DE2828237B2

DE2828237B2 - Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2828237B2
Application number: DE2828237A
Authority: DE
Inventors: H. Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Melzer
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1980-06-12
Also published as: GB2024321A; ATA432679A; GB2024321B; AT379867B; DE2828237C3; DE2828237A1

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse und einer Brennraummulde im Kolben, die mit einem verengten Halsstück im Kolbenboden ausläuft und in die durch rotierende Luft hindurch Kraftstoff zum überwiegenden Teil wandangdager» angebracht wird.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 27 39 419 bekannt. Der Kolben der dort beschriebenen Brennkraftmaschine weist eine untere, omegaförmige Mulde auf, die in ein im wesentlichen gleichseitiges polygones Halsteil zum Kolbenboden hin ausläuft. Der Kraftstoff wird hierbei in die omegaförmige Brennraummulde eingespritzt. Das Verhältnis von axialer Erstreckung des Halsteils zur gesamten Brennraummi'ldentiefe liegt im Bereich von 25% bis 60%. Damit wird ein verhältnismäßig langsamer Luftwirbel bei hohen Motordrehzahlen im Halsteil erreicht. Im Zusammenhang mit dem Wandauftrag des Kraftstoffs in die Brennraummulde ergibt sich dadurch ein schlechter Verbrennungsablauf. Hierzu trägt auch die polygone Aussparung und die dadurch auftretenden Wirbel bei Unterdrückung einer gleichmäßigen Drehbewegung w der Luft bei.

Des weiteren ist die DE-OS 25 45 588 bekannt geworden. Darin wird ein Kolben mit einer Brennraummulde beschrieben, die aus einem zylindrischen Halsteil und einer sich daran anschließenden Wanne besteht. π Wanne und Halsteil haben in etwa den gleichen Durchmesser. Bei dieser Bauart ist es nicht ohne weiteres möglich, eine hohe Drehbewegung der Luft im Halstcil aufgrund des großen Durchmessers aufrecht zu erhalten. Dadurch ist es unmöglich, bei dem Verbrennungsablauf einen sanften Druckanstieg zu erzielen.

Ganz allgemein zeigen Brennkraftmaschinen mit Wandanlagerung des Kraftstoffs in der Brennraummulde beim Start und im Teillastbereich ein unbefriedigendes Betriebsverhalten, das sich unter anderem in ungünstigen Abgasemissionswerten äußert. Dem gegenüber haben Brennkraftmaschinen mit einer luftverteilten! Kraftstoffeinspritzung ein gutes Start- und Teillastverhalten, jedoch weisen sie einen steilen Druckanstieg auf und sind in Bezug auf die Geräuschemission ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art das Betriebsverhalten beim Start und im Teillastbereich sowie in Bezug auf die Geräuschemission zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erftndungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verhältnis des senkrecht zur Kolbenachse liegenden Querschnitts des zylindrischen Halsteils zum senkrecht zur Kolbenachse liegenden größten Querschnitt der Brennraummulde zwischen 0,4 und 0,1 liegt und zugleich die axiale Erstreckung des Halsteils 50% bis 80% der gesamten Brennraummuldentiefe beträgt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung alleine, nämlich die Kombination von zylindrischem Halsteil zusammen mit den angegebenen Verhältniswerten, erreicht man, daß der Kraftstoff in der engen Zone zum großen Teil wandangelagert eingebracht wird und bei höher Drehgeschwindigkeit der Verbrennungsluft mit einem sanften Druckanstieg verbrennt, während der untere, im Querschnitt weite Teil der Brennraummulde als Luftspeicher dient, in dem ein kleiner Teil des eingespritzten oder von den Wandungen des oberen Muldenteils reflektierten bzw. früh abgedampften Kraftstoffs luftverttilt verbrannt wird. Da der Durchmesser des oberen Teil der Brennraummule sehr klein gewählt werden kann, wird entsprechend die Umfangsgeschwindigkeit Tunehmen, mit der Folge, daß zur Erreichung guter Verbrennungsbedingungen im Zylinder primär ein relativ geringer Drall erzeugt werden muß, was einen hohen Liefergrad begünstigt und somit bekannte Verbesserungen leistungs-, Verbrauchs- und abgasseitig ermöglicht. Darüber hinaus fördert die sehr hohe axiale und drehend gerichtete Strömungsgeschwindigkeit beim Einströmen und beim Rückströmen eine sehr intensive Verbrennung bei hoher Luftausnutzung, wobei der Druckanstieg ftigen der zunächst relativ sanft einsetzenden Verbrennung vorteilhaft gering bleibt. Dank der hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Brennzone sinkt die Verweilzeit der Gase in dieser kritischen Zone, weswegen die Abgaskonzentration an schädlichen Stickoxyden auch gering ist.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der untere Teil der Brennraummulde den oberen Teil ringförmig umgibt. Dieses Merkmal ist für sich aus der DE-OS 20 26 386 bekannt, Hiermit soll dort erreicht werden, daß die noch nicht verbrannten Kraftstoffbestandteile, die infolge Fliehkrafteinwirkung sich an den Brennraumwandungen ablagern, allmählich im Brennraum aufsteigen und diesen über den vorstehenden Rand verlassen. Im Zusammenhang mit der Ausbildung des Brennraums gemäß der hier vorliegenden Erfindung erreicht man jedoch, daß die Bedingungen für die Teile der Brennraummulde bei einem verhältnismäßig kleinem Gesamtvolumen der Brennraummulde verwirklicht werden können. Ferner wird die gesamte Brennraummuldentiefe erheblich verringert, so daß die Brennraummulde nicht mehr im Zylinderkopf, sondern auch konstruktiv günstig im Kolben angeordnet werden kann. Die Trennwand zwischen dem ringförmigen unteren Teil und dem eingeschnürten oberen Teil verhindert gleichzeitig, daß an die Brennraumwand gelangender Kraftstoff an die Wandungen der unteren Brennraummulde gelangt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Brennraummulde im oberen Teil von

einem ölkanal umgeben ist. Eine auf ihrer ganzen Höhe von einem ölkanal umschlossenen Brennraummulde ist ganz allgemein aus der DE-OS 2424 882 bekannt Durch die Beschränkung auf den Halsteil der Brennraummulde, also den Teil, wo der Kraftstoff wandaufgetragen wird, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung neben einer geregelten Kolbenkühlung ein Anheben der Wandtempeiatur der Brennraummulde auch bei Teillart, und zwar derart, daß die Verbrennung dahingehend gefördert wird, daß die Konzentration von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd im Abgas entscheidend gesenkt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt

A b b. 1 zeigt einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine im Bereich der Brennraummulde,

A b b. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Kolben einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine.

In einem Zylinder 1 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bewegt sich ein Hubkolben 2. Der Zylinder 1 wird abgedeckt von einem Zylinderkopf 3, der eine Aufnahmebohrung 4 für ein nicht näher dargestelltes Kraftstoffeinspritzventil aufweist. Der Kolben 2 ist an seinem Umfang durch Kolbenringe 5, die an der Zylinderbohrung anliegen, abgedichtet. Im Kolben 2 ist ferner eine Brennraummulde vorgesehen, deren oberer Halsteil 6 gegenüber der Brennraummulde 7 eingeschnürt und zylindrisch ist, wobei das Verhältnis des

ίο größten Querschnitts des oberen Teils 6 der Brennraummulde zum größten Querschnitt des unteren Teils zwischen 0,4 und 0,1 liegt und die axiale Erstreckung a des oberen Teils 6 50% bis 80% der gesamten Brennraummuldentiefe A beträgt Der untere Teil der Brennraummulde 7 weist die Besonderheit auf, daß er den oberen Teil 6 teilweise ringförmig umgibt, so daß der obere Teil 6 ein Stück in den unteren Teil hineinragt. Ferner ist der obere Teil der Brennraummulde von einem Kühlkanal 8 umgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J, Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse und einer Brennraummulde im Kolben, die mit einem verengten Halsstück im Kolbenboden ausläuft und in die durch rotierende Luft hindurch Kraftstoff zum überwiegenden Teil wandangelagert eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des senkrecht zur Kolbenachse liegenden Querschnitts des zylindrischen Halsteils (6) zum senkrecht zur Kolbenachse liegenden größten Querschnitt der Brennraummulde (7) zwischen 0,4 und 0,1 liegt und zugleich die axiale Erstreckuing (a)des Halsteils 50% bis 80% der gesamten Brennraummuldentiefe (A) is beträgt.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Brennraummulde (7) den oberen teilweise ringförmig umgii>\_ "
3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde im oberen Teil (6) von einem Kühlkanal (8) umgeben ist.

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