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Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende, direkt einspritzende ventilgesteuerte Brenn- kraftmaschine, insbesondere mit einem sehr hohen Verdichtungsverhältnis, mit einem Einlasskanal zur Erzeugung einer Rotation der einströmenden Luft um die Zylinderachse und einem im Kolben liegenden, am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, rotationskörperförmigen Brennraum, der unterhalb des Kolbenbodens eine in einen oberen und einen unteren Teil begrenzende Einschnürung aufweist, sowie einer mit ihren Ausmündungen annähernd auf der Brennraumachse angeordneten Einspritzdüse, deren Kraftstoffstrahlen gegen die Wand des
Kolben-Brennraumes gerichtet sind,
wobei die geometrischen Durchstosspunkte der Achsen der Ein- spritzbohrungen der Einspritzdüse während der gesamten Einspritzdauer unterhalb des engsten
Querschnittes der Einschnürung des Brennraumes liegen, und wobei der Durchmesser des engsten, den oberen Teil vom unteren Teil des Kolben-Brennraumes trennenden Querschnittes des Brennraumes
75 und 90% seines maximalen Durchmessers beträgt, der zwischen der Ebene des engsten Quer- schnittes und der Kolbenbodenebene liegende obere Teil des Brennraumes ein Volumen von etwa
10 bis 30% des Gesamtvolumens des Kolben-Brennraumes aufweist, und der Flankenwinkel der Ein- schnürung, bestimmt von den Tangenten an den Umriss des unteren Muldenteiles durch den geometrischen Schnittkreis des oberen und unteren Teiles des die Brennraummulde bildenden Rotationskörpers einerseits,
und den Erzeugenden des durch den Schnittkreis der beiden Rotationskörper- - Teile und den Schnittkreis des oberen Teiles des Rotationskörpers mit dem Kolbenboden gelegten
Kegels anderseits, zwischen 70 und 120 liegt, nach Patent 375441.
Mit einer Brennkraftmaschine nach diesem älteren Vorschlag konnte gegenüber bisher bekannten Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in der CH-PS Nr. 201350 beschrieben sind, eine Reihe von Vorteilen hinsichtlich Verringerung des Kraftstoffverbrauches und der unerwünschten Abgasemissionswerte erreicht werden. Die vermutliche Ursache der erreichten Verbesserung liegt u. a. in der durch die Ausbildung des Kolbenbrennraumes gemäss dem älteren Vorschlag erzielten intensiven Turbulenz der Überschiebeströmung in den Kolbenbrennraum bzw. der Strömung aus diesem heraus während des Arbeitshubes der Maschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Massnahmen anzugeben, die eine noch effektvollere Strömungsführung zulassen und es ermöglichen, die gemäss dem älteren Vorschlag erzielten Verbesserungen weiter zu verstärken.
Erfindungsgemäss ist dazu vorgesehen, dass bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Seitenwand des unteren Teiles des Kolben-Brennraumes in an sich bekannter Weise zumindest teilweise von einem zur Kolbenachse parallelen Zylinder gebildet ist und dass der Boden des Kolben-Brennraumes zumindest teilweise eben ist, wobei der Übergang zwischen der Seitenwand und dem ebenen Teil des Bodens ausgerundet ist. Überraschenderweise kann dadurch eine erhebliche Verbesserung des Kraftstoffverbrauches und der Abgasemissionswerte erreicht werden.
Dies ist u. a. wohl darauf zurückzuführen, dass, wie sich zeigte, die Strömungsform im Kolben-Brennraum vor allem den Gemischaufbereitungsvorgang und damit in weiterer Folge den Verbrennungsablauf sehr wesentlich beeinflusst und bei der Erfindung die Kraftstoffstrahlen mindestens während des grössten Teiles der Einspritzdauer auch bei einer allenfalls erforderlichen Vorverlegung des Einspritzbeginns, z. B. in Abhängigkeit von der Drehzahl, unter dem gleichen Winkel auf die Seitenwand auftreffen, so dass diesbezüglich immer ähnliche, optimale erfüllbare Bedingungen für die Gemischaufbereitung herrschen. Daneben ist vorteilhafterweise auch die Bearbeitung dieses Bereiches des Kolben-Brennraumes etwas einfacher.
Die Ausbildung eines Teiles der Seitenwand eines Brennraumes im Kolben als zur Kolbenachse parallele Zylinderfläche ist dabei an sich z. B. aus der DE-PS Nr. 489782 bzw. auch der DE-PS Nr. 475507 bekannt, jedoch nur im Zusammenhang mit bereits gattungsmässig nicht mit dem Gegenstand der Erfindung vergleichbaren Anordnungen.
Wenn weiters bei einer Brennkraftmaschine der erfindungsgemässen Art, bei der der Boden des Kolben-Brennraumes einen in der Achse des Kolben-Brennraumes liegenden Kegel aufweist, dessen Spitze dem Kolbenboden zugewandt ist, der Basisdurchmesser des Kegels etwa 40% des maximalen Durchmessers des Kolben-Brennraumes beträgt, bzw. wenn, nach einer andern Ausgestaltung der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine bei der die Einschnürung des Kolben-Brennraumes von zwei Kegelflächen gebildet ist, die Erzeugenden des Kegels im Kolben-Brennraum
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parallel sind zu den Erzeugenden der zum unteren Teil des Brennraumes hinweisenden, die Ein- schnürung bildenden Kegelfläche, so ergibt sich neben fertigungstechnischen Vorteilen vor allem eine weiter verbesserte Führung der Einströmung in den Kolben-Brennraum bzw. der Strömung aus diesem heraus.
Aus dem damit erreichten verbesserten Gemischaufbereitungs- und Verbrennungsablauf resultieren sehr niedrige Werte der Abgasemission, wobei vor allem nur eine relativ kleine
Russmenge im Abgas entsteht. Die genannten, verschiedenen Ausbildungen des Kolben-Brennraumes ermöglichen es, die erwünschten Vorteile auch bei unterschiedlichen Motortypen, Motorgrössen und
Motorbetriebsgrössen durch entsprechende Auswahl der jeweils am besten geeigneten Form zu er- zielen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Kolben einer erfindungsgemässen
Brennkraftmaschine.
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--16-- weist-Brennraum--1-- wird durch eine Einschnürung --4-- in einen oberen Teil und einen unteren Teil --1"-- geteilt, wobei die Einschnürung --4-- aus zwei Kegelflächen --7 und 8-- gebildet wird, die in einem Winkel von etwa 900 gegeneinander liegen.
Im Bereich des geometrischen Schnittkreises der beiden Kegelflächen--7, 8--kann, wie
Fig. 2 zeigt, eine schmale zylindrische Fläche --15-- eingeschaltet sein. Das von dieser zylindri- schen Fläche umschlossene Volumen zählt zum unteren Teil --1"-- des Kolben-Brennraumes.
Der an die Einschnürung --4-- anschliessende untere Teil des Brennraumes--1-- weist eine zylindrische Seitenwand --30-- auf, die über eine Ausrundung in den Boden --29-- übergeht. Der Boden --29-- kann gemäss Fig. 1 eben sein oder, wie Fig. 2 zeigt, von einem in der Brennraumachse --14-- liegenden Kegel --9-- begrenzt sein, dessen Spitze zum Kolbenboden --3-- hinweist. Der Kegelwinkel --26-- des Kegels --9-- im Kolben-Brennraum beträgt dabei etwa 900 und der Basisdurchmesser --31-- des Kegels --9-- beträgt zirka 40% des grössten Durch- messers --22-- des Kolben-Brennraumes --1--. Zwischen der Seitenwand --30-- und dem Kegel --9-- ist ein Bereich des Bodens --29-- wieder eben ausgeführt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Übergang der zylindrischen Seitenwand--30-- des Kolben-Brennraumes --1-- in die untere Kegelfläche --8-- der Einschnürung --4-- scharf- kantig ausgebildet. Der Durchmesser des engsten Querschnittes --5-- beträgt etwa 75 bis 90%, bei den dargestellten Ausführungsbeispielen etwa 80%, des grössten Durchmessers --22-- des
Kolben-Brennraumes. Das zwischen dem Kolbenboden --3-- und der Ebene des engsten Querschnittes --5-- liegende Volumen des oberen Teiles --1'-- des Kolben-Brennraumes --1-- beträgt etwa 20% des Gesamtvolumens des Kolben-Brennraumes --1--, könnte aber auch in Abwandlung der angeführten Beispiele zwischen 10 und 30% betragen.
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The invention relates to an air-compressing, directly injecting, valve-controlled internal combustion engine, in particular with a very high compression ratio, with an inlet channel for producing a rotation of the inflowing air around the cylinder axis and a rotary body-shaped, located in the piston and receiving almost all of the combustion air at the end of the compression stroke Combustion chamber, which has a constriction delimiting into an upper and a lower part below the piston head, and an injection nozzle arranged with its orifices approximately on the combustion chamber axis, the fuel jets against the wall of the
Piston combustion chamber are directed
the geometrical penetration points of the axes of the injection bores of the injection nozzle being below the narrowest during the entire injection period
Cross section of the constriction of the combustion chamber, and the diameter of the narrowest cross section of the combustion chamber separating the upper part from the lower part of the piston combustion chamber
75 and 90% of its maximum diameter, the upper part of the combustion chamber lying between the level of the narrowest cross section and the piston crown level has a volume of approximately
Has 10 to 30% of the total volume of the piston combustion chamber, and the flank angle of the constriction, determined on the one hand by the tangents to the outline of the lower trough part by the geometric intersection of the upper and lower part of the rotating body forming the combustion chamber trough,
and the generatrix of that which is placed by the intersection of the two rotating body parts and the intersection of the upper part of the rotating body with the piston crown
Cone, on the other hand, is between 70 and 120, according to patent 375441.
With an internal combustion engine according to this older proposal, compared to previously known internal combustion engines, as described, for example, in CH-PS No. 201350, a number of advantages with regard to reducing fuel consumption and undesirable exhaust gas emission values could be achieved. The probable cause of the improvement achieved lies among others. a. in the intensive turbulence of the push-over flow into the piston combustion chamber or the flow out of it during the working stroke of the engine, achieved by the formation of the piston combustion chamber according to the older proposal.
The invention is based on the object of specifying further measures which allow an even more effective flow guidance and make it possible to further reinforce the improvements achieved according to the older proposal.
According to the invention, it is provided that in an internal combustion engine of the type mentioned in the introduction, the side wall of the lower part of the piston combustion chamber is at least partially formed in a manner known per se by a cylinder parallel to the piston axis and that the bottom of the piston combustion chamber is at least partially flat, the transition between the side wall and the flat part of the floor is rounded. Surprisingly, this can achieve a significant improvement in fuel consumption and exhaust gas emission values.
This is u. a. probably due to the fact that, as has been shown, the flow shape in the piston combustion chamber influences the mixture preparation process in particular, and consequently the combustion process, and in the case of the invention the fuel jets at least for the most part of the injection period even if the advance is necessary Start of injection, e.g. B. depending on the speed, at the same angle on the side wall, so that there are always similar, optimal conditions for the mixture preparation. In addition, the machining of this area of the piston combustion chamber is advantageously also somewhat easier.
The formation of a part of the side wall of a combustion chamber in the piston as a cylinder surface parallel to the piston axis is in itself z. B. from DE-PS No. 489782 and also DE-PS No. 475507 known, but only in connection with already generic types not comparable with the subject matter of the invention.
Furthermore, in the case of an internal combustion engine of the type according to the invention, in which the base of the piston combustion chamber has a cone lying in the axis of the piston combustion chamber, the tip of which faces the piston head, the base diameter of the cone is approximately 40% of the maximum diameter of the piston combustion chamber is, or if, according to another embodiment of the invention in an internal combustion engine in which the constriction of the piston combustion chamber is formed by two conical surfaces, the generatrix of the cone in the piston combustion chamber
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parallel to the generators of the conical surface pointing towards the lower part of the combustion chamber and forming the constriction, this results in addition to manufacturing advantages, above all a further improved guidance of the inflow into the piston combustion chamber or the flow out of the latter.
The improved mixture preparation and combustion process thus achieved results in very low values of the exhaust gas emission, above all only a relatively small one
The amount of soot in the exhaust gas is generated. The various designs of the piston combustion chamber mentioned make it possible to achieve the desired advantages even with different engine types, engine sizes and
To achieve engine operating parameters by selecting the most suitable form.
The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments.
1 and 2 each show a cross section through a piston of an inventive
Internal combustion engine.
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--16-- has combustion chamber - 1-- is divided by a constriction --4-- into an upper part and a lower part --1 "-, the constriction --4-- consisting of two conical surfaces - -7 and 8-- are formed, which are at an angle of about 900 to each other.
In the area of the geometric intersection of the two conical surfaces - 7, 8 - how
Fig. 2 shows a narrow cylindrical surface --15-- be switched on. The volume enclosed by this cylindrical surface is part of the lower part --1 "- of the piston combustion chamber.
The lower part of the combustion chamber - 1-- adjoining the constriction --4-- has a cylindrical side wall --30--, which merges into the floor --29-- via a fillet. 1 or, as shown in FIG. 2, can be delimited by a cone --9-- lying in the combustion chamber axis --14--, the tip of which towards the piston crown --3- - indicates. The cone angle --26-- of the cone --9-- in the piston combustion chamber is approximately 900 and the base diameter --31-- of the cone --9-- is approximately 40% of the largest diameter --22- - the piston combustion chamber --1--. Between the side wall --30-- and the cone --9-- an area of the bottom --29-- is level again.
In both exemplary embodiments, the transition from the cylindrical side wall - 30-- of the piston combustion chamber --1-- to the lower conical surface --8-- of the constriction --4-- is sharp-edged. The diameter of the narrowest cross section --5-- is about 75 to 90%, in the illustrated embodiments about 80%, the largest diameter --22-- des
Piston combustion chamber. The volume of the upper part --1 '- of the piston combustion chamber --1-- lying between the piston crown --3-- and the level of the narrowest cross section --5-- is approximately 20% of the total volume of the piston combustion chamber --1--, but could also vary between 10 and 30% in the variation of the examples given.
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