DE2809968A1

DE2809968A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer kreiszylinderfoermigen brennkammer

Info

Publication number: DE2809968A1
Application number: DE19782809968
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Dr Eckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2419395A1; JPS54126809A; GB2016594B; US4258680A; GB2016594A; FR2419395B1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Dort ist die kreiszylinderförmige Brennkammer im Kolbenboden angeordnet, der ferner muldenförmige Kanäle aufweist, die tangential in die zylindrische Brennkammer münden und zur Erzeugung einer Wirbelbewegung der dort enthaltenen komprimierten Luftfüllung dienen. Der Kraftstoff wird mittels einer Zweilocheinspritzdüse, die im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse in der Zylinderwand des den Kolben führenden Zylinders angeordnet ist, durch eine Ausnehmung in der Viand der zylindrischen Brennkammer in diese eingespritzt. Die Einspritzstrahlen verlaufen dabei symmetrisch rechts und links der Achse der zylindrischen Brennkammer und parallel zum Boden derselben. Diese Ausgestaltung hat jedoch den Nachteil, daß der Brennraum durch die tiefen Kanäle sowie die für die Kraftstoffeinspritzung vorgesehene Ausnehmung in der Wand stark zerklüftet ist, was eine geordnete Strömung stört und die Oberfläche vergrößert. Das wirkt sich nachteilig auf die Gemischaufbereitung und die Entflammungsgeschwindigkeit aus und bedingt schädliche Wärmeverluste. Andererseits erhöht die seitlich im Kolben gelegene Brennkammer die Wärmebelastung des Kolbens. Der Einbau des bei dieser Ausführungsform vorgesehenen Einspritzventils in der Zylinderwand bzw. in der Zylinderbüchse bringt erhöhte Probleme für die Formbeständigkeit der Zylinderlauffläche sowie für die Wärmeabfuhr und die Wärmebelastung der angrenzenden Bauteile.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich ungestört ein geordneter Luftwirbel in der Brennkammer ausbilden kann bei kompakter Brennraumgestaltung und einem Brennraum, in dem

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im wesentlichen das gesamte Kompressionsendvolumen enthalten ist. Der entstehende Luftwirbel ist durch keine Ausnehmungen in der Mantelfläche der zylindrischen Brennkammer gestört. Die Wäremverluste werden wegen der geringen Oberfläche klein gehalten. Ferner werden die Wärmeverluste weiterhin durch den aufgesetzten Kolben boden verringert. Auch der freistehende Teller des Einlaßventils auf der anderen Seite der zylindrischen Brenn---:i.·. kammer dient der Wärmeisolation und damit der Verminderung von Wärmeverlusten. Durch eine kanalartig Ausnehmunge geringer Tiefe im Bereich des in die Brennkammer eintauchenden Kolbenbodens wird erreicht, daß der in die Brennkammer eintretende Kraftstoffeinspritzstrahl vom Lufstrom geführt und umfaßt wird und dadurch eine Wandbenetzung im Streubereich des Kraftstoffstrahls gering gehalten werden kann. Der stark aufheizbare und wärmebeständige Kolbenboden hat dabei den Vorteil, daß dennoch auf die Wandungen auftretende Kraftstoffteile schnell verdampft werden und von der im Brennraum drehenden Luft aufgenommen werden.

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Durch das Öffnen und Schließen der Wirkelkammer über den Aufsatz am Kolbenboden - im Verlaufe der Kolbenbewegung hat das Verfahren ähnliche Eigenschaften wie die Verfahren bekannter Kammermotoren, ohne deren Nachteil der Überschiebverluste an der Einschnürung zwischen Kammer · und Zylinderraum.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der gemäß dem Hauptanspruch ausgestalteten Hubkolbenbrennkraftmaschine möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der ERfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. I einen Längsschnitt durch

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einen Teil des Zylinderkopfes, des Zylinders und des Kolbens einer Brennkraftmaschine und Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die erfindungsgemäß» ausgestaltete Brennkammer mit der Draufsichtauf den Kolbenboden.

Beschreibung

In Fig. 1 ist der Kolben 1 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zum Teil im Schnitt gezeigt. Der Kolben ist in bekannter Weise in einer Zylinderbohrung 3 geführt, die durch einen Zylinderkopf 4 stirnseitig verschlossen wird. Im Zylinderkopf verlaufen ein Ansaugkanal 5 und zwei Auslaßkanäle 6, die in üblicher Weise durch ein Einlaßtellerventil 8 und zwei Auslaßtellerventile 9 am Eintritt in den zwischen Kolben 1 und Zylinderkopf 4 eingeschlossenen Brennraum für den Gaswechsel geöffnet bzw. geschlossen werden können.

Der Brennraum in der Endstellung am oberen Totpunkt des Kolbens besteht im wesentlichen aus einer kreiszylinderförmigen Brennkammer 11, die koaxial zur Achse des Einlaßventils innerhalb des Zylinderkopfes 4 liegt und im wesentlichen die Form einer flachen Scheibe hat, die bezogen auf den.Zylinderkopf zum Brennraum im wesentlichen offen ist. Ein schmaler sichelförmiger Teil 12 der Brennkammer reicht jedoch seitlich aus der Projektion der Zylinderbohrung 3 auf den Zylinderkopf hinaus. In diesen Bereich ist in der Mitte der zylindrischen Wand der Brennkammer eine Kraftstoffeinspritzdüse 14 angeordnet. Bei dieser handelt es sich um eine Einstrahldüse (eventuell Zapfendüse), die so gerichtet ist, daß der Kraftstoffstrahl seitlich an der gedachten Achse der Brennkammer 11 vorbeispritzt Ferner kann im Wandteil des sichelförmigen Teils 12 eine Glühkerze 15 eingesetzt sein. -

Der obere flache Boden der Brennkammer 11 wird im wesentlichen durch den Teller 16 des Einlaßtellerventils 8 begrenzt. Die andere Stirnseite der Brennkammer 11 wird im oberen

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Totpunkt des Kolbens durch einen in die Brennkammer zum Teil eintauchenden Absatz 18 eines auf den Kolben stirnseitig aufgesetzten Kolbenboden 19 verschlossen. Dieser besteht aus wärmebeständigem Material und bildet mit der Stirnseite 20 des Kolbens einen isolierenden Luftraum 21, so daß sich der Kolbenboden während des Betriebs der Brennkraftmaschine stark erhitzen kann ohne daß eine unzulässige Wärmebelastung des Kolbens eintritt.

Die Form des Absatzes 18 in der Draufsicht ist der Fig. 2 zu entnehmen. Der Absatz 18 ist dabei im wesentlichen kreiszylinderförmig mit etwa gleichem Durchmesser wie der der Brennkammer 11, ausgenommen der Fläche des sichelförmigen Teils 12. Abgesehen von dem Absatz 18 ist der übrige Teil des Kolbenbodens 19 eben und weist lediglich ggfs. im Wirkungsbereich der Auslaßventile Ausnehmungen 23 auf, damit bei möglichst kleindimensionierten Restbrennraum der Ventilhub nicht begrenzt ist.

Stirnseitig weist der Absatz 18 ferner eine kanalartige Ausnehmung 25 auf, die im Bereich des Einspritzstrahles 25 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 verläuft mit leichter Krümmung in Richtung des Luftdralls. Die Tiefe der Ausnehmung ist beim Beginn, am übergang zum sichelförmigen Teil 12 der Brennkammer 11 am tiefesten und läuft zum etwa diametral gegenüberliegenden Ende der Brennkammer hin flach aus. Der Fig. 2 ist ferner die Anordnung der Auslaßtellerventile 9 zu entnehmen. Diese liegen innerhalb der Projektion der Zylinderbohrung 3, so daß die Brennraumgestaltung sehr kompakt ist mit geringer Verklüftung. Dementsprechend können Wärmeverluste und Überschiebverluste sehr gering gehalten werden.

Der Ansaugkanal 5 ist ferner so ausgestaltet, daß die eintretende Frischluftladung in Rotation versetzt wird, derart, daß ein Luftwirbel entsteht, dessen Achse koaxial

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zur Achse des Einlaßtellerventils bzw. der Brennkammer liegt. In diese stark ausgeprägte, gerichtet Luftströmmung wird der Kraftstoff so in die Brennkrammer 11 eingespritzt, daß er einen möglichst langen Weg in der Luftfüllung des Brennraums zurücklegt und möglichst wenig in Berührung mit den die Brennkrammern 11 begrenzenden Wänden kommt. Durch die rotierenden Massen werden die einzelnen Kraftstofftröpfchen mitgenommen, was zu einer großen Verweilzeit des Kraftstoffs in der bewegten Luft führt, einer Wandbenetzung entgegenwirkt und schließlich eine sehr gut Kraftstoffaufbereitung ergibt. Durch die zylindrische Gestalt der Brennkammer 11 wird die Drallbewegung nicht gestört. Die Ausnehmung 25 erlaubt dabei, die Höhe der zylindrischen Brennkammer 11 möglichst gering zu halten, zur Darstellung des bei Dieselverfahren erforder-lichen Verdichtungsverhältnisses.

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Claims

κ. 28U9968

26.1.1978

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer-kreiszylinderförmigen Brennkammer, deren eine flache Seite durch den Kolben und deren andere flache Seite im wesentlichen durch den Teller des Einlaßventils gebildet wird und in die zur Selbstzündung kommender Kraftstoff durch eine Kraftstoffeinspritzdüse senkrecht zur Achse der Brennkammer eingespritzt wird, wobei drallbildende Mittel vorgesehen sind zur Erzeugung einer geordneten Bewegung der in der Brennkammer enthaltenen Füllung um die Brennkammerachse, dadurch gekennzeichnet, daß die kreiszylinderförmige Brennkammer (11) und die Kraftstoffeinspritzdüse (14) im Zylinderkopf angeordnet sind und daß in der oberen Totpunktlage des Kolbens (1) die Brennkammer durch einen zum Teil in diese., eintauchenden, der Form der Brennkammerwand angepaßten Kolbenteil geschlossen wird, der ein Absatz (18) eines auf den Kolben (1) aufgesetzten, diesem gegenüber durch einen Luftraum (21) isolierten, wärmebeständigen Kolbenboden (19) ist.

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2. Hulbkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ebene Oberfläche des in die Brennkammer eintauchenden Absatzes (18) eine Ausnehmung (25) zur Führung wenigstens eines Kraftstoffeinspritzstrahles (16) aufweist.
3· Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (25) und der Einspritzstrahl (26) so gerichtet sind, daß sie seitlich an der Brennkammerachse vorbei verlaufen.
4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gaswechsel zwei Auslaßventile (9) vorgesehen sind, die innerhalb der Projektion des Kolbendurchmessers im Zylinderkopf (4) angeordnet sind.
5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drallerzeugende Mittel in der Führung der Ansaugluft vorgesehen sind.

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