Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsraum, der von feststehenden Gehäusewänden und einem darin beweglichen Kolben gebildet wird.The invention relates to an internal combustion enginea combustion chamber, which is made up of fixed housing walls anda piston movable therein is formed.
Bei bekannten Verbrennungsmotoren ist die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Verbrennungsraum in ihrem Ablauf schlecht beeinflußbar. Die Verbrennung findet im wesentlichen nur an der Oberfläche einer sich schnell ausbreitenden Verbrennungsfront statt, während bereits in den Randzonen der Verbrennungsfront trotz hoher Temperaturen keine Verbrennung mehr stattfindet. In den verbrennungsfreien heißen Randzonen entstehen durch entsprechende chemische Reaktionen Schadstoffe, beispielsweise Stickoxide. Bei der verbrauchsgünstigen Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum ist die Verbrennung gegenüber herkömmlicher Kraftstoffeinleitung noch erheblich beschleunigt, so daß det Schadstoffausstoß und die Geräuschemission noch erhöht sind. Um den Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungsraum zu verbessern, werden die Gehäusewände und insbesondere der Kolbenboden mit Mulden und/oder Erhebungen versehen, durch die eine bessere Durchmischung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und dadurch eine gleichmäßigere Verbrennung erreicht wird. Mit diesen Maßnahmen konnten jedoch bisher nur kleine Verbesserungen bzgl. der Verbrennung erreicht werden.In known internal combustion engines, the combustion of theAir-fuel mixture in the combustion chamber in yourProcess difficult to influence. The combustion takes place in theessential only on the surface one quicklyspreading combustion front taking place while already in theNo marginal zones of the combustion front despite high temperaturesCombustion more takes place. In the burn-free hotBorder zones arise through appropriate chemical reactionsPollutants, for example nitrogen oxides. In thefuel efficient direct injection of fuel into theCombustion chamber is the combustion compared to conventionalFuel introduction accelerated considerably, so that detPollutant emissions and noise emissions are still increased. Aroundto improve the combustion process in the combustion chamber,the housing walls and in particular the piston crown Provide troughs and / or elevations through which a betterMixing of the fuel-air mixture and thereby onemore even combustion is achieved. With these measuresSo far, however, only minor improvements have been made to theCombustion can be achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit einem verbesserten Verbrennungsablauf zu schaffen.The object of the invention is to provide an internal combustion engine with ato create an improved combustion process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features ofClaim 1 solved.
Gemäß der Erfindung wird in dem Verbrennungsraum ein gasdurchlässiger poröser Strukturkörper angeordnet, in dem im wesentlichen die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Der poröse Strukturkörper wird derart positioniert, daß der Kraftstoff im wesentlichen in die Struktur eingeleitet wird und dort verbrennt. Die Verbrennung findet also nicht mehr innerhalb einer sich schnell fortpflanzenden dünnen Verbrennungsfront, sondern in dem gesamten Volumen des porösen Körpers statt. Die Verbrennung findet dadurch insgesamt verlangsamt und gleichzeitig in einem großen Volumen statt, wodurch einerseits eine verbesserte Verbrennung und damit weniger Schadstoffausstoß, und andererseits kleinere Druckgradienten und damit eine verringerte Geräuschemission bewirkt werden.According to the invention, a is in the combustion chambergas-permeable porous structural body arranged in theessentially the combustion of the fuel-air mixturetakes place. The porous structural body becomes like thispositioned that the fuel is essentially in theStructure is initiated and burned there. The combustionso you can no longer find yourself quickly within onereproductive thin burn front, but in theentire volume of the porous body instead. The combustiontakes place overall slows down and at the same time in onelarge volume instead, which on the one hand improvesCombustion and thus less pollutant emissions, andon the other hand smaller pressure gradients and therefore onereduced noise emissions are caused.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Strukturkörper an dem Kolbenboden befestigt, kann jedoch auch an einer Gehäusewand befestigt sein. Dazu kann in dem Kolbenboden bzw. in der Gehäusewand eine Mulde vorgesehen sein, in die der Strukturkörper eingesetzt ist. Dadurch lassen sich auch poröse Strukturkörper im Verbrennungsraum unterbringen, ohne daß diese zu weit in den Verbrennungsraum hineinragen.In a preferred embodiment, the structural body is onattached to the piston crown, but can also on oneBe attached to the housing wall. For this purpose, in the piston crown ora trough can be provided in the housing wall, into which theStructural body is used. This also makes it porousPlace structural bodies in the combustion chamber without themprotrude too far into the combustion chamber.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Kraftstoffzufuhr vorgesehen und der Strukturkörper im Bereich der Kraftstoffzufuhr angeordnet. Der Kraftstoff wird also direkt in den Strukturkörper eingespritzt, so daß sichergestellt ist, daß die Verbrennung im wesentlichen innerhalb des Strukturkörpers stattfindet.In a preferred embodiment there is a fuel supplyprovided and the structural body in the area ofFuel supply arranged. So the fuel is in directlyinjected the structural body so that it is ensured thatthe combustion essentially within the structural bodytakes place.
Vorzugsweise ist eine Zündvorrichtung vorgesehen und der Strukturkörper im Bereich der Zündvorrichtung angeordnet. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches am gewünschten Verbrennungsort, nämlich in dem Strukturkörper, realisiert.An ignition device is preferably provided and theStructural body arranged in the area of the ignition device. Onthis will ensure reliable ignition of the air-fuelMixtures at the desired combustion site, namely in theStructural body, realized.
Der Strukturkörper kann aus keramischem oder aus metallischem Material bestehen und zur katalytischen Unterstützung der Verbrennung mit einem Katalysatormaterial beschichtet sein. Mit dem porösen Strukturkörper in dem Verbrennungsraum steht eine sehr große Oberfläche zur Einbringung katalytischer Materialien in den Verbrennungsraum zur Verfügung. Auf diese Weise kann die Verbrennung katalytisch unterstützt werden, wodurch ggf. eine anschließende Abgasreinigung durch einen Abgaskatalysator entfallen kann.The structural body can be made of ceramic or metallicMaterial exist and for the catalytic support of theCombustion can be coated with a catalyst material. Withthe porous structural body in the combustion chamber is onevery large surface area for the introduction of catalytic materialsavailable in the combustion chamber. In this way, theCombustion are supported catalytically, which may result in asubsequent exhaust gas purification using an exhaust gas catalytic convertercan be omitted.
Der Strukturkörper kann aus Schüttungen, Füllkörpern, gestrickten Schäumen, geordneten Packungen oder Mischerstrukturen bestehen.The structural body can consist of fillings, fillers,knitted foams, ordered packs orMixer structures exist.
Vorzugsweise ist der Strukturkörper von Expansionskanälen durchdrungen, die die Durchdringbarkeit der porösen Struktur für den Kraftstoff und die Luft erhöhen bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Eintritt und Durchtritt durch den Strukturkörper lenken und gezielt und dosiert verteilen.The structural body is preferably of expansion channelspermeated the permeability of the porous structurefor the fuel and air or increase the fuelAir mixture when entering and passing through theSteer the structural body and distribute it in a targeted and dosed manner.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.The following are six with reference to the drawingsEmbodiments of the invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen direkteingespritzten Dieselmotor mit einem Strukturkörper im Kolbenboden,Fig. 1 shows a direct injected diesel engine with a structural body in the piston crown,
Fig. 2 einen direkteingespritzten Dieselmotor mit einem Strukturkörper an einer Zylindergehäusewand,Fig. 2 shows a direct injected diesel engine having a structural body on a cylinder housing wall,
Fig. 3 einen direkteingespritzten Otto-Motor mit Strukturkörper am Kolbenboden,Fig. 3 shows a direct injected Otto engine with structural body on the piston crown,
Fig. 4 einen direkteingespritzten Otto-Motor mit Strukturkörper an der Zylindergehäusewand im Bereich der Einspritzdüse,Fig. 4 shows a direct injected Otto engine with structural body of the cylinder housing wall in the region of the injection nozzle,
Fig. 5 einen Dieselmotor mit Strukturkörper am Gehäuseboden undFig. 5 shows a diesel engine with structural body on the housing base and
Fig. 6 einen Otto-Motor mit Strukturkörper an einer Zylindergehäusewand im Bereich eines Einlaßventils.Fig. 6 shows an Otto engine with a structural body on a cylinder housing wall in the area of an intake valve.
In denFig. 1-6 ist jeweils ein Zylinder101-106 eines Hubkolbenmotors im Schnitt dargestellt. Bei jedem der dargestellten Metallzylinder101-106 wird ein Brennraum12,32,42 gebildet von den Gehäuseinnenwänden14,16 des Zylinderblockes22 und des Zylinderkopfes15 und einem Kolbenboden18,20 eines Vertikal beweglichen Kolbens22,24.A cylinder101 -106 of a reciprocating piston engine is shown in section inFIGS. 1-6. In each of the metal cylinders101 -106 shown , a combustion chamber12 ,32 ,42 is formed by the housing inner walls14 ,16 of the cylinder block22 and the cylinder head15 and a piston crown18 ,20 of a vertically movable piston22 ,24 .
Bei den Zylindern101,103,105 derFig. 1, 3 und 5 weist der Kolbenboden18 des Kolbens22 eine unsymmetrische Mulde25 auf, in die ein ebenfalls unsymmetrischer gasdurchlässiger poröser. Strukturkörper26 eingesetzt ist, der im Querschnitt annähernd tropfenförmig ist. Der Strukturkörper26 bedeckt den gesamten Kolbenboden18 und besteht aus keramischem Material, kann jedoch auch aus metallischem Material bestehen. Der Strukturkörper26 ist mit einem Katalysatormaterial zur katalytischen Unterstützung der Verbrennung überzogen. Der Strukturkörper26 ist aus einer festen Schüttung aufgebaut, kann jedoch auch aus Füllkörpern, gestrickten Schäumen, geordneten Packungen oder Mischerstrukturen aufgebaut sein. Der Strukturkörper26 ist jeweils im Bereich einer Einspritzdüse28 bzw. des Einlaßventils29 angeordnet. Ferner ist in dem Strukturkörper26 ein Expansionskanal30 vorgesehen, der trichterartig und geschwungen ausgebildet ist, wobei seine Öffnung der Einspritzdüse28 bzw. dem Einlaßventil29 gegenüberliegend angeordnet ist.In the case of the cylinders101 ,103 ,105 ofFIGS. 1, 3 and 5, the piston crown18 of the piston22 has an asymmetrical trough25 , into which an also asymmetrical gas-permeable porous. Structural body26 is used, which is approximately drop-shaped in cross section. The structural body26 covers the entire piston crown18 and is made of ceramic material, but can also consist of metallic material. The structural body26 is coated with a catalyst material for catalytic support of the combustion. The structural body26 is constructed from a solid bed, but can also be constructed from packing, knitted foams, ordered packings or mixer structures. The structural body26 is arranged in each case in the region of an injection nozzle28 or the inlet valve29 . Furthermore, an expansion channel30 is provided in the structural body26 , which is designed like a funnel and curved, its opening being arranged opposite the injection nozzle28 or the inlet valve29 .
In den Zylindern102;104;106 derFig. 2, 4 und 6 ist der Strukturkörper34;36 an der Zylinderkopfinnenwand16 in einer Mulde angeordnet und ballig um die Einspritzdüse28 bzw. das Einlaßventil29 herum angeordnet. Im Bereich der Einspritzdüse28 bzw. des Einlaßventils29 ist jeweils ein Hohlraum38 in dem Strukturkörper34;36 vorgesehen.In the cylinders102 ;104 ;106 ofFigures 2, 4 and 6 is the structural body34 ;36 arranged on the cylinder head inner wall16 in a trough and crowned around the injection nozzle28 and the inlet valve29 around. In the area of the injection nozzle28 and the inlet valve29 , there is a cavity38 in the structural body34 ;36 provided.
Die Zündkerze35 ist jeweils derart im Zylinderkopf15 angeordnet, daß sie zumindest bei Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens22 in der Nähe des jeweiligen Strukturkörpers26;34;36 ist, um das in dem Strukturkörper26;34;36 konzentrierte Kraftstoff-Luft-Gemisch schnell entzünden zu können.The spark plug35 is arranged in each case in the cylinder head15 in such a way that it at least reaches the top dead center of the piston22 in the vicinity of the respective structural body26 ;34 ;36 is about that in the structural body26 ;34 ; To be able to ignite36 concentrated fuel-air mixture quickly.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Verbrennungsmotors101-106 beschrieben:
Bei den Verbrennungsmotoren101-104 derFig. 1-4 wird bei Erreichen des in den Figuren jeweils dargestellten oberen Totpunktes des Kolbens22 durch die Einspritzdüse28 Kraftstoff in den Verbrennungsraum12,32 eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff bewegt sich im wesentlichen in Richtung des Strukturkörpers26,34 und verteilt sich darin, ggf. auch durch den Expansionskanal30 gelenkt. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, entzündet sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bei Dieselmotoren von selbst (Fig. 1 und 2) bzw. wird bei Otto-Motoren (Fig. 3 und 4) durch die Zündkerze35 fremdgezündet.The mode of operation of the internal combustion engine101 -106 is described below:
In the internal combustion engines101 -104 ofFIGS. 1-4, when the top dead center of the piston22 shown in the figures is reached, fuel is injected into the combustion chamber12 ,32 through the injection nozzle28 . The injected fuel essentially moves in the direction of the structural body26 ,34 and is distributed therein, possibly also directed through the expansion channel30 . As soon as this process is completed, the fuel-air mixture ignites automatically in diesel engines (FIGS. 1 and 2) or is spark-ignited by spark plug35 in gasoline engines (FIGS. 3 and 4).
Ähnlich verhält es sich bei dem in denFig. 5 und 6 dargestellten Zylinder105;106, wobei hier ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Ansaugtakt durch das geöffnete Ventil29 angesaugt und anschließend bei geschlossenem Ventil29 verdichtet wurde.The situation is similar with the cylinder105 shown inFIGS. 5 and 6;106 , a fuel-air mixture being drawn in through the open valve29 in one intake stroke and subsequently compressed when the valve29 is closed.
Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches findet größtenteils innerhalb des Strukturkörpers26;34;36 statt, ist homogen, weist - auch bei Kraftstoff-Direkteinspritzung - keine hohen Druckgradienten auf und ist relativ lang andauernd, so daß eine schadstoffarme Verbrennung mit niedrigen Druckgradienten realisiert wird. Ferner wird die Qualität der Verbrennung hinsichtlich des Schadstoffausstoßes durch die Katalysatormaterial-Beschichtung des Struturkörpers verbessert, so daß eine anschließende katalytische Reinigung der Abgase entfallen kann.The combustion of the fuel-air mixture takes place largely within the structural body26 ;34 ;36 instead, is homogeneous, does not have high pressure gradients, even with direct fuel injection, and is relatively long-lasting, so that low-pollution combustion with low pressure gradients is achieved. Furthermore, the quality of the combustion in terms of pollutant emissions is improved by the catalyst material coating of the structural body, so that a subsequent catalytic cleaning of the exhaust gases can be omitted.
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