DE4040936A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Drehschieber im Zylinderkopf, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den heute üblichen Dieselmotoren mit Direkteinsprit­ zung befindet sich der Brennraum im Kolben. Diese Anord­ nung des Brennraumes hat eine hohe thermische Belastung und ein hohes Gewicht des Kolbens zur Folge. Durch eine Verlagerung des Brennraumes in den Zylinderkopf könnten diese Nachteile vermieden werden. Ein Brennraum im Zylin­ derkopf verursacht allerdings Probleme bei der Unter­ bringung der für den Gaswechsel erforderlichen Ventile.

Diese Schwierigkeiten können durch einen Drehschieber im Zylinderkopf bekämpft werden, der den Gaswechsel steuert und zugleich Platz für den Brennraum bietet. In der DE 33 27 917 ist ein Kugeldrehschieber beschrieben, dessen Drehachse parallel zur Achse der Kurbelwelle angeordnet ist und der zwei Kanäle zur Steuerung des Gaswechsels auf­ weist. Der Brennraum wird gebildet durch einen Kanal, der den Zylinderraum und den Drehschieber verbindet und durch eine im Drehschieber selbst angeordnete Mulde. Nachteilig an dieser Brennraumkonfiguration ist die starkzerklüftete Form, die vor allem für das Dieselbrennverfahren wenig ge­ eignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschie­ ber im Zylinderkopf zu schaffen, der neben einer optimalen Steuerung des Gaswechsel einen für den Dieselbetrieb ge­ eigneten Brennraum bietet und dadurch einen leichten Kol­ ben mit flachem Boden ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Der erfindungsgemäße Drehschieber bietet Platz für einen optimalen Gaswechsel und einen kompakten Brennraum, wie er für direkteinspritzende Dieselmotoren erforderlich ist. Da der Brennraum den größten Teil des Kompressionsvolumen umfaßt, kann der Kolben mit flachem Boden ausgeführt werden.

Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist das Einspritzventil leicht zugänglich im Zylinderkopf un­ tergebracht. Es wird durch den Drehschieber im überwiegen­ den Teil des Arbeitszyklusses verdeckt und damit der Ein­ wirkung der heißen Brenngase weitgehend entzogen. Dadurch wird eine Überhitzung und demzufolge eine Verkokung der Düsenbohrungen wirkungsvoll verhindert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bieten entweder eine einfache Fertigung des zylindrischen Drehschiebers oder eine einfache Abdichtung des Kegeldrehschiebers.

In diesen Drehschiebervarianten können erfindungsgemäß ein für Einstrahlverbrennung besonders geeigneter Zylinder- bzw. Kegelbrennraum oder ein für Mehrstrahleinspritzung geeigneter Omegabrennraum untergebracht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zeigen die für wandnahe Gemischbildung erforderliche Einspritzrichtung und einen vorteilhaften Weg zur Erzeugung des notwendigen Luftdralls.

Die bei hoher Belastung auftretenden Bauteiltemperaturen werden erfindungsgemäß durch die Auswahl geeigneter Mate­ rialen beherrscht.

Der Antrieb der Drehschieber kann durch flach im Zylinder­ kopf angeordnete Zahnräder oder durch einen Schraubentrieb von einer parallel zur Kurbelwelle angeordneten Welle er­ folgen. Dabei ist es von Vorteil, den Antrieb mittels einer Königswelle von der Kurbelwelle aus zu betreiben.

Die Drehschieber können in Kegelrollenlager oder in axi­ alen und radialen Gleitlagern gelagert sein.

Als Einspritzpumpen kommen übliche Block- oder Einzelpum­ pen oder Pumpendüsen in Frage.

Eine evtl. notwendige Kühlung des Drehschiebers kann durch Zuführen von Kühlflüssigkeit über die Drehachse realisiert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil fehlender Ventilgeräusche bei gleichzeitig gegenüber Ventilsteuerung vergrößerten Ladungswechselquerschnitten. Darüber hinaus gestattet sie eine freie Brennraumgestaltung. Auch kann der Luftdrall durch entsprechende Ausbildung des Einlaßka­ nals frei variiert werden. Das nach Spritzende und während des Ladungswechsels abgedeckte Einspritzventil ist beson­ ders geschützt und kann für die wandnahen Brennverfahren als Zapfendüse ausgebildet werden. Diese bietet Vorteile hinsichtlich der Strahlgestaltung und bezüglich der Si­ cherheit gegen Verkoken.

Weiter Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Be­ schreibung und der Zeichnung hervor, in der ein Beispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderdrehschieber mit Zylinderbrennraum,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderdrehschieber mit Omegabrennraum,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kegelschieber mit Ke­ gelbrennraum.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Brennkraftmaschi­ nen weisen anstelle von Gaswechselventilen einen Dreh­ schieber 4 mit einer Steueröffnung 5 auf. Der Drehschieber 4 dreht sich während eines Arbeitsspieles einmal um seine Achse, wobei die Steueröffnung 5 hintereinander den nicht dargestellten Abgaskanal, den Einlaßkanal 9 und das Ein­ spritzventil 7 mit dem Düseneinsatz 10 freigibt. Der An­ trieb des Drehschiebers 4 erfolgt über ein Schraubenradge­ triebe. Er ist radial und axial gleitgelagert.

Der Einlaßkanal 9 ist so gestaltet, daß sich im Brennraum 6 eine Drallströmung um dessen Achse bildet. Der Düsenein­ satz 10 weist eine oder mehrere Spritzöffnungen 8 auf, die in den Brennraum 6, 6a, 6b einspritzen.

Der im Zylinder 1 geführte Kolben 3 weist einen flachen Boden auf und nähert sich dem Zylinderkopf 2 im oberen Totpunkt bis auf den zulässigen Kolbenspalt. Dadurch be­ findet sich der größte Teil des Kompressionsvolumen im Brennraum 6, 6a, 6b.

Die Brennräume 6, 6a, 6b sind drehsymmetrisch ausgebildet. Die Brennräume 6, 6b sind für wandnahe Gemischbildung mit­ tels Einlochdüse optimal geeignet. Der Brennraum 6a erfor­ dert eine Mehrlochdüse, die abweichend von der üblichen Plazierung solcher Düsen am Rand des Brennraumes 6a ange­ ordnet ist.

Die nun folgende Funktionsbeschreibung bezieht sich auf die Brennräume 6, 6b, die für die erfindungsgemäße Anord­ nung optimal geeignet sind: Die durch den Einlaßkanal (9) angesaugte Verbrennungsluft weist aufgrund der Form des Einlaßkanals (9) im Zylinder einen Initialdrall auf, der im Brennraum 6, 6b im Bereich des oberen Totpunkts verstärkt wird. Im Sinne dieser Drallströmung wird kurz vor dem oberen Totpunkt mit der Spritzöffnung 8 des Düseneinsatzes 10 durch die zu diesem Zeitpunkt vor dem Düseneinsatz 10 stehende Steueröffnung 5 hindurch Kraftstoff in den Umfangsbereich des Brennraumes 6, 6b eingespritzt. Auf diese Weise wird eine wandnahe Ge­ mischbildung erzielt, die sich durch ein geringes Verbren­ nungsgeräusch auszeichnet. Die relativ hohe Wandtemperatur des Drehschiebers bewirkt eine rasche Verdampfung des auf ihn treffenden Kraftstoffes und vermeidet auf diese Weise unverbrannte, bzw. teilverbrannte Kohlenwasserstoffe und den damit verbundenen unangenehmen Geruch.

Nach Abschluß der Einspritzung wird der Düseneinsatz 10 vom Drehschieber 4 abgedeckt, so daß die Temperatur des Düseneinsatzes 10 niedrig bleibt und damit ein Verkoken der Spritzöffnungen 8 auch bei hoher Belastung vermieden wird.

Der zentral und symmetrisch im Zylinderkopf 2 vorgesehene Brennraum 6 führt zu einer gleichmäßigen Temperaturbe­ lastung des Zylinderkopfes 2 und in einer Temperatur- und Gewichtsentlastung des flachen Kolbens 3. Der Drehschieber 4 verursacht keine Ventilgeräusche und gestattet großzügig bemessene Ladungswechselquerschnitte.

Claims (9)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1), dessen eines Ende von einem Zylinderkopf (2) gasdicht abgeschlossen ist und in dem ein mit flachem Bo­ den versehener Kolben (3) dichtend geführt ist, wobei der Zylinderkopf (2) einen Drehschieber (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (4) als dünn­ wandiger Hohlschieber mit einer Drehachse parallel zur Achse des Zylinders (1) ausgebildet ist, der an seinem Au­ ßenbereich eine Steueröffnung (5) und in seinem Inneren einen kompakten Brennraum (6, 6a, 6b) aufweist, der den größten Teil des Kompressionsvolumens umfaßt.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (1) im Außen­ bereich des Drehschiebers (4) ein Einspritzventil (7) an­ geordnet ist, das nur bis zum Ende der Einspritzung über die Steueröffnung (5) in Strömungsverbindung mit dem Brennraum (6) steht.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (4) Zylinder­ form aufweist.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (4) Kegelform aufweist.

5. Hubkolbenbbrennkraftmaschine nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (6, 6a, 6b) drehsymmetrisch ist.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum als Zylinder­ brennraum (6) oder Omegabrennraum (6a) oder Kegelbrennraum (6b) ausgebildet ist.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (7) einen Düseneinsatz (10) mit vorzugsweise einer Spritzöffnung (8) aufweist, die in den Umfangsbereich des Brennraums (6, 6b) spritzend angeordnet ist.

8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßkanal (9) im Zylin­ derkopf (2) eine Drallströmung um die Achse des Brennraum (6, 6a, 6b) erzeugend angeordnet ist.

9. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für den Dreh­ schieber (4) warmfestes Metall oder Keramik vorgesehen sind.