DE102010027637A1 - Piston for internal combustion engines, and internal combustion engine for this purpose - Google Patents

Piston for internal combustion engines, and internal combustion engine for this purpose Download PDF

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Abstract

Ein Kolben für Brennkraftmaschinen wird für mit Direkteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschinen derartig ausgebildet, dass die Kraftstoffeinspritzstrahlen (22) jeweils auf Aufprallzonen (21) von zum wandseitigen Umfeld erhabenen Vorsprüngen ausgerichtet sind, derart, dass ein Aufbrechen der teils nebelartigen Einspritzstrahlen und eine dreidimensionale Aufweitung derselben zu einer die Aufprallzonen umgebenden Spray-Wolke erreicht wird.A piston for internal combustion engines is designed for internal combustion engines working with direct injection in such a way that the fuel injection jets (22) are each aligned with impact zones (21) of projections raised towards the wall-side environment, in such a way that the partly fog-like injection jets break up and they are three-dimensionally expanded to form a the spray cloud surrounding the impact zones is reached.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung, sowie mit solchen Kolben ausgerüstete Brennkraftmaschinen.The invention relates to a piston for internal combustion engines, in particular for internal combustion engines with direct fuel injection, as well as with such piston equipped internal combustion engines.

Kolben für Brennkraftmaschinen mit zur Kolbenstirnfläche vertieft liegender kolbenseitiger Brennmulde sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt, so zum Beispiel als Kolben mit topfförmiger oder mit gegen den Topfrand im Übergang zur Kolbenstirnfläche eingeschnürter Mulde, als Stufenmuldenkolben, bei denen sich die Brennmulde im Übergang zur Kolbenstirnfläche stufenförmig erweitert und als Kolben mit im Querschnitt W-förmiger Brennmulde, bei denen in der Brennmulde zentral aufragend vom Muldenboden ein kegelförmiger Dom vorgesehen ist. Ferner gibt es eine Vielzahl von Mischbauformen.Pistons for internal combustion engines with recessed to the piston end surface piston-side combustion trough are known in many configurations, such as pistons with cup-shaped or with the pot edge in the transition to the piston end constricted trough, as a step trough piston in which the fuel trough in the transition to the piston end face extends stepwise and as a piston with a cross-sectionally W-shaped combustion trough, in which a cone-shaped dome is provided centrally in the combustion trough, rising centrally from the trough bottom. Furthermore, there are a variety of mixed designs.

In ihrer jeweiligen spezifischen Bauform werden solche mit Brennmulde ausgerüstete Kolben insbesondere im Hinblick auf gewünschte Luftbewegungen im Brennraum – abgestimmt auf die jeweilige Art der Kraftstoffzuführung, insbesondere Kraftstoffeinspritzung – zur Realisierung unterschiedlichster Brennverfahren für Brennkraftmaschinen genutzt. Diese Brennverfahren zielen meist auf eine optimierte Aufbereitung des Kraftstoffluftgemisches zur Minimierung des Schadstoffausstoßes sowie zur Minimierung des spezifischen Verbrauches zumindest in besonders interessanten Teilbereichen des jeweiligen Leistungsspektrums der Brennkraftmaschinen ab.In their respective specific design, pistons equipped with a combustion trough, in particular with regard to desired air movements in the combustion chamber-matched to the respective type of fuel supply, in particular fuel injection-are used for realizing a wide variety of combustion processes for internal combustion engines. These combustion processes are usually aimed at optimizing the preparation of the fuel-air mixture in order to minimize pollutant emissions and to minimize the specific consumption, at least in particularly interesting subareas of the respective power spectrum of the internal combustion engine.

So ist es für Diesel-Brennkraftmaschinen beispielsweise aus der JP-A-2006200411 bekannt bei direkt einspritzenden Diesel-Brennkraftmaschinen, die mit einem Stufenkolben ausgerüstet sind, eine möglichst gute Kraftstoffaufbereitung dadurch zu erreichen, dass die Einspritzstrahlen der Kraftstoffeinspritzdüse auf den Stegbereich der Brennmulde ausgerichtet sind, somit auf den radial eingeschnürten Übergangsbereich des unteren, eingewölbten Teiles der Brennraummulde auf deren oberen Teil, der sich radial stufig gegen den Umfang der Kolbenstirnfläche aufweitet. Durch die Einspritzung mit auf den Stegbereich auftreffenden Einspritzstrahlen, die aus einer Mischung von Kraftstoff und Kraftstoffnebel bestehen, werden die Strahlen beim Auftreffen zweidimensional aufgebrochen und es ergibt sich eine Sprühwolke, die sich in Hubrichtung des Kolbens axial sowie auch radial in die Brennraummulde ausdehnt und eine weitgehend gleichmäßige Durchmischung des im Brennraum befindlichen Kraftstoffluftgemisches ermöglicht.So it is for diesel engines, for example, from the JP-A-2006200411 known in directly injecting diesel internal combustion engines, which are equipped with a stepped piston to achieve the best possible fuel processing, characterized in that the injection jets of the fuel injector are aligned with the web portion of the combustion bowl, thus on the radially constricted transition region of the lower, vaulted portion of the combustion bowl the upper part, which widens radially in stages against the circumference of the piston end face. By injecting with impinging on the land area injection jets, which consist of a mixture of fuel and fuel mist, the jets are broken two-dimensionally upon impact and there is a spray cloud which expands in the stroke direction of the piston axially and radially into the combustion bowl and a largely uniform mixing of the fuel air mixture located in the combustion chamber allows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Aufbereitung des Kraftstoffluftgemisches im Brennraum zu erreichen.The invention has for its object to achieve a further improved treatment of the fuel air mixture in the combustion chamber.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 ist hierzu vorgesehen, die Brennmulde im auf die Kolbenstirnfläche auslaufenden Bereich ihrer Umfangswand mit inselartigen, gegenüber ihrem wandseitigen Umfeld erhabenen Vorsprüngen zu versehen, die, auch in Abhängigkeit von den in der Brennmulde jeweils gegebenen, gegebenenfalls auch drallartigen Luftbewegungen, Strömungsverhältnisse zur Folge haben, welche zu einer Verbesserung der Gemischaufbereitung führen. Insbesondere gilt dies im Rahmen des Anspruches 1 dann, wenn die Vorsprünge, bei direkter Kraftstoffeinspritzung auf die Brennmulde, Aufprallzonen für die aus Kraftstoff und Kraftstoffnebel bestehenden, sich über dem Strahlweg zunehmend als, insbesondere sich keulenförmig erweiternde, schlanke Spray- oder Sprühwolken darstellenden Kraftstoffeinspritzstrahlen bilden und durch das Auftreffen der Kraftstoffeinspritzstrahlen auf die Aufprallzonen eine dreidimensionale Aufweitung bzw. Aufbrechung der Einspritzstrahlen mit einer entsprechenden wolkenartigen Vernebelung des Kraftstoffs um die Vorsprünge erreicht wird. Dies führt in Verbindung mit den im Brennraum gegebenen Luftbewegungen zu einer weiteren Optimierung der Gemischaufbereitung. Die erfindungsgemäß erreichte, wesentlich verbesserte Lufterfassung und Gemischbildung vermeidet weitgehend fette Zonen und hat im Ergebnis niedrigere Schwärzungswerte bei tendenziell gleichbleibendem, oder zumindest nicht wesentlichem Anstieg der NOX-Emissionen zur Folge, wobei die insgesamt verbesserte Verbrennung sich auch unter Verbrauchsgesichtspunkten vorteilhaft auswirken kann.According to the features of claim 1 is provided for this purpose to provide the fuel trough in the expiring on the piston end face region of its peripheral wall with island-like, opposite its wall-side environment raised projections, which also depending on the given in the firing trough, possibly also swirl-like air movements, Flow conditions result, which lead to an improvement in the mixture preparation. In particular, this applies in the context of claim 1, when the projections, in direct fuel injection to the combustion trough, impact zones for fuel and fuel mist existing, over the beam path increasingly as, in particular club-shaped widening, slim spray or spray representing fuel injection jets and by the impingement of the fuel injection jets on the impact zones, a three-dimensional expansion of the injection jets is achieved with a corresponding cloud-like nebulization of the fuel around the projections. This, in conjunction with the air movements in the combustion chamber, leads to a further optimization of the mixture preparation. The significantly improved air detection and mixture formation achieved according to the invention largely avoids rich zones and, as a result, results in lower blackening values while the NOX emissions tend to remain constant, or at least not significant, and the overall improved combustion can also have an advantageous effect on consumption.

Im Rahmen der Erfindung liegen die durch die Vorsprünge gebildeten Aufprallzonen zumindest über einen wesentlichen Teil ihres Umfangs stufig zum wandseitigen Umfeld abgesetzt, so dass sich die Kraftstoffwolke zumindest weitgehend umschließend zu den insbesondere durch die Stirnflächen der Vorsprünge gebildeten Aufprallzonen ausbilden kann. Letzteres insbesondere dann, wenn die Vorsprünge als radiale Vorsprünge zur Umfangswand der Kolbenmulde gegebenenfalls, und insbesondere freistehend ausgebildet sind, wie dies beispielsweise bei im Randbereich von Topfmulden vorgesehenen Vorsprüngen der Fall ist. Entsprechende Aufprallzonen lassen sich im Rahmen der Erfindung aber auch dadurch ausbilden, dass die Vorsprünge zumindest teilweise innerhalb von zur Umfangswand der Brennmulde radialen Auskerbungen liegen oder durch stegartige, im Übergang zwischen in Umfangsrichtung der Kolbenmulde aufeinander folgenden radialen Auskerbungen liegende Wandabschnitte gebildet sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die durch Vorsprünge gebildeten Aufprallzonen in Umfangs- und Hochrichtung gegeneinander versetzt und bevorzugt auch abgesetzt vorzusehen, so beispielsweise rund um den Kolben auf verschiedenen Höhenlinien oder bei einer mehrstufigen oder mehrstufig abgesetzten Brennmulde verteilt auf mehrere Stufen.In the context of the invention, the impact zones formed by the projections are stepped at least over a substantial part of their circumference to the wall side environment, so that the fuel cloud can form at least largely enclosing the impact zones formed in particular by the end faces of the projections. The latter in particular when the projections are formed as radial projections to the peripheral wall of the piston recess optionally, and in particular free-standing, as is the case, for example, provided in the edge region of Topfmulden projections. In the context of the invention, however, corresponding impact zones can also be formed in that the projections are at least partially within radial notches on the peripheral wall of the fuel trough or are formed by web-like wall sections lying in the transition between radial recesses in the circumferential direction of the piston trough. In the context of the invention, it is also the impact zones formed by projections in Circumferential and vertical direction offset from each other and preferably also provided discontinued, for example, around the piston on different contour lines or in a multi-stage or multi-stage remote combustion trough distributed over several stages.

Sind die Auskerbungen den Rand der Kolbenmulde durchsetzend zur Kolbenstirnfläche hin offen, so lassen sich bei vergleichsweise kleinen und die Kolbenstruktur im Wesentlichen erhaltenden Auskerbungen erfindungsgemäße Vorsprünge mit Aufprallzonen im Stegbereich der Stufenkolben auch unter weitgehender Aufrechterhaltung der Stufenstruktur des Stufenkolbens verwirklichen.If the notches are open to the piston end face passing through the edge of the piston recess, it is possible to realize projections according to the invention with impact zones in the web region of the stepped piston even with largely maintaining the stepped structure of the stepped piston with comparatively small notches substantially preserving the piston structure.

Ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere als luftverdichtende Brennkraftmaschine, mit direkter Kraftstoffeinspritzung auf über die Kolben volumenveränderliche Brennräume ausgebildet und mit Kolben der vorgeschilderten Art ausgestattet, so sind erfindungsgemäß deren Kraftstoffeinspritzdüsen mit ihren Spritzlöchern derart ausgerichtet, dass ihre teils nebelartigen Einspritzstrahlen auf die Aufprallzonen auftreffen, wobei bevorzugt die Zahl der Spritzlöcher zumindest der Zahl der Aufprallzonen entspricht.If an internal combustion engine, in particular as an air-compressing internal combustion engine, formed with direct fuel injection on the pistons volume variable combustion chambers and equipped with pistons of pre-signed type, so the fuel injectors are aligned with their spray holes such that their partly fog-like injection jets impinge on the impact zones, preferably the number of spray holes corresponds at least to the number of impact zones.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, die Kraftstoffeinspritzdüse als Mehrlochdüse zu gestalten und den Kolben in der Art auszugestalten, dass den Kraftstoffeinspritzstrahlen jeweils zugeordnete Vorsprünge mit an diesen vorgesehene Aufprallzonen vorhanden sind.It proves useful to design the fuel injector as Mehrlochdüse and to design the piston in such a way that the fuel injection jets each associated projections are provided with these provided impact zones.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, Kraftstoffeinspritzdüsen zu verwenden, die in Achsrichtung axial und/oder in Umfangsrichtung zueinander versetzte Spritzlöcher aufweisen. Ungeachtet dessen, dass bevorzugt pro Spritzloch eine Aufprallzone vorgesehen ist, liegt es im Rahmen der Erfindung, bei Kraftstoffdüsen mit in Umfangsrichtung zueinander versetzt liegenden Spritzlöchern eine Anzahl von Spritzlöchern vorzusehen, die größer als die Zahl der der Brennraummulde zugeordneten Vorsprünge, insbesondere bei gleichgerichteten Spritzlochebenen. So ist auch bezüglich der jeweiligen Aufprallzone eine Beaufschlagung mit mehreren Kraftstoffeinspritzstrahlen zu realisieren, die seitens der Aufprallzone gleiche oder unterschiedliche Auftreffpunkte aufweisen.In the context of the invention, it is also to use fuel injection nozzles, which have axially and / or circumferentially offset injection holes in the axial direction. Regardless of the fact that an impact zone is preferably provided per spray hole, it is within the scope of the invention to provide a number of spray holes in fuel nozzles with circumferentially offset spray holes, which is greater than the number of the combustion chamber trough associated projections, especially in the same direction spray hole levels. Thus, with respect to the respective impact zone, an admission with a plurality of fuel injection jets is to be realized, which have the same or different impact points on the part of the impact zone.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, bezogen auf eine jeweilige Brennkraftmaschine Kolben einzusetzen, bei denen von den über den Umfang der Brennmulde vorgesehenen Vorsprüngen nur ein Teil seitens der Aufprallzonen mit Kraftstoffeinspritzstrahlen beaufschlagt ist, was die Möglichkeit bietet, Kolben gleicher Bauart in Brennkraftmaschinen einzusetzen, die bezüglich ihrer Einspritzdüsen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Spritzlöchern versehen sind. Dies kann unter Fertigungsgesichtspunkten und/oder im Hinblick auf eine weitmögliche Verwendung von Gleichteilen in unterschiedlichen Brennkraftmaschinen zweckmäßig sein.It is also within the scope of the invention to use pistons with respect to a respective internal combustion engine in which only a part of the impact zones is exposed to fuel injection jets by the protrusions provided over the circumference of the combustion bowl, which offers the possibility of using pistons of the same design in internal combustion engines. which are provided with respect to their injection nozzles with a different number of spray holes. This may be expedient from a manufacturing point of view and / or with regard to the widest possible use of identical parts in different internal combustion engines.

Ungeachtet dessen bildet erfindungsgemäß die Ausbildung von Brennkraftmaschinen mit Kolben der erfindungsgemäßen Art eine bevorzugte Lösung, bei denen jeder der mit einer Aufprallzone versehenen Vorsprünge von zumindest einem Einspritzstrahl beaufschlagt ist, somit die Anzahl der Vorsprünge mit Aufprallzonen zumindest der Anzahl der Spritzlöcher der insbesondere im zentralen Bereich des Brennraums der Brennkraftmaschine angeordneten Einspritzdüse entspricht.Regardless of the invention forms the formation of internal combustion engines with pistons of the type according to the invention a preferred solution in which each of the provided with an impact zone projections is acted upon by at least one injection jet, thus the number of projections with impact zones at least the number of injection holes of particular in the central area corresponds to the combustion chamber of the internal combustion engine arranged injection nozzle.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigen:Further details and features of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Kolben in perspektivischer Ansicht von schräg oben, 1 a piston according to the invention in a perspective view obliquely from above,

2 einen Querschnitt durch den Kolben gemäß 1 in schematisierter Zuordnung zum aufnehmenden Zylinder einer Einspritz-Brennkraftmaschine, 2 a cross section through the piston according to 1 in schematic association with the receiving cylinder of an injection internal combustion engine,

3 eine Draufsicht auf den Kolben gemäß 1, 3 a plan view of the piston according to 1 .

4 und 5 Ausschnittsvergrößerungen gemäß Schnittführungen IV-IV und V-V in 3, 4 and 5 Enlarged sections according to sections IV-IV and VV in 3 .

6 und 7 in schematisierter Abwicklung Schnitte durch Stegbereiche erfindungsgemäß ausgestalteter Kolben, und 6 and 7 in a schematic development sections through web areas inventively designed piston, and

8 bis 10 schematisierte Darstellungen von Einspritzdüsen mit ihren Spritzlöchern und von diesen auf jeweilige Aufprallzonen ausgerichteten Einspritzstrahlen. 8th to 10 schematized representations of injection nozzles with their spray holes and of these directed to respective impact zones injection jets.

Der aus den 1 bis 3 ersichtliche Kolben 1 weist den für Hubkolben üblichen Grundaufbau mit einem Schaft 2 auf, der über eine Kolbenringzone 3 in den Kolbenboden 4 übergeht, in dessen mittlerem Bereich die Brennmulde 5 liegt. Im Bereich des Schaftes 2 ist der Kolben 1 mit Bolzenaugen 6 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens 7 versehen, über den der Kolben 1 in nicht weiter dargestellter Weise mittels einer Pleuelstange mit dem Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine 8 verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 8 ist nur schematisch über einen Zylinder 9 angedeutet, der in seiner Zylinderbohrung 10 den Kolben 1 aufnimmt und der nach oben üblicherweise über einen Zylinderkopf 11 geschlossen ist. Im Zylinderkopf 11 sind die hier nicht dargestellten, insbesondere durch Ventile gebildeten Gaswechselelemente aufgenommen, und ferner auch die auf die Brennmulde 5 einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse 12 angeordnet.The from the 1 to 3 apparent piston 1 has the usual for reciprocating basic structure with a shaft 2 on top of a piston ring zone 3 in the piston bottom 4 goes over, in its middle area the combustion trough 5 lies. In the area of the shaft 2 is the piston 1 with bolt eyes 6 for receiving a piston pin 7 provided over which the piston 1 in a manner not shown by means of a connecting rod with the crank mechanism of an internal combustion engine 8th connected is. The internal combustion engine 8th is only schematically about a cylinder 9 hinted that in his cylinder bore 10 the piston 1 picks up and usually upwards over a cylinder head 11 closed is. In the cylinder head 11 are recorded here, not shown, in particular formed by valves gas exchange elements, and further also on the fire pan 5 injecting fuel injector 12 arranged.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 12 liegt zentral zur Brennmulde 5. Dies ist bei der dargestellten Ausbildung des Kolbens 1 als Stufenmuldenkolben im Übergang zur Kolbenstirnfläche 13 über einen Stegbereich 14 eingeschnürt und geht anschließend an den Stegbereich 14 sich stufenförmig erweiternd in die Kolbenstirnfläche 13 über.The fuel injector 12 is centrally located to the Brennmulde 5 , This is in the illustrated embodiment of the piston 1 as a step trough piston in the transition to the piston end face 13 over a bridge area 14 constricted and then goes to the bridge area 14 extending stepwise into the piston end face 13 above.

In dem einschnürenden Stegbereich 14, und damit zur Umfangswand der Brennmulde 5 hinterschneidend, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel radiale Auskerbungen 15 vorgesehen, die in Umfangsrichtung beabstandet zueinander liegen und zwischen denen Abschnitte 16 des Stegbereiches 14 verbleiben, welche sich als inselartige, gegenüber ihrem wandseitigen Umfeld erhabene Vorsprünge 17 darstellen. Die Auskerbungen 15 durchsetzen im dargestellten Ausführungsbeispiel den Stegbereich 14 axial und bilden somit offene Übergangszonen zwischen dem unteren eingewölbten Teil der Brennmulde 5 und dem sich stufenförmig radial erweiternden, oberen Teil der Brennmulde 5. Auf diesen läuft im zentralen Bereich die Kraftstoffeinspritzdüse 12 mit dem die Spritzlöcher 18 enthaltenden Endteil 19 aus, wie in 2 und schematisch auch in den 8 bis 10 beispielhaft angedeutet.In the constricting dock area 14 , and thus to the peripheral wall of the combustion trough 5 undercutting, in the illustrated embodiment, radial notches 15 provided which are circumferentially spaced from each other and between which sections 16 of the bridge area 14 which remain as island-like, with respect to their wall-side environment raised projections 17 represent. The notches 15 enforce in the illustrated embodiment, the land area 14 axial and thus form open transition zones between the lower vaulted part of the combustion trough 5 and the stepwise radially widening, upper part of the combustion trough 5 , On this run in the central area of the fuel injector 12 with the spray holes 18 containing end part 19 out, like in 2 and schematically also in the 8th to 10 indicated by way of example.

Die geschilderte Ausbildung des Stegbereiches 14 mit Auskerbungen 15 und zwischen diesen als Vorsprüngen 17 verbleibenden Abschnitten 16 ist in den 3 bis 5 unter Verwendung gleicher Bezugszeichen im Detail dargestellt und in einer schematisierten Abwicklung in 6 veranschaulicht, somit bezogen auf die Verhältnisse eines Stufenmuldenkolbens dargestellt, bei dem im Stegbereich 14 die Umfangswandung 20 der Brennmulde durch die Auskerbungen 15 hinterschnitten ist.The described training of the bridge area 14 with notches 15 and between them as protrusions 17 remaining sections 16 is in the 3 to 5 shown in detail using the same reference numerals and in a schematic development in 6 illustrated, thus based on the ratios of a stepped trough piston shown in the web area 14 the peripheral wall 20 the combustion trough through the notches 15 is undercut.

Die Darstellung gemäß 7 bezieht sich auf die Ausgestaltung einer Brennmulde 5, bei der die Vorsprünge 17 über die Umfangswandung 20 nach radial innen vorstehen. Solche Verhältnisse können erfindungsgemäß insbesondere bei einer Ausgestaltung der Brennmulde 5 als Topfmulde mit aufrecht auf die Kolbenstirnfläche 13 auslaufender Muldenwandung gegeben sein.The representation according to 7 refers to the design of a combustion trough 5 in which the projections 17 over the peripheral wall 20 protrude radially inward. Such ratios can according to the invention, in particular in one embodiment of the combustion trough 5 as Topfmulde with upright on the piston end face 13 be given out expiring Muldenwandung.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, entsprechende Mischformen zu gestalten, die zu inselartigen, gegenüber ihrem wandseitigen Umfeld erhabenen Vorsprüngen führen, deren Stirnflächen als Aufprallzonen 21 für die über die Spritzlöcher 18 austretenden und über dem Strahlweg zunehmend nebelartigen Kraftstoffeinspritzstrahlen 22 dienen.It is within the scope of the invention to design corresponding mixed forms which lead to island-like protrusions, which are raised in relation to their wall-side surroundings and whose end faces act as impact zones 21 for the over the spray holes 18 emerging and over the beam path increasingly fog-like fuel injection jets 22 serve.

Die 8 und 9 veranschaulichen Beispiele für Kraftstoffeinspritzdüsen 12 mit einer Mehrzahl von Spritzlöchern 18, wobei diese Spritzlöcher 18 in schematischer Zuordnung zu Aufprallzonen 21 dargestellt sind und jeweils zugehörige Kraftstoffeinspritzstrahlen 22 strichliert bzw. strichpunktiert veranschaulicht sind. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, die Kraftstoffeinspritzdüse 12 hinsichtlich der Spritzlöcher 18 mit einer Lochanordnung zu versehen, bei der eine der Anzahl der kolbenseitigen Aufprallflächen 21 entsprechende Anzahl von Spritzlöchern 18 vorgesehen ist, so dass sich, wie in 1 strichliert angedeutet, ein sternförmiges Strahlbild ergibt.The 8th and 9 illustrate examples of fuel injectors 12 with a plurality of spray holes 18 , these injection holes 18 in schematic assignment to impact zones 21 are shown and respective associated fuel injection jets 22 dashed or dash-dotted lines are illustrated. It is within the scope of the invention, the fuel injector 12 regarding the injection holes 18 to provide a hole arrangement in which one of the number of piston-side impact surfaces 21 corresponding number of spray holes 18 is provided, so that, as in 1 indicated by dashed lines, gives a star-shaped jet pattern.

8 veranschaulicht die ergänzende Möglichkeit, bei im Wesentlichen gleicher radialer Ausrichtung von seitens der Einspritzdüse 12 übereinander angeordneten Spritzlöchern 18 eine Aufprallfläche 21 in einem gemeinsamen Auftreffpunkt 23 oder in getrennten Auftreffpunkten 24 zu beaufschlagen. 8th illustrates the complementary possibility, with substantially the same radial orientation from the side of the injector 12 superimposed spray holes 18 an impact surface 21 in a common meeting point 23 or in separate points of impact 24 to act on.

9 veranschaulicht bei einer Ausgangslage gemäß 8 die Ausrichtung der in Achsrichtung der Kraftstoffeinspritzdüse 12 zueinander versetzt liegenden Spritzlöcher 18 auf in Umfangsrichtung zueinander versetzte, insbesondere nebeneinander liegende Aufprallzonen 21, wobei insoweit wieder die Möglichkeit besteht, die jeweilige Aufprallzone 21 in einem Auftreffpunkt 23 oder in getrennten Auftreffpunkten 24 zu beaufschlagen. 9 illustrated at a starting position according to 8th the orientation of the axial direction of the fuel injector 12 mutually offset injection holes 18 on mutually offset in the circumferential direction, in particular adjacent collision zones 21 , in which case again the possibility exists, the respective impact zone 21 in a meeting point 23 or in separate points of impact 24 to act on.

10 zeigt darüber hinaus die Anordnung von in verschiedenen, gegeneinander versetzten Horizontalebenen vorgesehenen Spritzlöchern 18 in Umfangsrichtung versetzt zueinander, so zum Beispiel um 45° versetzt zueinander für die auf zwei Horizontalebenen verteilten Spritzlöchern 18, denen bevorzugt jeweils eine Aufprallzone 21 zugeordnet ist, was hinsichtlich der Ausrichtung der Spritzstrahlen weite Freiräume gibt und insbesondere auch hinsichtlich der thermischen Belastung des Endteiles 19 der Düse zweckmäßig sein kann. 10 also shows the arrangement of provided in different, staggered horizontal planes spray holes 18 offset in the circumferential direction to each other, so for example offset by 45 ° to each other for the distributed on two horizontal planes spray holes 18 , which preferably each have an impact zone 21 is assigned, which gives wide freedom in terms of the alignment of the spray jets and in particular also with regard to the thermal load of the end part 19 the nozzle may be appropriate.

Derartig aufgebaute, mit Aufprallzonen 21 versehene Kolben 1 erweisen sich insbesondere für die Verwendung in Diesel-Brennkraftmaschinen mit zum jeweiligen Brennraum zentral liegender Einspritzdüse 12 als vorteilhaft und zweckmäßig, da sich durch das Aufspritzen auf die Aufprallzonen 21 der zumindest im Wesentlichen frei stehenden Vorsprünge 17 eine weitgehend dreidimensionale Aufsplitterung des jeweiligen Kraftstoffstrahls in der umgebenden Luft und damit eine „Spray-Wolke” erreichen lässt, die entsprechend der Anzahl der Aufprallflächen 21 vervielfacht letztlich zu einer weitgehendst gleichmäßigen Durchmischung des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffluftgemisches führt und die damit lokale Anfettungen des Gemisches zumindest weitgehend unterbindet, so dass eine niedrige Schwärzungsbildung erreicht wird ohne signifikanten Anstieg der NOX-Emissionen.Such a structure, with impact zones 21 provided pistons 1 prove especially for use in diesel internal combustion engines with the respective combustion chamber centrally located injector 12 as advantageous and expedient, as is due to the spraying on the impact zones 21 the at least substantially free standing projections 17 a largely three-dimensional fragmentation of the respective fuel jet in the surrounding air and thus can achieve a "spray cloud", which corresponds to the number of impact surfaces 21 multiplies ultimately leads to a largely uniform mixing of the introduced into the combustion chamber fuel air mixture and thus at least largely prevents local enrichments of the mixture, so that a low blackening formation is achieved without significant increase in NOX emissions.

Entsprechend der scharf begrenzten Ausbildung der bevorzugt keulenartigen Einspritzstrahlen sind für die Aufprallzonen 21 nur sehr kleine Flächen erforderlich, so dass diese sich bezogen auf einen jeweiligen Kolben 1 ähnlich den Spitzen eines „Stachelhalsbandes” darstellen, also in der Größe ihrer Fläche an die Größe des jeweiligen Strahlquerschnittes angepasst ausgebildet werden können. Im Hinblick auf die sehr kurzen Einspritzzeiten und die Einspritzung nahe dem oberen Totpunktbereich kommt insbesondere eine der Kreisform angenäherte oder ovale Ausbildung der Aufprallflächen in Frage. According to the sharply limited design of the preferably club-like injection jets are for the impact zones 21 only very small areas are required so that these are relative to a respective piston 1 represent the tips of a "spiked collar", so can be adapted to the size of their surface adapted to the size of the respective beam cross-section. With regard to the very short injection times and the injection near the top dead center, in particular, an approximately or circular shape of the impact surfaces is possible.

Die erfindungsgemäße Zuordnung der von der Einspritzdüse 12 ausgehenden Einspritzstrahlen 22 zu Aufprallzonen 21 ist im Rahmen der Erfindung mit Einspritzdüsen 12 unterschiedlichster Ausgestaltung zu realisieren, so insbesondere auch mit Einspritzdüsen, deren Spritzlöcher auf Zwei- oder mehr Lochreihen verteilt sind, mit Einspritzdüsen, die gegeneinander gedrehte oder gleichgerichtete Spritzlochebenen aufweisen, mit Einspritzdüsen, die im Düseninneren, zum Beispiel Sackloch, einen gleichen Strahlursprung oder unterschiedliche Ausgangsorte aufweisen, und/oder mit Einspritzdüsen, die gleiche oder unterschiedliche Stahlkegelwinkel aufweisen. Ferner auch mit Einspritzdüsen, deren Spritzlöcher 18 gleich oder unterschiedliche zur Düsenachse ausgerichtet sind.The assignment according to the invention of the injection nozzle 12 outgoing injection jets 22 to impact zones 21 is within the scope of the invention with injection nozzles 12 To realize a wide variety of design, so in particular with injectors whose spray holes are distributed over two or more rows of holes, with injectors that have against each other rotated or rectified Spritzlochebenen, with injectors in the nozzle interior, for example, blind hole, a same beam origin or different starting points and / or with injectors having the same or different steel cone angles. Also with injectors, their spray holes 18 are aligned the same or different to the nozzle axis.

Durch die Erfindung wird somit ein weites Spektrum von Möglichkeiten eröffnet, im Hinblick auf eine optimierte Gemischbildung die Ausbringung des Kraftstoffes in teils nebelartigen Einspritzstrahlen auf jeweilige Aufprallflächen abzustimmen. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, auch für Kolben mit unterschiedlichsten Kolbenmuldenformen durch die Schaffung inselartiger Aufprallflächen 21 in Abstimmung auf Einspritzdüsen und deren jeweilige Spritzlochkonfiguration eine jeweils optimierte Gemischbildung zu erreichen. Entsprechend der Anordnung der düsenseitigen Spritzlöcher 18 auch in mehreren, insbesondere in Hochrichtung versetzten Lochebenen können auch die Aufprallzonen, als Vorsprünge zum Umfang der Brennraummulde oder als in Hinterschnitten zur Brennraummulde aufragende Vorsprünge in horizontal zueinander versetzten Ebenen vorgesehen sein.The invention thus opens up a wide range of possibilities, with regard to optimized mixture formation, to match the application of the fuel in partly mist-like injection jets to respective impact surfaces. In particular, it is within the scope of the invention, also for pistons with different piston mold shapes by the creation of island-like impact surfaces 21 in coordination with injectors and their respective injection hole configuration to achieve a respectively optimized mixture formation. According to the arrangement of the nozzle-side spray holes 18 The impact zones can also be provided in a plurality of perforated planes offset in particular in the vertical direction, as projections on the circumference of the combustion chamber recess or as projections projecting in undercuts to the combustion chamber recess in horizontally staggered planes.

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Claims (9)

Kolben für Brennkraftmaschinen (8), insbesondere für mit direkter Kraftstoffeinspritzung betriebene Brennkraftmaschinen (8) mit einer zur Kolbenstirnfläche (13) vertieft liegenden Brennmulde (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennmulde (5) im auf die Kolbenstirnfläche (13) auslaufenden Bereich ihrer Umfangswand (20) mit inselartigen, gegenüber ihrem Umfeld erhabenen Vorsprüngen (17) ausgebildet ist, die insbesondere Aufprallzonen (21) für teils auch nebelartige Kraftstoffeinspritzstrahlen (22) bilden.Piston for internal combustion engines ( 8th ), in particular for internal combustion engines operated by direct fuel injection ( 8th ) with a piston end face ( 13 ) recessed combustion trough ( 5 ), characterized in that the combustion trough ( 5 ) in the piston end face ( 13 ) expiring area of its peripheral wall ( 20 ) with island-like, with respect to their environment raised projections ( 17 ) is formed, in particular the impact zones ( 21 ) for partly fog-like fuel injection jets ( 22 ) form. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallzonen (21) zumindest über einen wesentlichen Teil ihres Umfangs stufig zum wandseitigen Umfeld abgesetzt sind.Piston according to claim 1, characterized in that the impact zones ( 21 ) are at least over a substantial part of its scope stepped down to the wall-side environment. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallzonen (21) durch Stirnflächen von zur Umfangswand (20) der Brennmulde (5) radialen Vorsprüngen (17) gebildet sind.Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the impact zones ( 21 ) by end faces from the peripheral wall ( 20 ) of the combustion trough ( 5 ) radial projections ( 17 ) are formed. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallzonen (21) zumindest teilweise von zur Umfangswand der Brennmulde (5) radialen Auskerbungen (15) umschlossen sind.Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the impact zones ( 21 ) at least partially from the peripheral wall of the combustion trough ( 5 ) radial notches ( 15 ) are enclosed. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennmulde (5) sich gegen ihren im Übergang zur Kolbenstirnfläche (13) liegenden Rand verjüngend ausgebildet ist und dass die Aufprallzonen (21) im daran anschließenden im Übergang auf die Kolbenstirnfläche (13) liegenden Stegbereich (14) der Brennraummulde (15) von zwischen den radialen Auskerbungen (15) liegenden Wandteilen der Umfangswand (20) der Brennmulde (5) gebildet sind.Piston according to claim 4, characterized in that the combustion trough ( 5 ) against its in the transition to the piston end face ( 13 ) lying edge is tapered and that the impact zones ( 21 ) in the subsequent transition in the transition to the piston end face ( 13 ) lying bridge area ( 14 ) of the combustion chamber trough ( 15 ) of between the radial notches ( 15 ) lying wall parts of the peripheral wall ( 20 ) of the combustion trough ( 5 ) are formed. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskerbungen (15) den Stegbereich (14) durchsetzend zur Kolbenstirnfläche (13) hin offen sind.Piston according to claim 5, characterized in that the notches ( 15 ) the land area ( 14 ) passing through to the piston end face ( 13 ) are open. Brennkraftmaschine, insbesondere luftverdichtende Brennkraftmaschine, mit direkter Kraftstoffeinspritzung auf über Kolben (1) volumenveränderliche Brennräume mittels mehrere Spritzlöcher (18) aufweisender Kraftstoffeinspritzdüsen (12), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Kolben (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und die Einspritzung des Kraftstoffs über die Spritzlöcher (18) mit auf die Aufprallzonen 821) ausgerichteten Kraftstoffeinspritzstrahlen (22).Internal combustion engine, in particular air-compressing internal combustion engine, with direct fuel injection to over piston ( 1 ) volume variable combustion chambers by means of several injection holes ( 18 ) having fuel injectors ( 12 ), characterized by the formation of the pistons ( 1 ) according to one of the preceding claims and the injection of the fuel through the injection holes ( 18 ) with the impact zones 821 ) aligned fuel injection jets ( 22 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eines, insbesondere mindestens eines der Spritzlöcher (18) der Kraftstoffeinspritzdüse (12) mit seinem Spritzstrahl (22) auf eine Aufprallzone (21) ausgerichtet ist.Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that in each case one, in particular at least one of the injection holes ( 18 ) of the fuel injector ( 12 ) with his spray jet ( 22 ) to an impact zone ( 21 ) is aligned. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Kraftstoffeinspritzdüse (12) als Mehrlochdüse und die Ausbildung des Kolbens (1) mit einer der Anzahl der Aufprallflächen (21) zumindest entsprechenden Anzahl von Spritzlöchern (18) der Mehrlochdüse.Internal combustion engine according to claim 7 or 8, characterized by the design of the fuel injection nozzle ( 12 ) as a multi-hole nozzle and the formation of the piston ( 1 ) with one of the number of impact surfaces ( 21 ) at least corresponding number of spray holes ( 18 ) of the multi-hole nozzle.
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