DE3720865A1

DE3720865A1 - Luftverdichtende brennkraftmaschine, insbesondere dieselmotor

Info

Publication number: DE3720865A1
Application number: DE19873720865
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Thaler
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1989-01-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Brenn kraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, vornehmlich für Kraftfahrzeuge, mit einer im Kolben angeordneten Brennraummulde und einer ebenfalls im Kolben vorgesehenen, als Heißluftspei cher dienenden Nebenkammer, die eine kanalartige Verbindung zur Brennraummulde aufweist.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist durch die DE-OS 28 23 483 bekannt geworden. Zweck einer im Kolben angeordneten Nebenkammer ist es, die Verbrennung zu verbessern und damit gleichzeitig eine Verringerung der Schadstoffemission zu erreichen. Ferner läßt sich hierdurch der Zündverzug und das Verbrennungsgeräusch reduzieren.

Die beim Gegenstand der DE-OS 28 23 483 vorgesehene Nebenkammer ist seitlich im Kolben und seitlich oder oberhalb der Brenn raummulde angeordnet. Die bekannte Konzeption und Anordnung der Nebenkammer hat sich als ungünstig hinsichtlich Gewichtsver teilung und Raumausnutzung des Kolbens erwiesen. Außerdem sind die Strömungsverhältnisse zwischen Nebenkammer und Brenn raummulde nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß bestmögliche Gewichts- und Raumverteilung sowie -ausnutzung im Kolben gewährleistet sind und zugleich die Temperatur- und Strömungsver hältnisse in der Brennraummulde, in der Nebenkammer und in der Verbindung zwischen Nebenkammer und Brennraummulde opti miert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Heißluftspeicher mit Bezug auf die Anordnung und Ausbildung der Brennraummulde zentral in der Brennraummulde im Kolben angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat gegenüber dem bekannten Vor schlag nach DE-OS 28 23 482 insbesondere folgende Vorteile:

Die Strahllänge der Einspritzung läßt sich ohne Vergrößerung des Brennraummuldenvolumens, durch Vergrößerung des Brennraummuldendurchmessers, vergrößern. Durch die hohe Kolbentemperatur kann das Temperaturniveau für den Heißluftspei cher vorteilhaft hochgehalten werden. Die Verstärkung des Senkenwirbels erfolgt durch den konzentrischen Austritt des Verbrennungs- bzw. Luftstrahles aus dem Heißluftspeicher auf einfache Art.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich besonders zur Anwendung bei Kolben, deren Brennraummulde sich - ausgehend von einer relativ flachen Stelle in ihrem Zentrum - zum Rand hin zuneh mend vertieft. Denn dann kann der Heißluftspeicher - den im Kolben vorhandenen Raum optimal nutzend - im wesentlichen in dem vom tiefen Brennraum-Muldenrand umgebenen, etwa kegel stumpfförmig ausgebildeten Kolbenbereich angeordnet sein. Das Kegelvolumen im Zentrum des Kolbens wird somit bei geringem Gewicht für den Kolben voll für den Heißluftspeicher genutzt.

In diesem Zusammenhang, d. h. in weiterer Ausgestaltung des vorgenannten Gedankens, wird vorgeschlagen, daß der Heißluft speicher etwa kegelstumpfförmig sich von oben nach unten erweiternd ausgebildet ist.

Zweckmäßig beträgt das Volumen des Heißluftspeichers etwa 1 bis 2 Prozent des Volumens der Brennraummulde. Hierdurch ist eine minimierte Oberfläche und ein geringer Volumenanteil des Heißluftspeichers im Vergleich zu den Gesamtabmessungen der Brennraummulde gewährleistet, ohne hierdurch die vorteil hafte Wirkungsweise des Heißluftspeichers zu beeinträchtigen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß kanalartige Verbindungen zwischen Heißluftspeicher und Brennraummulde tangential oder im wesentlichen tangential von dem im Horizontalschnitt etwa kreisförmigen Heißluftspeicher ausgehen. Vorzugsweise sind zwischen Heißluftspeicher und Brennraummulde mehrere, vorzugsweise drei, in gleichen Winkelab ständen zueinander angeordnete tangentiale Verbindungskanäle vorgesehen.

Hierdurch kann vorteilhaft eine Drallverstärkung in der Brenn raummulde und damit eine Verbesserung der Gemischaufbereitung erzielt werden.

Durch eine zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff in den Heißluftspeicher kann die Wirkung des Dralles und der Stufen verbrennung zusätzlich erhöht werden.

Die Zeichnung dient anhand eines nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels zur Veranschaulichung und näheren Erläute rung der Erfindung. Es zeigt (jeweils schematisiert):

Fig. 1 einen Kolben für einen direkt einspritzenden Diesel motor im vertikalen Längsschnitt (Schnitt 1-1 nach Fig. 2),

Fig. 2 den Kolben nach Fig. 1, in Draufsicht gesehen, und

Fig. 3 eine zusätzliche Variante anhand einer Darstellung entsprechend Fig. 1 (Schnitt III-III in Fig. 2).

Der Kolben ist ingesamt mit 10 bezeichnet. Er weist an seinem oberen Ende (Kolbenboden 11) eine Brennraummulde 12 auf, die in Draufsicht gesehen (vgl. Fig. 2) kreisförmig ausgebildet, jedoch exzentrisch zur Kolbenlängsachse 13 angeordnet ist. Die Mittelachse der Brennraummulde 12 ist mit 14 beziffert. Wie aus Fig. 1 und 3 weiterhin hervorgeht, nimmt die Tiefe der Brennraummulde 12 - ausgehend vom relativ flachen Zentrum - zum Rand hin zu. Dadurch ergibt sich unterhalb des Zentrums ein etwa kegelstumpfförmiger Kolbenbereich, der mit 15 bezeich net ist. Der kegelstumpfförmige Kolbenbereich 15 wird dadurch räumlich genutzt, daß dort eine mit 16 bezifferte Nebenkammer angeordnet ist. Die Nebenkammer 16, welche ebenfalls annähernd Kegelstumpfform besitzt und vorteilhaft ein Volumen von ca. 1 bis 2 Prozent des Volumens der Brennraummulde 12 hat, dient als Heiß luftspeicher während des Arbeitsprozesses der Brennkraftmaschine.

Wie die Zeichnung des weiteren erkennen läßt, ist ein vertikaler Verbindungskanal 17 vom Heißluftspeicher 16 zur Brennraummulde 12 vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind darüber hinaus noch drei weitere Verbindungskanäle vorge sehen, die mit 18, 19 und 20 beziffert sind. Die Verbindungs kanäle 18, 19, 20 gehen - wie Fig. 2 zeigt - tangential vom Heißluftspeicher 16 aus und münden in dem Bereich zwischen relativ flachem Zentrum 14 und vertieft ausgebildetem Rand 26 der Brennraummulde 12 in diese ein.

Die gezeigte und im Vorstehenden beschriebene Anordnung arbeitet nun wie folgt. Während des Kompressionshubes des Kolbens 10 füllt sich der Heißluftspeicher 16 mit Luft bzw. mit kraft stoffarmem Gemisch (während der Anfangsphase der Verbrennung). Im Verlaufe der Expansionsperiode und der dabei gegebenen hohen Verbrennungstemperatur strömt die Luft bzw. das teilweise verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Heißluftspeicher 16 in die Brennraummulde 12 aus und sorgt durch bessere Verwirbe lung und Anlagerung von Sauerstoff einerseits für eine bessere Verbrennung der Kohlenwasserstoffanteile des Kraftstoffs, andererseits - durch zweistufige Verbrennung - für eine Verringe rung der NO_x-Werte im Abgas. Während dieser Vorgänge erfüllen die tangentialen Verbindungskanäle 18, 19, 20 die vorteil hafte Funktion einer Drallverstärkung innerhalb der Brennraum mulde 12 und damit einer Intensivierung der Gemischaufbereitung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist nun eine Kraftstoff- Einspritzdüse 21 schematisch angedeutet, die geneigt in einem Zylinderkopf 22 angeordnet ist. Die Einspritzdüse 21 ist so konzipiert, daß mehrere Kraftstoffstrahlen austreten, von denen im Beispiel nach Fig. 3 zwei mit 23, 24 bezeichnete Strahlen auf die Wandung der Brennraummulde 12 auftreffen. Ein dritter Kraftstoffstrahl 25 dagegen ist unmittelbar in den Heißluftspeicher 16 gerichtet. Durch diese zusätzliche Einbringung von Kraftstoff in den Heizluftspeicher 16 werden die obengenannten Funktionen in ihrer Wirkung verstärkt. Der Heißluftspeicher 16 nähert sich damit der Wirkung einer Vorkammer an.

Claims

1. Luftverdichtende Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel motor, vornehmlich für Kraftfahrzeuge, mit einer im Kolben angeordneten Brennraummulde und einer ebenfalls im Kolben vorgesehenen, als Heißluftspeicher dienenden Nebenkammer, die eine kanalartige Verbindung zur Brennraum mulde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißluftspeicher (16) mit Bezug auf die Anordnung und Ausbildung der Brennraum mulde (12) zentral in der Brennraummulde (12) im Kolben (10) angeordnet ist.

2. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Brennraummulde sich - ausgehend von einer relativ flachen Stelle in ihrem Zentrum - zum Rand hin zunehmend vertieft, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißluftspeicher (16) im wesentlichen in dem vom tiefen Brennraum-Muldenrand umgebenen, etwa kegelstumpfförmig ausgebildeten Kolben bereich (15) angeordnet ist.

3. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißluftspeicher (16) etwa kegelstumpfförmig sich von oben nach unten erweiternd ausgebildet ist.

4. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Heißluftspei chers (16) einen geringen Prozentanteil, etwa 1 bis 2 Prozent, des Volumens der Brennraummulde (12) beträgt.

5. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kanalartige Verbindungen (18, 19, 20) zwischen Heißluftspeicher (16) und Brennraum mulde (12) tangential oder im wesentlichen tangential von dem im Horizontalschnitt etwa kreisförmigen Heißluft speicher (16) ausgehen.

6. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Heißluftspeicher (16) und Brennraummulde (12) mehrere, vorzugsweise drei, in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnete tangen tiale Verbindungskanäle (18, 19, 20) vorgesehen sind.

7. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein mittlerer vertikal oder im wesentlichen vertikal gerichteter Verbin dungskanal (17) zwischen dem Heißluftspeicher (16) und dem Zentrum (14) der Brennraummulde (12) vorgesehen ist.

8. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Verbindungs kanäle (18, 19, 20) in dem Bereich zwischen relativ flachem Zentrum (14) und vertieft ausgebildetem Rand der Brennraummulde (12) in diese einmünden.

9. Luftverdichtende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, mit einer Kraftstoff einspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzvorrich tung (21) so ausgebildet bzw. oberhalb der Brennraummulde (12) im Zylinderkopf (22) angeordnet ist, daß ein Kraft stoffstrahl (25) auch in den Heißluftspeicher (16) gelangt (Fig. 3).