DE102005051740A1 - Combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1), in dem ein Brennraum (5) zwischen einem Kolben (3) und einem Zylinderkopf (2) begrenzt ist, einem im Zylinderkopf (2) angeordneten Kraftstoffinjektor (6) und einer im Kolben (3) angeordneten Kolbenmulde (4), die einen Muldenboden (14) mit einer maximalen Muldentiefe (t) aufweist, wobei sich der Muldenboden (14) von einem Kompressionsvorsprung (10) bis zu einem Muldenrand (15) erstreckt, Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse (6a) kegelförmig in den Brennraum (5) eingespritzt wird, der Kraftstoff beim Auftreffen auf die Kolbenmulde (4) zumindest teilweise entlang einer Muldenbodenkontur (11) zwischen dem Kompressionsvorsprung (10) und dem Muldenrand (15) geführt wird und wobei die entlang der Muldenbodenkontur (11) geführten Kraftstoffanteile durch einen Steigungswechsel (16) im Muldenboden (14) oder durch einen konvex ausgestalteten Bereich (R2) im Muldenboden (14) mindestens teilweise von einer Muldenbodenoberfläche abgelöst werden.The invention relates to a diesel internal combustion engine having at least one cylinder (1) in which a combustion chamber (5) is delimited between a piston (3) and a cylinder head (2), a fuel injector (6) arranged in the cylinder head (2) and one in the piston (3) arranged piston trough (4) having a trough bottom (14) with a maximum bowl depth (t), wherein the trough bottom (14) from a compression projection (10) extends to a trough edge (15), fuel by means of an injection nozzle (6a) is injected cone-shaped into the combustion chamber (5), the fuel when hitting the piston recess (4) at least partially along a trough bottom contour (11) between the compression projection (10) and the trough edge (15) is guided and wherein the along Trough bottom contour (11) guided fuel components by a pitch change (16) in the trough bottom (14) or by a convex configured region (R2) in the trough bottom (14) at least partially from one Trough bottom surface are detached.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung, insbesondere eine selbstzündende direkteinspritzende Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a device, in particular a self-igniting direct injection internal combustion engine, according to the preamble of the claim 8th.
Bei bekannten konventionellen Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung wird zunächst Verbrennungsluft komprimiert und anschließend Kraftstoff beispielsweise in Form mehrerer Strahlen eingespritzt, der mittels der Kompressionswärme gezündet wird. Die Vermischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass während des Einspritzvorgangs eine Mischung der brennenden Einspritzstrahlen mit dem umgebenden sauerstoffreichen Gas erfolgt. In der Regel treffen die Einspritzstrahlen mit hohem Impuls auf eine in einem Kolbenboden eingelassene Mulde auf, von der die Kraftstoffstrahlen umgelenkt werden. Daraus ergibt sich eine intensive turbulente Ladungsbewegung, durch die eine vollständige Vermischung des eingespritzten Kraftstoffes mit der Brennraumluft erzielt werden soll. Ziel ist es dabei, die Entstehung von kraftstoffreichen Zonen im Brennraum zu verhindern und somit die Bildung von Russpartikeln zu reduzieren.at known conventional internal combustion engines with auto-ignition first Combustion air compressed and then fuel, for example injected in the form of several jets, which is ignited by the heat of compression. The mixing of fuel and combustion air is essentially achieved by that during of the injection process a mixture of the burning injection jets with the surrounding oxygen-rich gas. Usually meet the injection jets of high momentum on one in a piston bottom recessed trough from which the fuel jets deflected become. This results in an intense turbulent charge movement, through the one complete Mixing of the injected fuel with the combustion chamber air should be achieved. The goal here is the emergence of fuel-rich To prevent zones in the combustion chamber and thus the formation of soot particles to reduce.
Es werden bekanntlich zur Optimierung einer Dieselverbrennung unterschiedliche Kolbenmuldenformen eingesetzt, mit denen eine gezielte Brennraumkonfiguration zur Beeinflussung der Verbrennung im Brennraum festgelegt wird. Dementsprechend können die Gemischaufbereitung im Brennraum intensiviert, die Emissionsbildung im Abgas verbessert und die Funktion einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlung optimiert werden.It are known to be different for optimizing a diesel combustion Piston molds used with which a targeted combustion chamber configuration is determined to influence the combustion in the combustion chamber. Accordingly, you can the mixture preparation in the combustion chamber intensifies, the emission formation improved in the exhaust and the function of a downstream exhaust aftertreatment be optimized.
Aus
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Aus
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung bereitzustellen, bei der die Gemischbildung sowie die Verbrennung im Brennraum verbessert sind. Diese wird erfindungsgemäß jeweils durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.Of the Invention is therefore the object of an internal combustion engine to provide with auto-ignition, in which the mixture formation and combustion in the combustion chamber improved are. This is according to the invention respectively by a method having the features of claim 1 or by a device with the features of claim 8 solved.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 dadurch aus, dass Kraftstoff mittels der Einspritzdüse kegelförmig in den Brennraum eingespritzt wird, und der Kraftstoff beim Auftreffen auf die Kolbenmulde zumindest teilweise entlang einer Muldenbodenkontur zwischen dem Kompressionsvorsprung und dem Muldenrand geführt wird, wobei die entlang der Muldenbodenkontur geführten Kraftstoffanteile durch einen Steigungswechsel im Muldenboden oder durch einen konvex ausgestalteten Bereich im Muldenboden mindestens teilweise von einer Muldenbodenoberfläche abgelöst werden.According to one The first aspect of the invention is characterized by the method according to the invention according to claim 1, characterized in that fuel by means of the injector cone-shaped in the combustion chamber is injected, and the fuel on impact on the piston recess at least partially along a trough bottom contour between the compression projection and the trough edge, wherein the guided along the trough bottom contour fuel shares a slope change in the trough bottom or by a convex designed Area in the trough bottom are at least partially detached from a trough bottom surface.
Die durch den Steigungswechsel bzw. durch den konvex ausgebildeten Abschnitt im Muldenboden erzielten Ablösungseffekte ermöglichen eine gezielte Vorwärtsbewegung der Kraftstofftröpfchen bzw. des Kraftstoffstrahls oder des weitgehend verdampften Kraftstoffes in Richtung einer heißen Kompressionszone in einem Quetschbereich zwischen dem äußeren Kolbenbodenbereich und dem Zylinderkopf. Somit wird überraschenderweise mit einer einfachen Maßnahme eine optimierte Führung des eingespritzten Kraftstoffes innerhalb der Kolbenmulde im Hinblick auf die Kraftstoffverteilung im vorhandenen Kolbenmuldenvolumen herbeigeführt. Weiterhin wird eine intensive Vermischung des Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft vor und/oder während der Verbrennung erzielt. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen konvexen Bereich innerhalb des Muldenbodens kommt eine angepasste Oberfläche des Muldeninneren zustande, mit der durch die Ablösungseffekte im Muldenbodenbereich eine Kraftstoffanreicherung insbesondere im Muldenrandbereich sowie am Muldenboden verhindert wird. Eine effektive Reduzierung der Partikelbildung während der Verbrennung wird ermöglicht, und eine notwendige Nachoxidation von gegebenenfalls bereits gebildeten Russpartikeln kommt rechtzeitig zustande.The separation effects achieved by the change in pitch or by the convex portion in the trough bottom allow a targeted forward movement of the fuel droplets or of the fuel jet or the largely ver vaporized fuel toward a hot compression zone in a pinch region between the outer piston crown region and the cylinder head. Thus, surprisingly, an optimized guidance of the injected fuel within the piston recess with respect to the fuel distribution in the existing piston recess volume is brought about with a simple measure. Furthermore, intensive mixing of the fuel with the combustion air before and / or during combustion is achieved. By means of the convex region provided according to the invention within the trough bottom, an adapted surface of the trough interior comes about, with which a fuel enrichment, in particular in the trough edge region and on the trough bottom, is prevented by the detachment effects in the trough bottom region. An effective reduction of the particle formation during the combustion is made possible, and a necessary post-oxidation of possibly already formed soot particles comes about in time.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kraftstoff mit einem Spitzlochkegelwinkel von 70° bis 130° oder 85° bis 120°, insbesondere mit einem Kegelwinkel von ca. 90° in den Brennraum eingespritzt. Im erfindungsgemäß vorgesehenen Bereich des Spritzlochkegelwinkels werden günstige Voraussetzungen für optimiertes Auftreffen der Kraftstoffstrahlen auf die vorgesehene Kolbenmulde geschaffen. Folglich wird eine gezielte und vorteilhafte Kraftstoffführung im Sinne der Erfindung innerhalb der Kolbenmulde erzielt.In An embodiment of the invention, the fuel with a Pointed hole cone angle of 70 ° to 130 ° or 85 ° to 120 °, in particular with a cone angle of approx. 90 ° in injected the combustion chamber. In the inventively provided region of the injection hole cone angle become cheap Requirements for optimized impact of the fuel jets on the intended Piston well created. Consequently, a targeted and advantageous Fuel management achieved within the piston recess within the meaning of the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein erster Teil des Kraftstoffes zur Bildung eines homogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 130°KW bis 30°KW vor einem oberen Totpunkt eingespritzt, wobei ein weiterer Teil des Kraftstoffes zur Bildung eines heterogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 20°KW vor dem oberen Totpunkt bis 40°KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird. Dadurch wird ein kombiniertes Homogen-Heterogen-Brennverfahren ausgeführt, mit dem eine russfreie selbstzündende Verbrennung mit verminderten NOx-Emissionen ermöglicht wird.In Another embodiment of the invention is a first part of the fuel to form a homogeneous mixture in one Crank angle range of 130 ° KW up to 30 ° KW injected before a top dead center, with another part of the fuel to form a heterogeneous mixture in one Crank angle range of 20 ° KW before top dead center up to 40 ° CA injected after top dead center. This will be a combined Homogenous heterogeneous combustion process carried out with a Russfreie self-igniting Combustion with reduced NOx emissions is possible.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge zur Bildung des heterogenen Gemisches im Vergleich zu einer Gesamtkraftstoffmenge zwischen 60% und 100% bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen bzw. bei Volllast und zwischen 30% und 70%, oder um 50% bei niedrigen bzw. mittleren Drehzahl- und Lastbereichen. Durch die vorgesehene Kraftstoffaufteilung wird ein auf die vorgesehene Kolbenmulde angepasster CHHC-Betrieb entsprechend der erfindungsgemäßen Kraftstoffführung entlang der Kolbenmuldenkontur effizient durchgeführt und im Hinblick auf die Abgasemissionen optimiert. Demnach kann mittels der erfindungsgemäßen Kraftstoffaufteilung annähernd ein vollständiger Ausbrand bzw. eine nahezu hundertprozentige Umsetzung des Kraftstoffes im Muldenbereich unter Vermeidung von Russpartikelbildung erzielt werden.In a further embodiment of the invention, the proportion of injected Amount of fuel to form the heterogeneous mixture in comparison to a total fuel quantity between 60% and 100% at higher engine speeds and load ranges or at full load and between 30% and 70%, or by 50% at low and medium speed and load ranges. Due to the planned fuel distribution is on the intended Piston recess adapted CHHC operation along the fuel guide according to the invention along the piston bowl contour performed efficiently and in terms of Optimized exhaust emissions. Accordingly, by means of the fuel distribution according to the invention nearly a complete one Burnout or almost 100 percent conversion of the fuel achieved in the trough area while avoiding soot particles become.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch aus, dass zwischen dem Kompressionsvorsprung und dem Muldenrand mindestens drei abgerundete Übergangsbereiche ausgebildet sind, wobei der erste Übergangsbereich konkav ausgebildet ist bzw. einen ersten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist, der zweite Übergangsbereich konvex ausgebildet ist bzw. einen zweiten Radius mit einem Mittelpunkt unterhalb der Muldenoberfläche aufweist und der dritte Übergangsbereich konkav ausgebildet ist bzw. einen dritten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist, und wobei die drei Übergangsbereiche ausgehend vom Kompressionsvorsprung oder von einer Kolbenmittellinie in radialer Richtung nach außen bzw. in Richtung des Muldenrandes in einer Reihe angeordnet sind.To In a second aspect of the invention, the device according to the invention is characterized Claim 8 characterized in that between the compression projection and the trough edge formed at least three rounded transition areas are, wherein the first transition region concave is formed or a first radius with a center above the trough surface has, the second transition area is formed convex or a second radius with a center below the trough surface and the third transition region is concave or a third radius with a center above the trough surface and wherein the three transition areas from the compression projection or from a piston centerline in radial direction to the outside or in the direction of the trough edge are arranged in a row.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbens wird eine schnelle Kraftstoffmassenausbreitung innerhalb der Kolbenmulde hervorgerufen und somit eine rasche Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft erzielt. Eine Kraftstoffteilchenführung in Richtung des Quetschbereiches des Kolbens wird mittels einer durch den konvex ausgebildeten zweiten Übergangsbereich hervorgerufenen Ablösung der Kraftstoffmassenströmung optimiert. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff "Ablösung" ebenfalls die Ablenkung des Kraftstoffes in den freien Raum des Kolbens zu verstehen.By the embodiment of the invention Piston becomes a fast fuel mass spread within caused the piston recess and thus a rapid mixing of the fuel with the air. A fuel particle guide in the direction the squish area of the piston is by means of a convex trained second transition area caused detachment of the Fuel mass flow optimized. For the purposes of the invention, the term "detachment" is also the distraction to understand the fuel in the free space of the piston.
Eine überdurchschnittliche Kraftstoffablösung bzw. eine Kraftstoffablenkung von der Muldenbodenoberfläche weg ins Kolbenmuldeninnere wird ermöglicht, so dass sich eine beachtliche Vermischung mit der Verbrennungsluft innerhalb der Mulde ergibt. Es wird somit eine Bildung kraftstoffreicher Zonen an kritischen Stellen im Brennraum, beispielsweise innerhalb der Kolbenmulde, auf ein Minimum reduziert.An above-average Fuel replacement or a fuel diversion away from the well bottom surface into the piston bowl interior is made possible so that a considerable mixing with the combustion air within the trough. It is thus a fuel-rich education Zones at critical points in the combustion chamber, for example within the piston recess, reduced to a minimum.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Übergangsbereich benachbart zum Kompressionsvorsprung, der zweite Übergangsbereich in einem mittleren Teil des Muldenbodens und/oder der dritte Übergangsbereich benachbart zum Muldenrand angeordnet. Durch die vorgesehene Anordnung der abgerundeten Bereiche wird eine auf den CHHC-Betrieb sowie auf einen rein Heterogenbetrieb besonders gut abgestimmte Kraftstoffführung bewirkt.In An embodiment of the invention are the first transition region adjacent to the compression projection, the second transition region in a middle part of the trough bottom and / or the third transition region arranged adjacent to the trough edge. Due to the proposed arrangement of Rounded areas will be one on the CHHC operation as well as on one purely heterogeneous operation causes particularly well coordinated fuel guidance.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Muldenboden zwischen dem ersten Übergangsbereich und dem zweiten Übergangsbereich einen Muldenbodeninßenbereich und zwischen dem zweiten Übergangsbereich und dem dritten Übergangsbereich einen Muldenbodenaußenbereich auf, wobei der Muldenbodenaußenbereich flacher als der Muldenbodeninnenbereich ausgebildet ist. Durch einen im Muldenboden eingebauten Steigungswechsel wird bei den entlang der Muldenbodenoberfläche geführten Kraftstoffanteilen ein Ablösevorgang bewirkt. Es wird somit eine rechtzeitige Ablenkung des geführten Kraftstoffes herbeigeführt. Infolgedessen kann ein effektiver Weitertransport der abgelösten Kraftstoffanteile in Richtung des äußeren Bereichs des Brennraums bzw. des Quetschbereichs des Kolbens bewerkstelligt werden.In a further embodiment of the invention, the trough bottom between the first transition area and the second transition area a trough bottom area and between the second transition area and the third transition area a trough bottom outside area, the trough bottom outside area shallower than the trough bottom interior is formed. Through a In the trough bottom built slope change is along the the trough bottom surface guided fuel shares a detachment process causes. It is thus a timely distraction of the guided fuel brought about. As a result, an effective onward transport of the detached fuel components towards the outer area of the Combustion chamber or the squish region of the piston can be accomplished.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Muldenbodeninnenbereich mindestens einen trichterförmigen Abschnitt, der mit der Kolbenmittellinie einen Winkel von 65° bis 80°, insbesondere einen Winkel von 70° bis 73°, einschließt.In A further embodiment of the invention comprises the trough bottom inner region at least one funnel-shaped Section, with the piston center line at an angle of 65 ° to 80 °, in particular an angle of 70 ° to 73 °.
Die vorgesehene Ausgestaltung der Kolbenmulde bewirkt eine hohe Beschleunigung der Kraftstoffanteile entlang der Muldenbodenoberfläche und daher intensivere Ablösungs- sowie Ablenkungseffekte. Das führt vor allem zu einer rechtzeitigen und nahezu vollständigen Kraftstoffverbrennung, so dass eine Reduktion des Russpartikeleintrags ins Schmieröl erreicht wird. Denn durch die gezielte Kraftstoffführung wird ein direktes Auftreffen von brennenden Kraftstoffstrahlen auf die Zylinderwand vermieden. Somit werden russpartikelbeladene Verbrennungszonen nahe der Zylinderwand minimiert und dadurch ein Russpartikeleintrag ins Schmieröl abgewendet. Weiterhin wird die thermische Belastung des Kolbenmaterials durch die erzielte Ablenkung der brennenden Kraftstoffstrahlen von der Kolbenmuldenoberfläche weg ins Muldeninnere bedeutend verringert.The intended embodiment of the piston recess causes a high acceleration the fuel components along the trough bottom surface and therefore more intense detachment as well as distraction effects. Leading especially for a timely and almost complete fuel combustion, so that a reduction of the soot particle entry into the lubricating oil is achieved becomes. Because the targeted fuel guide is a direct impact avoided by burning fuel jets on the cylinder wall. Thus, soot-laden combustion zones become near the cylinder wall minimized, thereby averting a soot particle entry into the lubricating oil. Furthermore, the thermal load of the piston material is through the achieved distraction of the burning fuel jets from the Piston bowl surface away into the trough interior significantly reduced.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Muldenbodenaußenbereich einen Abschnitt mit einer Tangente, die mit der Kobenmittellinie einen Winkel von 80° bis 90°, insbesondere einen Winkel 84° bis 86°, oder um 85° einschließt. Hierdurch wird der Ablösevorgang des Kraftstoffes von der Muldenbodenoberfläche begünstigt und der Weitertransport der abgelenkten Kraftstoffanteile in Richtung des Quetschbereichs des Kolbens optimiert. Aufgrund der vorgesehenen Muldengeometrie wird eine vorteilhafte Verteilung der Verbrennungszonen erzielt, die insbesondere eine leichte Quetschströmung entstehen lässt, so dass das Ablöseverhalten, vorzugsweise in Kombination mit einem angepassten Drall, ferner verstärkt wird.In A further embodiment of the invention comprises the trough bottom outer region a section with a tangent that coincides with the center line an angle of 80 ° to 90 °, in particular an angle of 84 ° to 86 °, or around 85 °. hereby becomes the detachment process of the fuel from the trough bottom surface favors and further transport the deflected fuel components in the direction of the squish area of the piston optimized. Due to the planned trough geometry an advantageous distribution of the combustion zones is achieved which in particular causes a slight squish flow, so that the detachment behavior, preferably in combination with an adapted twist, further amplified.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Muldenrand und dem Kolbenboden mindestens ein vierter abgerundeter Übergangsbereich konvex ausgebildet, wobei der Übergangsbereich einen Radius mit einem Mittelpunkt unterhalb des Kolbenbodens aufweist. Die Weiterführung der Kraftstoffanteile in Richtung des Quetschbereichs wird hierdurch weiter verbessert. Vorzugsweise umfasst der Muldenrandbereich mindestens einen Abschnitt mit einer Tangente, die mit der Kobenmittellinie einen Winkel von 15° bis 50°, insbesondere einen Winkel von 25° bis 35°, einschließt. Demzufolge wird ein Weitertransport der insbesondere von der Kolbenmuldenbodenoberfläche abgelösten Anteile in Richtung des Quetschbereiches des Kolbens derart optimiert, dass ein Russpartikeleintrag ins Schmieröl verhindert wird. Somit wird im Muldenrandbereich eine Kraftstoffanreicherung bzw. die Bildung von kraftstoffreichen Zonen verhindert.In Another embodiment of the invention is between the trough edge and the piston bottom at least a fourth rounded transition region convex, wherein the transition region has a radius with a midpoint below the piston crown. The continuation the fuel content in the direction of the squish area becomes thereby further improved. Preferably, the trough edge region comprises at least a section with a tangent that coincides with the center line an angle of 15 ° to 50 °, in particular an angle of 25 ° 35 °, includes. As a result, will a further transport of the particular detached from the piston bowl bottom surface portions optimized in the direction of the pinch region of the piston such that a soot particle entry into the lubricating oil is prevented. Thus, will in the bowl edge area fuel enrichment or formation prevented by fuel-rich zones.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Muldenrand ringförmig ausgebildet und weist einen maximalen Muldendurchmesser auf, wobei ein Verhältnis von maximalem Muldendurchmesser zu Kolbendurchmesser in einem Bereich zwischen 0,75 und 0,95, insbesondere zwischen 0,8 und 0,85, liegt. Durch das vorgesehene Verhältnis wird eine Abstimmung des Muldendurchmessers auf den Kolbendurchmesser geschaffen, bei der eine im Hinblick auf minimierte Partikelbildung angepasste Interaktion zwischen dem Muldenkonturverlauf, einem Muldenvolumen und der aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffmasse innerhalb der Kolbenmulde hervorgerufen wird. Dadurch wird ebenfalls eine vorteilhafte Verteilung der Verbrennungszonen erzielt, unterstützt durch eine leichte Quetschströmung, so dass die Ablösungseffekte, vorzugsweise in Kombination mit einem angepassten Drall, ferner gesteigert werden.In a further embodiment of the invention, the trough edge is annular and has a maximum bowl diameter, where a ratio of maximum bowl diameter to piston diameter in one area between 0.75 and 0.95, in particular between 0.8 and 0.85. By the intended ratio is a vote of the bowl diameter on the piston diameter created in the one with regard to minimized particle formation adapted interaction between the trough contour course, a trough volume and the one from the injector leaking fuel mass within the piston recess caused becomes. This also results in an advantageous distribution of the combustion zones achieved, supported by a slight squish flow, so that the detachment effects, preferably in combination with an adapted twist, further be increased.
Unter dem Muldenvolumen wird ein Volumen verstanden, das bei einem flachen Kolbenboden von einer Volumenebene und der Muldenoberfläche umfasst ist. Die Volumenebene ist mit dem Kolbenboden als eine deckungsgleiche horizontale Fläche abgebildet. Dennoch kann diese Ebene je nach Verlauf des Muldenrandes oberhalb des Kolbenbodens bzw. unterhalb des Kolbenbodens liegen.Under the well volume is understood to mean a volume that is flat Includes piston bottom of a volume plane and the trough surface is. The volume plane is with the piston crown as a congruent horizontal surface displayed. Nevertheless, this level can vary depending on the course of the trough edge lie above the piston crown or below the piston crown.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Verhältnis von maximaler Muldentiefe zu Kolbendurchmesser in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,2, insbesondere zwischen 0,12 und 0,16. Durch das vorgesehene Verhältnis kommt eine Brennraumkonfiguration zustande, mit der eine vorteilhafte Kraftstoffführung im Hinblick auf die Muldentiefe und die aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffteilchen innerhalb der Kolbenmulde erzielt wird.In a further embodiment of the invention is a ratio of maximum bowl depth to piston diameter in a range between 0.1 and 0.2, in particular between 0.12 and 0.16. By the intended relationship comes about a combustion chamber configuration, with an advantageous Fuel management in view of the bowl depth and the fuel particles emerging from the injection nozzle is achieved within the piston recess.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie den zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:Further Advantages will become apparent from the following description and the accompanying drawings. In the drawings, embodiments of the Invention shown. Show it:
In
Eine
im Kolbenboden
Wie
in
Vorzugsweise ist der Vorsprungskegelwinkel αh um ca. 10° größer oder kleiner als der Kegelwinkel β, wenn der Kegelwinkel β steil ist oder z.B. ca. 90° beträgt, um einen möglichst parallelen Einspritzverlauf zum Vorsprungsverlauf zu vermeiden.Preferably is the projection taper angle αh about 10 ° larger or smaller than the cone angle β, when the cone angle β steep is or is e.g. is about 90 ° to one preferably to avoid parallel injection course to the projection course.
In
Gemäß
Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine Ausgestaltung des Muldenbodens
Das
Gestaltungskonzept der Kolbenmulde
Somit
wird eine gemäß
Ausgehend
vom Kompressionsvorsprung
Die
Ausgestaltung des Kompressionsvorsprungs
Bei
etwa der Hälfte
des Kolbendurchmessers Db ist ein zweiter Übergangsbereich R2 angeordnet,
der von der ansteigenden Muldenkontur
Der
zweite Übergangsbereich
R2 wirkt als ein kleiner Höcker
bzw. als eine Absprungskante. Nach außen hin folgt dann ein dritter
in Richtung des Zylinderkopfs
Der
dritte Übergangsbereich
R3 geht wiederum in den steil ansteigenden Muldenrand
Der
Muldenrand
Ein
etwas steilerer Anstieg des Muldenrands
Hierdurch
wird ein direktes Auftreffen der brennenden Kraftstoffstrahlen
Gemäß der vorliegenden
Erfindung führt
ein flacher Muldenrandwinkel αk3
dazu, dass die vom Muldenrand
Die erfindungsgemäße Kolbenmuldenkonfiguration eignet sich sowohl für eine kombinierte homogene/heterogene Betriebsweise, bekannt als CHHC-Betrieb, einer Dieselbrennkraftmaschine als auch für eine rein heterogene bzw.The piston bowl configuration according to the invention is suitable for both a combined homogeneous / heterogeneous mode of operation, known as CHHC operation, a diesel engine as well as for a purely heterogeneous or
konventionelle
Betriebsweise. Eine reine homogene Betriebsweise ist ebenfalls möglich. Der
Einsatz einer Einspritzdüse
In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung wirkt sich die erfindungsgemäße Kolbenmulde
Weiterhin
eignet sich die erfindungsgemäße Kolbenmulde
Der
in
Somit
werden ein Ausbrandmechanismus und eine Russoxidation verstärkt und
beschleunigt. Die durch den Steigungswechsel verursachte Richtungsumlenkung
der Kraftstoffstrahlen
In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung ist der Muldenrand
Dennoch
sollten die Gestaltung des Anstieges des Muldenrands
Dadurch
wird die Hauptverbrennungszone unterhalb des Zylinderkopfes
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist eine Einspritzdüse
20°KW vor dem oberen Totpunkt bis ca. 40°KW nach dem oberen Totpunkt, vorzugsweise ca. 5°KW vor dem oberen Totpunkt gewählt. Dabei beträgt im CHHC-Betrieb der Anteil der heterogen eingespritzten Kraftstoffmenge bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen bzw. im Volllastbereich ca. 70% bis 100% und im Teillastbereich ca. 50%.20 ° KW before the top dead center to about 40 ° CA after the top dead center, preferably selected about 5 ° CA before top dead center. there is in CHHC mode, the proportion of heterogeneously injected fuel quantity at higher Speed and load ranges or in the full load range approx. 70% to 100% and in the partial load range about 50%.
Dementsprechend
gelangt der Kraftstoff während
der homogenen Gemischbildungsphase aufgrund der von Zylinderkopf
In
einem Teillastbereich trifft die relativ geringe heterogene Kraftstoffeinspritzmenge
mit einem geringeren Impuls auf die Kolbenmulde
Des
Weiteren treffen gemäß
Die
Kraftstoffstrahlen
Hierdurch
findet eine heterogene Diffusions-Verbrennung im Wesentlichen ohne
thermische NOx-Bildung statt. Um eine erhöhte NOx-Bildung zu vermeiden,
wird vorzugsweise die Verbrennungsluft mit rückgeführtem und/oder im Brennraum
zurückgehaltenem
Abgas vermischt. Hierzu ist eine AGR-Vorrichtung vorgesehen. Zusätzlich liegt
durch die vorangegangene homogene Verbrennung bereits verringerte
Sauerstoffkonzentration im Brennraum
Bei
hohen Drehzahl- und Lastbereichen, insbesondere im Volllastbereich
liegt dagegen während der
heterogenen Verbrennungsphase eine lange Kraftstoffeinspritzdauer
und demnach ein hoher Impuls der Kraftstoffstrahlen
Folglich
eignet sich die erfindungsgemäße Kolbenmulde
Daher
ergeben sich in der Brennraummitte gemäß
Dadurch
kommen bei einer angelagerten Nacheinspritzung NE bei Verwendung
einer Einspritzdüse
mit einem Spritzkegelwinkel von z.B. 90° die nacheingespritzen Strahlen
gemäß
Aufgrund
der vorteilhaften Verbrennung kann die Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung
NE, im Gegensatz zu einer üblichen
konventionellen Brennraumkonfiguration, größer gewählt werden. Durch die geringere
Menge der ersten Einspritzung bzw. Haupteinspritzung HE wird eine
geringere Überfettung
in den äußeren Zonen
des Brennraum
Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
wird die Einspritzdüse
Dagegen wird der Kraftstoffeinspritzbeginn für die heterogene Hauptverbrennungsphase im Teillastbereich in einem Intervall von ca. 20°KW vor dem oberen Totpunkt bis ca. 40°KW nach dem oberen Totpunkt, vorzugsweise ca. 5°KW vor dem oberen Totpunkt gewählt. Dabei beträgt im CHHC-Betrieb der Anteil der heterogen eingespritzten Kraftstoffmenge bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen bzw. im Volllastbereich ca. 70% bis 100% und im Teillastbereich ca. 50%.On the other hand becomes the fuel injection start for the main heterogeneous combustion phase in the partial load range at an interval of approx. 20 ° CA before top dead center until about 40 ° KW after the top dead center, preferably selected about 5 ° CA before top dead center. there is in CHHC mode, the proportion of heterogeneously injected fuel quantity at higher Speed and load ranges or in the full load range approx. 70% to 100% and in the partial load range about 50%.
Während der
homogenen Gemischbildungsphase trifft der Kraftstoff weiter außen auf
die Kolbenmulde
Ansonsten
ergibt sich danach ein ähnlicher Verlauf
wie der von der Einspritzdüse
mit dem Spritzlochkegelwinkel β von
90°. Die
Gemischwolken
Die
gemäß der Erfindung
vorgesehene Brennraumkonfiguration eignet sich insbesondere für Brennkraftmaschinen
mit Selbstzündung,
die sowohl mittels eines CHHC-Betriebs als auch mittels eines rein
homogenen oder rein heterogenen Dieselbrennverfahrens betrieben
werden. Außerdem
eignet sich die erfindungsgemäße Kolbenmulde
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- 2005-11-23 WO PCT/EP2005/012517 patent/WO2006058640A1/en active Application Filing
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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