in dem dem Einlaßventil
zugeordneten Teilbrennraum verbleibt, in dem auch die Zündkerze angeordnet ist. Um eine solche Gemischtrennung
einzuhalten, wird bei dem bekannten Stand der Technik verlangt, daß die in den Brennraum einströmende
Luft möglichst drall und wirbelfrei ist.
Die Einspritzung des Kraftstoffs in das Saugrohr hat dabei den Nachteil, daß zwischen Einspritzstelle und
Einlaßventil ein Pufferraum vorhanden ist, durch den eine exakte Zeitsteuerung für den Einspritzvorgang nicht eingehalten
werden kann. Je nach Last und Drehzahl ändern sich die Zeiten, bis der Kraftstoff in den Brennraum gelangt.
Andererseits besteht die Möglichkeit, daß Kraftstoff nach Schließen des Einlaßventils noch weiterhin in das Saugrohr
abgegeben wird und dort vorgelagert wird, so daß während des nächsten Ansaugtaktes hier bereits Teilkraftstoffmengen
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in den Brennraum kommen, die gerade jene gewünschte Schichtung wenigstens zum Teil verhindern. Ferner ist
die Forderung nach einer drallfreien Zuströmung dei· Ansaugluft kaum durchführbar. Um den Einspritzzeitpunkt
genauer zu beherrschen, wurde bereits vorgeschlagen, den .Kraftstoff mittels einer mit dem Einlaßventil kombinierten
Einspritzdüse einzubringen, bei dem der Einspritzvorgang durch die Öffnungsbewegung des Einlaßventils gesteuert
wird. Dabei erfolgt die Einspritzung direkt am Ventilteller vorbei in den Brennraum. Diese Einrichtung hat jedoch den
Nachteil, daß jene geforderte s.päte Einspritzung unmittelbar vor dem Schließen des Einlaßventils nicht verwirklichbar
ist
Die erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß der Ort der Einspritzung sowie der Zeitpunkt und die Dauer der Einspritzung wesentlich
genauer kontrolliert werden können und daß die Voraussetzungen für eine Ladungsschichtung besser eingehalten werden können.
Die mit einem etwas höheren Einspritzdruck als der des bekannten Saugrohreinspritzventils arbeitende Einspritzdüse
ermöglicht eine gezielte Einspritzung des nahezu gesamten Kraftstoffs direkt in den Brennraum. Dadurch kommt die
gesamte Einspritzmenge erst im Brennraum zur Verdampfung, so daß die gesamte für die Verdampfung benötigte Energie
der Innenkühlung des Brennraums zugute kommt. Aufgrund dieser Innenkühlung ist es entsprechend möglich, durch
bessere Füllung die Leistung zu erhöhen. Das damit weiterhin erreichbare Hinausschieben der Klopfgrenze in Richtung
kraftstoffärmerer Betriebsgemische ermöglicht eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses und damit eine Verbesserung
des Wirkungsgrades.
Die genaue Einspritzung und die Möglichkeit der genauen Zeitsteuerung
erhöhen bei kurzer Einspritzdauer den Grad
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der Kraftstoffkonzentration im scheibenförmigen Teilbrennraum. Die Anordnung des Brennraums im Zylinderkopf,
also nicht im sich bewegenden Kolben hat den Vorteil, daß die sich ständig ändernde Stellung des Kolbens keinen
wesentlichen und insbesondere nachteiligen Einfluß auf die Gemischbildung in dem Teilbrennraum hat. Die Auslegung der
Winkellage der Einspriczstranlen. kann so erfolgen,
daß in Bezug auf die Einspritzstelle sich eine weitgehende Gleichverteilung des eingespritzten Kraftstoffes am
Umfang des Einlaßventils ergibt.
Durch in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Ausführung möglich. Besonders
vorteilhaft ist, daß die Saugleitung so ausgebildet ist, daß die in den Brennraum einströmende Luft einen Drall bekommt,
wobei die Achse des Einlaßventils koaxial zur Achse des scheibenförmigen Teilbrennraumes ist. Aufgrund dieser
Konstruktion erhält die in den Teilbrennraum eintretende Luft einen starken Drall der eine Schichtung von kraftstoffreichem
Gemisch gegenüber kraftstoffarmen Gemisch ermöglicht.
Zeichnung
Ein Ausührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen Teil des Zylinderkopfes und des Zylinders einer Brennkraftmaschine und Fig. 2 einen Querschnitt
dazu durch den Teilbrennraum.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Teil eines
Zylinderkopfes 1 als Schnitt gezeigt, der durch die Achse der sich anschließenden Zylinderbohrung 3 bzw. des
darin in bekannter Weise bewegbaren Kolbens 4 geht. Zwischen dem Kolben, der sich im gezeigten Beispiel in
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seiner oberen Totpunktlage befindet, und dem Zylinderkopf 1 wird das Kompressionsendvolumen des Brennraums
eingeschlossen. Der Kolbenboden 6 ist im wesentlichen eben und weist ggfs. Ausnehmungen 8 für eine ungehinderte
Durchführung des Öffnungshubs von Auslaßventilen 9 auf. Wie dem Schnitt gemäß Fig. 2 zu entnehmen ist, sind
zwei konventionelle Auslaßventile 9 vorgesehen, wobei die Ventilteller 10 noch innerhalb der Projektion des
Zylinderbohrungsdurchmessers liegt.
Getrennt durch einen Steg 12 ist im Zylinderkopf eine kreisscheibenförmige Ausnehmung vorgesehen, die einen
Teilbrennraum I1I bildet, der nahezu das gesamte Kompressionsendvolumen
des Brennraums umfaßt. Auf der einen Seite ist dieser Teilbrennraum durch den ebenen Kolbenboden
begrenzt und auf der gegenüberliegenden Seite durch den Ventilteller 16 des einzigen Einlaßventils 17· In der
Mitte des scheibenförmigen Brennraums Ik ist dieser bauchig
erweitert, so daß sich das öffnende Einlaßventil 17 mit dem Teller 16 ungehindert an der dort radial eingeschraubten
Zündkerze 20 vorbei bewegen kann und insbesondere für die einströmende Luftfüllung ein Strömungsquerschnitt
freigegeben wird. Zum Kolbenboden hin verringert sich der Durchmesser des kreisscheibenförmigen Brennraums I1I,
wobei tier Durchmesser 18 am übergang zu dem übrigen
Brennraum innerhalb der Projektion des Zylinderbohrungsdurchmessers liegt.
Jenseits des Sitzes 22 des Einlaßventils schließt sich der Saugkanal 2M der Brennkraftmaschine an, die in
diesem Fall so ausgebildet ist, daß die dort bei geöffneten Einlaßventil 17 in den Teilbrennraum lU
strömende Luft in Rotation gerät, wobei die Achse des somit im Teilbrennraum Ii entstehenden Wirbels
koaxial zur Achse des Teilbrennraums und zur Achse des Einlaßventils liegt. Maßnahmen zur Erzeugung einer solchen
Luftbewegung sind bekannt, sie können durch Dralleinsätze im Saugrohr durch die besondere Gestaltung des Ventil-
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4 Γ ■:
tellers oder durch die Geometrie des Saugkanals selbst bewirkt werden.
Unmittelbar stromaufwärts des Ventiltellers 16 ragt eine Einspritzdüse 25 in den Saugkanal, die vorteilhaft
als Mehrlocheinspritzdüse ausgebildet ist, wobei die einzelnen Kraftstoffeinspritzstrahlen 26 so gerichtet
sind, daß sie bei geöffnetem Einlaßventil (gestrichelte Stellung) durch den zwischen Ventilteller 16 und Ventilsitz
22 entstehenden Ringspalt 27 in den Teilbrennraum 14 eintreten. In der Draufsicht gemäß Fig. 2 sind diese
Einspritzstrahlen als gestrichelte Linien wiedergegeben. Es ist daraus zu ersehen, wie diese Strahlen am Ventilschaft
des Eingangsventils vorbeigehen und wie eine Mengengleichverteilun^
über den Umfang des Ventilöffnungsquerschnittes erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung arbeitet in folgender Weise: Nach Beendigung des Ausschubtaktes der hier nach dem
Viertaktverfahren arbeitenden Brennkraftmaschine mit Fremdzündung wird über den Saugkanal 2k während der
Abwärtsbewegung des Kolbens k bei geöffnetem Einlaßventil Frischluft in der Weise angesaugt, daß in dem
Teilbrennraum Ik eine ausgeprägte, gerichtete Wirbelströmung
entlang der kreisförmig verlaufenden Wände auftritt. Erst gegen Ende des Ansaugtaktes erfolgt
gesteuert die Einspritzung des zugemessenen Kraftstoffs durch das Einspritzventil 25 in der oben beschriebenen
Weise. Länge und Winkel der Einspritzstrahlen sind dabei so bemessen, daß eine möglichst geringe Brennraumwandbenetzung
auftritt. Dieses ist insofern leicht erreichbar, als die Kraftstoffeinspritzstrahlen direkt in den sich nicht
bewegenden Brennraum gerichtet sind, im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren, wo der Brennraun im sich
bewegenden Kolben liegt und dann eine nicht-benetzende
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Einspritzung nur möglich ist durch Einspritzung gegen den Koi..pressionsdruck mit den bekannten Uachteilen der
den Brennraumtemperaturen ausgesetzten Einspritzdüse.
Der Zeitabschnitt, während dem eingespritzt wird, liegt möglichst nahe vor dem Schließen des Einlaßventils,
um somit zu verhindern, daß der Kraftstoff weit in den Zylinderraum, der zu diesem Zeitpunkt noch einen großen
Teil des Hubvolumens umfaßt, getragen wird. Während des anschließenden Kompressionshubs verbleibt die kurz zuvor
eingespritzte Kraftstoffmenge innerhalb des Teilbrennraumes
und hat dabei die I4öglichkeit, sich in dem rotierenden
Luftwirbel über den Umfang gleichmäßig zu verteilen und unter Einwirkung der Fliehkraft sich radial zu schichten.
Dadurch, daß die gesamte im Brennraum zur Verbrennung kommende Kraftstoffmenge erst im Teilbrennraum verdampft,
kommt es durch Wärmeentzug zu einer Innenkühlung des Gemisches, das somit bei gleicher Kraftstoffqualität
stärker verdichtet werden kann, ohne daß es zu Selbstzündungen oder einer klopfenden Verbrennung kommt.
Klopfhemmend wirkt außerdem die geordnete Gemischströmung im Teilbrennraum. Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine
ist somit erhöht.
Aus diesem Grunde und zur Verbesserung der Luftfüllung liegen der Teilbrennraura mit dem Einlaßventil sowie die
beiden Auslaßventile alle innerhalb der Projektion des Zylinderbohrungsdurchmessers. Der Brennraum ist dabei
wenig zerklüftet und die Ansaugdrosselverluste sind gering. Um bei der vorgegebenen Brennraumanordnung den nötigen
Ventilöffnungsquerschnitt für geringe Drosselverluste beim Ausschieben der verbrannten Abgase zu bekommen, sind
in vorteilhafter Weise die Auslaßventile zweifach vorgesehen. Die Zündkerze 20 ist vorteilhaft im Teilbrennraum
so angeordnet, daß bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 1J
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entstehende Quetschströmung auf die Zündkerze hin gerichtet ist.
Die Zünd- und Durchbrennwilligkeit eines mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches
wird nämlich sowohl durch die starke Drallbewegung des Gemisches als auch durch eine Quetschströmung,
die die radial geschichtete Ladung in Richtung zur Zündkerze verlagert, verbessert. Die Quetschströmung
entsteht durch Abströmen der Luftfüllung aus dem flachen Restbrennraum zwischen Kolben und dem auslaßventxlseitigen
Teil des Zylinderkopfes in den kreisscheibenförmigen Teilbrennraum
m. Die Intensität wird durch das Verhältnis der kolbenseitigen Grundfläche des flachen Teils des
Brennraums zur Grundfläche des aufnehmenden Teilbrennraumes bestimmt sowie durch den geometrisch bedingten Grenzwert
des kleinsten noch beherrschbaren Spaltmaßes zwischen Kolbenboden und Zylinderkopf im flachen Teil des Brennraumes
bei der oberen Totpunktlage des Kolbens. Das Ausmaß der Schichtung ist durch die auslegungsgemäße Intensität
des Dralls bestimmbar. Bei Verwendung von Dralleinbauten wie z. B. Drallklappen erfolgt das über die Auslegung
des Anstellwinkels der Drallklappen.
Bei schwach ausgelegtem Drall ergibt sich ein homogenes
Gemisch mit der bekannten Anreicherungsmöglichkeit zur Erhöhung der Leistung pro Hubvolumen bei Vollast im fetten
Genischbereich. Damit ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit zwei verschiedenen Zielrichtungen auslegbar, einerseits
eine Schichtung des Betriebsgemisches aus Luft und Kraftstoff, um einen Magerbetrieb zu ermöglichen und
andererseits bei Betrieb mit homogener Ladung eine höhere Hubraumleistung zu erzielen.
Die Gemischaufbereitung kann weiterhin durch starke Einschnürung des Teilbrennraums Ii; am übergang zum übrigen
Brennraum verbessert werden, wobei jedoch erhöhte Überschieb Verluste auftreten.
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Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Lösung
ermöglicht es, eine Brennkraftiaaschine bei gutem
Wirkungsgrad und bei niedrigen schädlichen Abgasbestandteilen auch mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch
zu betreiben. Zur Einhaltung der AbgasVorschriften
sind ferner alle Möglichkeiten geboten, die Abgaszusammensetzung noch weiterhin zu verbessern, indem die Kraftstoff menge durch die Einspritzanlage genau dosiert wird. Die Brennkraftmaschine kann wegen der günstigen
Durchbrennverhältnisse z. B. mit hohem Anteil rückgeführter Abgasmenge betrieben werden. In Ergänzung kann in der Abgassanunelleitung ein Katalysator zur Nachverbrennung angeordnet sein.
ermöglicht es, eine Brennkraftiaaschine bei gutem
Wirkungsgrad und bei niedrigen schädlichen Abgasbestandteilen auch mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch
zu betreiben. Zur Einhaltung der AbgasVorschriften
sind ferner alle Möglichkeiten geboten, die Abgaszusammensetzung noch weiterhin zu verbessern, indem die Kraftstoff menge durch die Einspritzanlage genau dosiert wird. Die Brennkraftmaschine kann wegen der günstigen
Durchbrennverhältnisse z. B. mit hohem Anteil rückgeführter Abgasmenge betrieben werden. In Ergänzung kann in der Abgassanunelleitung ein Katalysator zur Nachverbrennung angeordnet sein.
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Claims (9)
- lH.12.1977 Bö/BaROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1Ansprücheil.y Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kolben, der eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist und im oberen Totpunkt die eine Begrenzungsfläche eines scheibenförmigen Teilbrennraumes bildet, auf dessen gegenüberliegender Seite der Teller des Einlaßventils angeordnet ist und mit einer Saugkanal, in dem ein zum Ventilteller des Einlaßventils hin gerichtete Einspritzdüse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Teil (I1J) des Brennraumes den überwiegenden Volumenteil des Kompressionsendvolumens aufweist, kreisförmig ausgebildet ist und auf der dem Kolbenboden (6) gegenüberliegenden Seite durch den Ventilteller (16) des Einlaßventils (17) begrenzt ist und daß der aus der Einspritzdüse (25) austretende Kraftstoff so gerichtet ist, daß er nahezu frei durch den Ringspalt (27) am geöffneten Einlaßventil hindurch in den Teilbrennraum (I1I) gespritzt wird.
- 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Einspritzdüse909826/0302 ORlüifcÄL INSPECTEDder Kraftstoff gleichmäßig am Umfang des Ventiltellers (16) verteilt einspritzbar ist.
- 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (25) als Mehrlochdüse ausgestaltet ist.
- 4. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Spritzdauer der Einspritzdüse unmittelbar vor dem Schließen des Einlaßventils (17) liegt.
- 5. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Ansaugluft in den Brennraum so ausgebildet ist, daß die in den Brennraum einströmende Luft einen Drall bekommt, dessen Achse koaxial zur Achse des Einlaßventils und zur Achse des scheibenförmigen Teilbrennraumes (1*0 ist.
- 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innerhalb der Projektion des Kolbendurchmessers liegende Auslaßventile (9) vorgesehen sind.
- 7. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zündkerze (20) in der Wand des Teilbrennraums909826/0302so angeordnet ist, daß sie in Richtung der Quetschströmung der beim Kompressionshub zur Verdichtung kommenden Ladung liegt.
- 8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das im Teilbrennraum rotierende Kraftstoff/Luft-Gemisch durch die Quetschströmung in Richtung zur Einbaustelle der Zündkerze (20) verschiebbar ist.
- 9. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Teilbrennraum (I1I) einen zum Kolbenboden (6) hin abnehmenden Durchmesser aufweist.909826/0302
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19772757648 DE2757648A1 (de) | 1977-12-23 | 1977-12-23 | Hubkolbenbrennkraftmaschine |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19772757648 DE2757648A1 (de) | 1977-12-23 | 1977-12-23 | Hubkolbenbrennkraftmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=6027092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19772757648 Granted DE2757648A1 (de) | 1977-12-23 | 1977-12-23 | Hubkolbenbrennkraftmaschine |
Country Status (2)
Country | Link |
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