DD294318A5

DD294318A5 - Verbrennungskammer fuer maschinen mit verdichtungszuendung

Info

Publication number: DD294318A5
Application number: DD90340552A
Authority: DD
Inventors: Jaroslav Brychta; Eduard Lutisan; Vladimir Jirkovsky
Original assignee: Kk
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-09-26
Also published as: CS276015B6; DE69012641D1; US5007394A; EP0397191B1; CS8902858A1; ATE112015T1; EP0397191A1; DE69012641T2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsraum bei Verbrennungsmotoren mit Verdichtungszuendung besonders bei Kraftfahrzeugen. Der Verbrennungsraum loest das Problem der Verteilung und Wirbelung von Kraftstoffgemisch im Verbrennungsraum des Motors und damit die folgende leichtere Zuendung des Kraftstoffgemisches, eine optimale Erhoehung der Verbrennungsdruecke mit optimalem Layout des Ventilmechanismus und der Ansaug- und Auspuffkanaele bei einer vereinfachten Konstruktion des Zylinderkopfes, das durch die groeszere Exzentrizitaet der Einspritzduese ermoeglicht wird. Es ist das Ziel, Motoren mit geraeuscharmem Lauf, niedrigem Kraftstoffverbrauch und einem niedrigen Schadstoffgehalt bei den Auspuffgasen bereitzustellen. Das Prinzip der Erfindung ist der rotierende Verbrennungsraum, der im Kolbenboden 1 gebildet wird, dessen Boden durch eine rotierende periphere Flaeche 4 und eine rotierende Innenflaeche 3 gebildet wird, deren Begrenzung, eine kreisfoermige Sperre 15, wird durch das Verhaeltnis zwischen der Tiefe 9 der rotierenden peripheren Flaeche 4 im Boden des Kolbens 1 und der Tiefe der Oberseite 10 auf der Sperre 15, dem groeszten Durchmesser 7 der rotierenden Innenflaeche 3 und dem groeszten Durchmesser 8 der rotierenden peripheren Flaeche 4, und der Tiefe 10, 13 beider rotierenden Flaechen 3, 4 des Kolbenbodens gebildet. Fig. 1{Verbrennungsraum; Verbrennungsmotoren mit Verdichtungszuendung; Kraftfahrzeuge; Verteilung; Wirbelung; Kraftstoffgemisch; leichtere Zuendung; Ventilmechanismus; Auspuffkanaele}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Verbrennungsraum bei Verbrennungsmotoren mit Verdichtungszündung mit einer Mehrlochdüsen-Zylinderkraftstoffeinspritzung, die im Kolbenboden als eine Vertiefung gebildet wird, begrenzt durch eine rotierende Seitenwand, und deren Boden geformt ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind die Verbrennungsräume im Kolbenboden bei Motoren mit Verdichtungszündung mit Zylindereinspritzung, die durch eine rotierende Seitenwand gebildet wird, die in den geformten Boden des Verbrennungsraumes hineingeht; die Achse des Verbrennungsraumes ist mit derZylinderachse identisch oder liegt in deren unmittelbaren Nähe. Die Einspritzdüse befindet sich in der Mitte oder fast in der Mitte des Zylinderkopfes zwischen Ansaugausgang und den Auspuffkanälen. Diese Verbrennungsräume, deren Einspritzdüse grundsätzlich mittig angeordnet ist und die selbst meistens mittig sind, können hinsichtlich der Form des Verbrennungsraumes und der Lage der Einspritzdüse einen optimalen Füllungswirbel im Verbrennungsraum, ein gutes bis optimales Kraftstoffgemisch und dessen Verteilung im Verbrennungsraum schaffen, d. h., das fettere Gemisch an den Wänden des Verbrennungsraumes und das magere Gemisch in der Mitte des Verbrennungsraumes, das wesentlich die Zündung des Kraftstoffgemisches, den Verbrennungsprozeß und die Erhöhung des sich daraus ergebenden Verbrennungsdruckes sowie den spezifischen Kraftstoffverbrauch und die Emission von Auspuffgasen beeinflußt. Bekannt sind ebenfalls die rotierenden Verbrennungsräume bei Motoren mit Verdichtungszündung mit Zylindereinspritzung durch Mehrlochdüse (DE 3018577), die versetzt im Kolbenboden gebildet wird und im mittleren Teil des Verbrennungsraumes mit einer rotierenden Nase ausgerüstet ist, die zusammen mit einer weiteren Formung des Verbrennungsraurnes für einen optimalen Kraftstoffgemischwirbel dient. Hinsichtlich der Volumenreduzierung im Mittelteil des Verbrennungsraumes, wo sich das magerste Kraftstoffgemisch nach der Einspritzung befindet, tritt eine schnellere Verbrennung des Kraftstoffgemisches auf, das die Geschwindigkeit bei der Erhöhung des Verbrennungsdruckes ungünstig beeinflußt.

Alle bekannten Verbrennungsräume, die die optimale Wirbelung der Kraftstoffüllung, die geeignete Verteilung des Kraftstoffgemisches und die sich daraus ergebende gute Zündung des Gemisches und die optimale Erhöhung des Verbrennungsdruckes schaffen können, sind koaxial mi* der Zylinderachse angeordnet oder um maximal 0,2mal dem Durchmesser des Verbrennungsraumes versetzt. Ist der Versatz des Verbrennungsraumes größer, teilt sich der Wirbel während der Luftverdichtung, und es entstehen weitere Wirbel, und das beeinflußt die Zusammensetzung und die Verteilung des Kraftstoffgemisches im Verbrennungsraum ungünstig, wodurch die Zündung verschlechtert, die Verbrennungsdrücke erhöht, der spezifische Kraftstoffverbrauch verschlechtert und Schadstoffemissionen erhöht werden.

Ziel der Erfindung

Außerdem ist ein größerer Versatz des Verbrennungsraumes hinsichtlich eines erforderlichen größeren Versatzes der Einspritzdüse wünschenswert, welches eine entschiedene Lage des Ansaug- und Auspuffkanals im Motorzylinderkopf und im Ventilmechanismus ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsraum bei Zylindereinspritzung durch die Mehrloch-Einspritzdüse, die auch bei einem größeren Versatz als 0,2mal dem Durchmesser des Verbrennungsraumes einen ungestörten Füllungswirbel im Verbrennungsraum, eine gute Entstehung und Verteilung des Kraftstoffgemisches bei einer leichteren Kraftstoffzündung beibehält, wobei die Verbrennungsdrücke und Geräusche nicht erhöht werden, und ein größerer Versatz bei der Lage der Einspritzdüse und die sich daraus ergebende Konstruktionsvereinfachung des Kopfes mit einer optimalen Anordnung der Ansaug- und Auspuffkanäle und des Ventilmechanismus möglich sind.

Die o.g. Nachteile bei Verbrennungsmotoren mit Verdichtungszündung mit einer Zylindereinspritzung durch eine Mehrloch-Einspritzdüse, mit dom Verbrennungsraum im Kolbenboden und durch die rotierende Seitenwand und den geformten Boden begrenzt, werden auf ein Minimum durch den Verbrennungsraum nach der Erfindung verringert, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Verbrennungsraumes im Kolbenboden durch eine periphere rotierende Fläche gebildet wird, die von der rotierenden Innenfläche durch eine Sperre getrennt wird, die eine kreisförmige Ebene mit folgenden Verhältnissen hat: das Verhältnis zwischen der Tiefe der Sperrenoberseite gemessen von der Oberseite der Ebene des Kolbenbodens, und der größten Tiefe der peripheren rotierenden Fläche beträgt 0,4 bis 0,7, das Verhältnis zwischen dem größten Durchmesser der rotierenden Innenfläche und dem größten Durchmesser der peripheren rotierenden Fläche beträgt 0,25 bis 0,45, und das Verhältnis zwischen der größten Tiefe der rotierenden Innenfläche und der größten Tiefe der peripheren rotierenden Fläche beträgt 0,85 bis 1,15. Es ist vorteilhaft, wenn das durch die rotierende Innenfläche und durch die Ebene, wo der obere Kreis der Sperre hindurchgeht, begrenzte Volumen 2-10% des Gesamtvolumens des Verbronnungsraumes im Kolbenboden ausmacht. Weiterhin ist es vom technologischen Standpunkt der Herstellung aus vorteilhaft, daß die periphere rotierende Fläche des Bodens des Verbrennungsraumes als halbringförmige Ebene geformt und durch die Drehung eines halbkugelförmigen Bogens um die Achse des Verbrennungsraumes geschaffen wird, und daß die rotierende Innenfläche im Boden des Verbrennungsraumes halbkugelförmig ist und daß folgendes eingehalten wird: der Radius des Bogens, der die periphere rotierende Fläche bildet, ist 0,4- bis 0,55mal so groß wie der Abstand von dessen Mittelpunkt zur Achse des Verbrennungsraumes, der peripheren rotierenden Fläche im Boden des Verbrennungsraumes folgt stoßfrei die rotierende Seitenwand, deren entstehende Gerade und die Achse des Verbrennungsraumes bilden einen Winkel von 0,0 bis 20°, dessen Scheitelpunkt über dem Kolben liegt.

Ausführungsbeispiel Ein Beispiel für den Verbrennungsraum nach der Erfindung wird schematisch in der zugehörigen Zeichnung gezeigt, dabei zeigt Fig. 1 den Schnitt A-A des Kolbens der Fig. 2, und Fig. 2 zeigt die Ansicht des Kolbens in Richtung 3 nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 wird im Kolbenboden 1 der Verbrennungsraum 2 gebildet, der durch die rotierende Seitenwand 17 und den geformten Boden begrenzt wird, dieser wird durch die periphere, halbringförmige rotierende Fläche 4 gebildet, die auf ihrem Innenumfang in die Oberseite 16 der Sperre 15 hineingeht. Die Sperre 15 ist in einem Kreis geschlossen und umgibt die innere, halbkugelförmige rotierende Fläche. Der Boden des Verbrennungsraumes 2 Ist die Fläche, die sich unter der Ebene befindet, in welcher der obere Kreis 18 der Sperre 15 liegt; die rotierende Seitenwand 17 im Verbrennungsraum 2 bildet die Fläche über dieser Ebene. Die rotierende Seitenwand 17 wird vorteilhaft als die Seitenwand eines Kegelstumpfes geformt, der sich zum Boden des Verbrennungsraumes 2 hin öffnet und dessen Steg und die Zylinderachse einen Winkel 14 von 0 bis 20° bilden. An der rotierenden Seitenwand 17 beginnt die periphere rotierende Fläche 4 des Bodens, der geometrisch durch Drehung des Radiuskreisbogens 11 um den Radius 12 um die Achse des Verbrennungsraumes 2 gebildet wird. Der Mittelteil des Bodens des Verbrennungsraumes 2 wird durch eine halbkugelförmige, rotierende Innenfläche 3 gebildet, die geometrisch durch die Drehung des Kreisbogens des Durchmessers 7 um die Achse des Verbrennungsraumes gebildet wird. Die periphere rotierende Fläche 4 und die rotierende Innenfläche 3 im Boden des Verbrennungsraumes 2 bilden zwischen sich die Sperre 15 der Kreisebene. Das Volumen der rotierenden Innenfläche 3 des Bodens des Verbrennungsraumes beträgt 2 bis 10% des Gesamtvolumens des Verbrennungsraumes. Der Abstand zwischen der Oberseite 16 der Sperre 15 und der oberen Planfläche des Kolbens 1 («der Kolbenboden") wird Tiefe 9 der Sperrenoberseite genannt; der Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der peripheren rotierenden Fläche 4 im Boden des Verbrennungsraumes 2 und der oberen Planfläche des Kolbens wird größte

Tiefe 10 der peripheren rotierenden Fläche 4 genannt, und der Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der rotierenden Innenfläche 3 und der oberen Planfläche des Kolbens 1 wird größte Tiefe 13 der rotierenden Innenfläche genannt. Folgendes gilt: das Verhältnis zwischen der Tiefe 9 der Oberseite 16 der Sperre und der größten Tiefe 10 der peripheren rotierenden Fläche liegt im Bereich von 0,4 bis 0,7; das Verhältnis zwischen dem größten Durchmesser 7 der rotierenden Innenfläche 3 und dem größten Durchmesser 8 der peripheren rotierenden Fläche 4 liegt im Bereich von 0,25 bis 0,45; und das Verhältnis zwischen der größten Tiefe 13 der rotierenden Innenfläche 3 und der größten Tiefe 10 der peripheren rotierenden Fläche 4 liegt im Bereich von 0,85 bis 1,15.

Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch auch die Position der Glühkerze 6 für die Mehrloch-Einspritzdüse 5, die sich stark exzentrisch von der Kolbenachse 1 im Zylinderkopf (nicht dargestellt) befindet und in den peripheren Teil des Verbrennungsraums 2 eintritt.

Die Funktion des Motors mit Verdichtungszündung und Verbrennungsraum lautet erfindungsgemäß: Nach Ansaugen von Luft in den Zylinder folgt der Verdichtungshub, währenddessen wird die Luft im Verbrennungsraum 2 in eine rotierende Wirbelung versetzt, die vorwiegend von der Sperre 15 mit der Kreisebene und von der rotierenden Seitenwandfläche 17 sowie vom Boden geformt wird. Nach dem Einspritzen des Kraftstoffes durch die Mehrloch-Einspritzdüse in die wirbelnde Luftfüllung, aufgrund der geformten Wirbelung und der Teilung des Bodens des Verbrennungsraumes in den peripheren und den inneren Teil, entsteht das homogene fette Kraftstoffgemisch an der Peripherie des Verbrennungsraumes und das magere Kraftstoffgemisch in der Mitte des Verbrennungsraumes. Nach der Zündung des Kraftstoffgemisches an der Peripherie des Verbrennungsraumes 2 wird das wesentlich magerere Kraftstoffgemisch vom mittleren Teil des Verbrennungsraumes 2, vorwiegend vom Volumen der rotierenden Innenfläche 3 des Verbrennungsraumes 2, in den Prozeß gebracht. Das steuert den Verbrennungsprozeß, so daß es möglich ist, minimalön spezifischen Kraftstoffverbrauch, geringe Erhöhungen bei den Verbrennungsdrücken und geringe Schadstoffemissionen in den Auspuffgasen zu erreichen. Die Glühkerze 6 kann vorteilhafterweise im peripheren Teil des Verbrennungsraumes 2 untergebracht werden, wo optimale Bedingungen für das Zünden des Kraftstoffgemisches bestehen.

Claims

1. Verbrennungsraum bei Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung mit Mehrlochdüsen-Zylindereinspritzung, die durch eine Vertiefung im Kolbenboden gebildet wird, der durch eine rotierende Seitenwand und einen geformten Boden begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Verbrennungsraumes (2) im Kolbenboden (1) als eine periphere rotierende Fläche (4) ausgebildet ist, die von der rotierenden Innenfläche (3) durch eine Sperre (15) einer Kreisebene mit folgenden einzuhaltenden Verhältnissen getrennt ist: das Verhältnis zwischen der Tiefe 9 der Oberseite (16) auf der Sperre (15), gemessen von der Planebene des Kolbenbodens (1) und der größten Tiefe (10) der peripheren rotierenden Fläche (4) liegt im Bereich von 0,4 bis 0,7; das Verhältnis zwischen dem größten Durchmesser (7) der rotierenden Innenfläche (3) und dem größten Durchmesser (8) der peripheren rotierenden Fläche (4) liegt im Bereich von 0,25 bis 0,45; und das Verhältnis zwischen der größten Tiefe (13) der rotierenden Innenfläche (3) und der größten Tiefe (10) der peripheren rotierenden Fläche (4) liegt im Bereich von 0,85 bis 1,15.

2. Verbrennungsraum bei Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die rotierende Innenfläche (3) und durch die Ebene, in welcher der obere Kreis (18) der Sperre (15) liegt, begrenzte Volumen 2 bis 10% des Gesamtvolumens des Verbrennungsraumes (2) im Kolbenboden (1) bildet.

3. Verbrennungsraum bei dem Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ι 9riphere rotierende Fläche (4) des Bodens des Verbrennungsraumes (2) die Form eines Halbringes hat, der durch die Drehung eines halbkugelförmigen Bogens und eines Radius (11) um den Verbrennungsraum (2) gebildet wird, und daß die rotierende Innenfläche (3) des Bodens des Verbrennungsraumes (2) eine halbkugelförmige Fläche darstellt.

4. Verbrennungsraum bei dem Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der peripheren rotierenden Fläche (4) des Bodens des Verbrennungsraumes (2) stoßfrei die rotierende Seitenwand (17) des Verbronnungsraumes (2) folgt, dessen Gerade und die Achse des Verbrennungsraumes einen Winkel von 0 bis 20° bilden, dessen Scheitelpunkt über dem Kolben (I) liegt.

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