DE29810897U1 - Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung - Google Patents

Description

Bezeichnung Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung

Beschreibung

Der direkteinspritzende, fremdgezündete Otto-Motor stellt bezüglich der Anordnung der Ladungswechselkanäle, der Ventiltriebe und der Kolbenmulde einen Konstruktionskomplex dar, der dadurch erschwert wird, daß im Hinblick auf eine optimale Gemischaufbereitung, die innerhalb des Brennraumes erfolgen muß, die Einspritzdüse in einer bestimmten Position plaziert werden muß. Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit zwei Gaseinlaßventilen ist dafür der Zwischenraum unter den Einlaßkanälen zwischen den Gaseinlaßventilen am günstigsten. Diese Anordnung benötigt aber besondere Platzverhältnisse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine derartige Kolbenbrennkraftmaschine eine thermodynamisch günstige Kon-0 zeption zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer fremdgezündeten Kolbenbrennkraftmaschine, deren Zylinder jeweils einen Brennraum aufweisen, der einerseits durch einen Kolben und andererseits durch einen Zylinderkopf begrenzt wird, der ein Brennraumdach mit zwei, unter einem Winkel gegen eine durch die Zylinderachse definierte Vertikalebene ansteigende Dachflächen aufweist, von denen jeweils eine Dachfläche mit zwei Gaseinlaßöffnungen und die andere Dachfläche 0 mit wenigstens einer Gasauslaßöffnung versehen ist, wobei die Öffnungen jeweils als Ventilsitze für die Gaswechselventile ausgebildet sind, deren senkrecht zur Ebene der jeweiligen Öffnung verlaufende Achsen gegenüber der Vertikalebene geneigt ausgerichtet sind und einen Ventilwinkel definieren, und mit einer unterhalb und zwischen den beiden Gaseinlaßöffnungen angeordneten Öffnung, in der eine Kraftstoffeinspritz

düse ausmündet und mit einer Öffnung für eine zündkerze im Brennraumdach, die seitlich versetzt auf der der Gasauslaßöffnung zugekehrten Seite der Vertikalebene angeordnet ist.

Für eine derartige Kolbenbrennkraftmaschine besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß der Ventilwinkel der Gaseinlaßventile etwa 20 Grad und der Ventilwinkel des Gasauslaßventils etwa 30 Grad beträgt und daß der Kolbenboden dem Brennraumdach entsprechend dachförmig ausgebildet ist und mit einer quer zu den Dachflächen verlaufenden rinnenförmigen Mulde versehen ist, die von den Gaseinlaßöffnungen abfallend verläuft, wobei der Rand der rinnenförmigen Mulde im Bereich der Ausmündung der Kraftstoffeinspritzdüse eine Ausnehmung aufweist und der Boden der rinnenförmigen Mulde an seinem der Gasauslaßöffnung zugekehrten Ende im Randbereich aufwärts gekrümmt verläuft. Bei dieser Konzeption wird von einem Ventiltrieb mit einem Gesamtventilwinkel von etwa 50 Grad ausgegangen. Um den erforderlichen Platz unter den Einlaßkanälen für die Einspritzdüse zu schaffen, ist der gesamte Ventiltrieb 0 zur Auslaßseite hin verschwenkt, so daß sich die vorstehend angegebenen Ventilwinkel von 20 Grad für den Einlaß und 30 Grad für den Auslaß ergeben. Dadurch erreicht man, daß für die Unterbringung der Kraftstoffeinspritzdüse sowie für die zwischen den beiden Gaseinlaßöffnungen angeordnete Öffnung für die Ausmündung der Kraftstoffeinspritzdüse im Brennraum genügend Platz vorhanden ist. Die Form des sich dadurch ergebenden Brennraumdaches ist asymmetrisch. Durch die Auslegung der Kolbenmulde mit ihrem schräg abfallenden Kolbenboden wird der Tumble der Einlaufströmung stabilisiert und es wird er-0 reicht, daß der Tumble im Kompressionstakt nicht zerfällt.

Die Zuordnung der Düse zum Brennraum sowie die Gestaltung des Brennraumdaches einerseits und der Mulde im Kolbenboden andererseits bringt darüber hinaus den Vorteil eines langen freien Strahls des eingespritzten Kraftstoffs eines luftgeführten 5 Direkteinspritzverfahrens.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnung für die Kraftstoffeinspritzdüse in einer Vertiefung im Brennraumdach angeordnet ist. In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vertiefung von der Öffnung für die Kraftstoffeinspritzdüse sich in Richtung auf den Brennraum erweiternd ausgebildet ist. Der Rand der Vertiefung ist hierbei zweckmäßigerweise auf der der Randausnehmung der Mulde des Kolbenbodens zugekehrten Seite mit einer Ausnehmung versehen. 10

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den oberen Bereich eines Zylinders,

Fig. 2 den Brennraumbereich eines Zylinders in größerem Maßstab mit dem Kolben in einer Position nahe des oberen Totpunktes,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Kolbenboden.

In Fig. 1 ist der Vertikalschnitt durch einen fremdgezündeten Otto-Motor mit direkter Kraftstoffeinspritzung gezeigt, der mit zwei Gaseinlaßventilen 1 und zwei Gasauslaßventilen 2

versehen ist. Der Schnitt ist durch eine Ebene geführt, die durch die Achsen 3 bzw. 4 eines Gaseinlaßventils und dem zugeordneten Gasauslaßventil geführt ist. Die Gaseinlaßventile 0 1 und die Gasauslaßventile 2 werden bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen konventionellen mechanischen Nockenwellenantrieb angesteuert.

Der Brennraum 5 des dargestellten Zylinders wird einerseits 5 durch den Kolben 6 und andererseits durch ein im Zylinderkopf 7 geformtes Brennraumdach 8 begrenzt. Durch die Zylinderachse 13 wird eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Vertikalebene definiert. Das Brennraumdach 8 ist mit zwei unter einem

Winkel gegen die durch die Zylinderachse 13 definierte Vertikalebene ansteigende Dachflächen begrenzt, in denen gaseinlaßseitig Gaseinlaßöffnungen 9 angeordnet sind, durch die die Gaseinlaßkanäle 10 in den Brennraum 5 ausmünden. Gasauslaßseitig sind entsprechend zwei Gasauslaßöffnungen 11 angeordnet, die mit Gasauslaßkanälen 12 in Verbindung stehen. Brennraumseitig werden die Gaseinlaßöffnungen 9 und die Gasauslaßöffnungen 11 durch die Ventilsitze für die Gaseinlaßventile 1 und die Gasauslaßventile 2 begrenzt.

Die Achsen 3 und 4 der Gaseinlaßventile bzw. der Gasauslaßventile verlaufen senkrecht zur Ebene der Ventilsitze der Gaseinlaßöffnungen 9 bzw. der Gasauslaßöffnungen 11.

Im Bereich unterhalb und zwischen den beiden Gaseinlaßventilen 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14 angeordnet, die mit ihrer Düse 15 in den Brennraum 8 ausmündet. Um nun eine optimale Anordnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und eine optimale Ausrichtung des in den Brennraum 8 aus der 0 Düse 15 austretenden KraftstoffStrahls zu erzielen, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die gesamte Ventilanordnung in bezug auf die durch die Zylinderachse 13 definierte Vertikalebene asymmetrisch angeordnet. Hierbei nehmen die Gaseinlaßventile 1 in bezug auf die Vertikalebene durch die Zylinderachse 13 einen Ventilwinkel E von vorzugsweise etwa 20 Grad ein. Die Gasauslaßventile 2 nehmen hierbei gegenüber der Vertikalebene einen Ventilwinkel A von vorzugsweise etwa 30 Grad ein, wobei also der Gesamtwinkel zwischen Einlaßventilen und Auslaßventilen etwa 50 Grad beträgt. Damit 0 ergibt sich auch in bezug auf die Vertikalebene eine gewisse Asymmetrie des Brennraumdaches 9, so daß die untere Kante des Ventilsitzes der Gaseinlaßventile gegenüber der Oberkante 16 des Zylinder etwas angehoben wird und so für die Anordnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14 ein ausreichender Frei-5 raum vorhanden ist.

Die Zündkerze 17 ist bei dieser Anordnung gegenüber der Zylinderachse 13 seitlich versetzt auf der der Gasauslaßöffnung 11 zugekehrten Seite der Vertikalebene angeordnet.

In Fig. 2 ist in einem vergrößerten Vertikalschnitt die vorbeschriebene Brennraumgestaltung dargestellt, wobei der Vertikalschnitt hier durch die Zylinderachse 13 geführt ist. Die Position der Gaseinlaßventile ist durch die Ventilachsen 3 und die Position der Gasauslaßventile ist durch die Ventilachse 4 angedeutet.

Wie der Schnitt in Fig. 2 in Verbindung mit der Aufsicht gemäß Fig. 3 erkennen läßt, ist der Kolbenboden des Kolbens 6 dem Brennraumdach entsprechend dachförmig ausgebildet, jedoch mit einer quer zu den Dachflächen verlaufenden rinnenförmigen Mulde 18 versehen, die von den Gaseinlaßöffnungen 9 abfallend in Richtung auf die Gasauslaßöffnungen 11 verläuft. Im Bereich der Ausmündung der Düse 15 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14 weist der Rand der rinnenförmigen Mulde 18 eine 0 Ausnehmung 19 auf.Der Boden 20 der Mulde verläuft an seinem der Gasauslaßöffnung 11 zugekehrten Ende 21 im Randbereich aufwärts gekrümmt. Im Firstbereich ist der Kolbenboden auf beiden Seiten der Mulde 18 mit einer Abflachung 22 versehen.

Für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14 ist im Brennraumdach eine Öffnung 23 vorgesehen, die in eine sich in den Brennraum erweiternde Vertiefung 24 im Brennraumdach ausmündet. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Düsenmündung der Düse 15 gegenüber der Begrenzung des Brennraum-0 daches etwas zurückversetzt liegt.

Claims (5)

1. Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine, deren Zylinder jeweils einen Brennraum (5) aufweisen, der einerseits durch einen Kolben (6) und andererseits durch einen Zylinderkopf (7) begrenzt wird, der ein Brennraumdach (8) mit zwei unter einem Winkel gegen eine durch die Zylinderachse (13) definierte Vertikalebene ansteigende Dachflächen aufweist, von denen jeweils eine Dachfläche mit zwei Gaseinlaßöffnungen (9) und die andere mit wenigstens einer Gasauslaßöffnung (11) versehen ist, wobei die Öffnungen jeweils als Ventilsitze für Gaswechselventile (1, 2) ausgebildet sind, deren senkrecht zur Ebene der jeweiligen Öffnung verlaufenden Achsen (3, 4) gegenüber der Vertikalebene geneigt ausgerichtet sind und einen Ventilwinkel (E, A) definieren und mit einer unterhalb zwischen den beiden Gaseinlaßöffnungen (9) angeordneten Öffnung, in der eine Kraftstoffeinspritzdüse (15) ausmündet und mit einer Öffnung für eine Zündkerze (17) im Brennraumdach (8), die seitlich versetzt auf der der Gasauslaßöffnung (11) zugekehrten Seite der Vertikalebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilwinkel (E) der Gaseinlaßventile etwa 20 Grad beträgt und der Ventilwinkel (A) des Gasauslaßventils etwa 30 Grad beträgt und daß der Kolbenboden dem Brennraumdach (8) entsprechend dachförmig ausgebildet ist und mit einer quer zu den Dachflächen verlaufenden rinnenförmigen Mulde (18) versehen ist, die von den Gaseinlaßöffnungen (9) abfallend verläuft, wobei der Rand der rinnenförmigen Mulde (18) im Bereich der Ausmündung der Kraftstoffeinspritzdüse (15) eine Ausnehmung (10) aufweist und der Boden (20) der rinnenförmigen Mulde (18) an seinem der Gasauslaßöffnung (11) zugekehrten Ende (21) im Randbereich aufwärts gekrümmt verläuft.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung für die Kraftstoffeinspritzdüse (15) in einer Vertiefung (24) im Brennraumdach (8) angeordnet ist.

3. Kolbenbrennkaltmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (24) von der Öffnung für die Kraftstoffeinspritzdüse (15) ausgehend, sich konisch erweiternd ausgegebildet ist.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Vertiefung (24) auf der der Randausnehmung (19) der Mulde (18) des Kolbenbodens zugekehrten Seite eine Ausnehmung aufweist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden im Firstbereich (22) seiner Dachflächen abgeflacht ausgebildet ist.