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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, einem innerhalb des Zylinders längs beweglichen Kolben und einem Einspritzventil zum Einspritzen eines Fluids in einen Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, welche in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, ist erforderlich, verschiedene Maßnahmen vorzunehmen, mittels welcher die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein möglicher Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Hierbei ist insbesondere die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoffgemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Brennkraftmaschine anzugeben, welche geringe Schadstoffemissionen gewährleistet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Brennkraftmaschine, welche einen Zylinder, einen Zylinderkopf, einen innerhalb des Zylinders längsbeweglichen Kolben und ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Fluids in einen Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist, wobei der Brennraum von einer Innenwand des Zylinderkopfes und dem Kolben begrenzt ist. Das Einspritzventil weist einen Düsenkörper mit einer Düsenkörperausnehmung und mit einer ersten Mittellängsachse auf. Der Kolben weist eine zweite Mittellängsachse auf. Das Einspritzventil ist schräg und/oder exzentrisch bezüglich des Kolbens im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet, sodass sich zwischen der ersten Mittellängsachse und der zweiten Mittellängsachse ein vorbestimmter Winkel ausbildet. Der Düsenkörper weist eine Mehrzahl von um die zweite Mittellängsachse angeordneten Einspritzöffnungen auf, welche dem Brennraum zugewandt sind. Jedem der Mehrzahl von Einspritzöffnungen ist ein unterschiedliches Volumensegment des Brennraums zugeordnet. Jede der Mehrzahl der Einspritzöffnungen ist bezüglich mindestens einer Geometriecharakteristik derart ausgebildet, dass sich bei einem Einspritzen von Fluid in den Brennraum für jedes Volumensegment im Wesentlichen ein gleiches Fluid-/Luftgemisch einstellt.
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Unter dem Begriff Fluid ist beispielsweise ein Kraftstoff wie Diesel oder Benzin zu verstehen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei schräg und/oder exzentrisch eingebauten Einspritzventilen, beispielsweise bei Zwei-Ventil-Motoren, das Einströmen des Fluids in den Brennraum aus der Mehrzahl von Einspritzöffnungen für jede Einspritzöffnung unterschiedlich ist. Wenn bei schräg eingebauten Einspritzventilen Einspritzöffnungen mit gleichen, nominellen Einspritzöffnungsdurchmessern verwendet werden, dann führt dies nominell zu einer gleichförmigen Massenverteilung über die Einspritzöffnungen. Aufgrund der schrägen Einbaulage ist jedoch im Wesentlichen jedes einer jeweiligen Einspritzöffnung zugeordnetes Volumensegment des Brennraums unterschiedlich, wodurch Gasvolumina der Volumensegmente verschieden sind. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Verhältnisse von Fluid zu Luft in den jeweiligen Volumensegmenten des Brennraums. Aus der Einbaulage des Einspritzventils bezüglich des Kolbens resultieren unterschiedliche freie Strahllängen, also Längen von Strahlachsen der Fluidstrahlen vom Austritt aus einer Einspritzöffnung bis zum erstmaligen Auftreffen auf eine Kolbenmulde des Kolbens, welche zu unterschiedlichen Auftreffzeitpunkten, unterschiedlichen Auftreffpunkten und unterschiedlichen Auftreffwinkeln bezüglich der Kolbenmulde führen. Dies hat zur Folge, dass für jeden Fluidstrahl eine unterschiedliche Fluid-/Luftgemischbildung im Brennraum entsteht, was wiederum zu einer unterschiedlichen Verbrennung führt. Im Ergebnis kommt es zu ungünstigen und erhöhten Rohgasemissionen, insbesondere Partikel-, Kohlenwasserstoff-(HC-), Kohlenstoffmonoxid-(CO-) und/oder Kohlenstoffdioxid-(CO2-)-Emissionen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch die Kolbenmulde bezüglich der zweiten Mittellängsachse des Kolbens extzentrisch angeordnet sein kann, was zu der oben genannten unterschiedlichen Fluid-/Luftgemischbildungen in den Volumensegmenten des Brennraums führen würde.
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Die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung sieht ein Einspritzventil mit einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen vor, bei welcher jede der Mehrzahl der Einspritzöffnungen bezüglich mindestens einer Geometriecharakteristik so ausgebildet ist, dass sich beim Einspritzen von Fluid in den Brennraum für jedes Volumensegment im Wesentlichen ein gleiches Fluid-/Luftgemisch einstellt. Dadurch wird eine verbesserte Fluid-/Luftverteilung im Brennraum erreicht.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist jede der Mehrzahl von Einspritzöffnungen bezüglich mindestens einer Geometriecharakteristik derart ausgebildet, dass Fluidstrahlen aus den jeweiligen Einspritzöffnungen hinsichtlich ihrer jeweiligen Strahlachsen jeweils in einer gleichen, vorbestimmten Auftreffzeit auf den Kolben auftreffen. Trotz der, wie anfangs beschriebenen, unterschiedlichen freien Strahllängen findet der Erstkontakt der Fluidstrahlen, insbesondere hinsichtlich der Strahlachsen der Fluidstrahlen, mit dem Kolben beziehungsweise der Kolbenmulde beim Einspritzvorgang für jede Einspritzöffnung zur gleichen Zeit statt. Dies sorgt für eine im Wesentlichen gleiche Vermischung jedes Fluidstrahls mit Luft, so dass sich über den gesamten Brennraum im Wesentlichen ein gleiches Fluid-/Luftgemisch einstellt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist jede der Mehrzahl von Einspritzöffnungen bezüglich mindestens einer Geometriecharakteristik derart ausgebildet, dass eine jeweilige Strahlachse von Fluidstrahlen aus der jeweiligen Einspritzöffnung einen unterschiedlichen Höhenwinkel bezüglich der zweiten Mittelängsachse aufweist und jeweils unter einem kleinsten spitzen Auftreffwinkel bezüglich einer Tangente in einem dem jeweiligen Volumensegment zugeordneten Auftreffbereich einer Kolbenmulde des Kolbens auf die Kolbenmulde auftrifft, wobei der Auftreffbereich ein Bereich der Wandung der Kolbenmulde ist, welche sich ausgehend von einem axialen Ende des Kolbens, welches dem Einspritzventil zugewandt ist, in den Kolben hinein erstreckt.
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Unter dem Höhenwinkel wird ein Winkel zwischen einer Strahlachse eines Fluidstrahls und der zweiten Mittellängsachse des Kolbens verstanden.
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Die Kolbenmulde weist eine geschwungene Kontur auf. Abhängig von den freien Strahllängen bis zur Kontur der Kolbenmulde und abhängig von dem Höhenwinkel der Strahlachsen, treffen die Fluidstrahlen hinsichtlich ihrer Strahlachsen in unterschiedlichen Auftreffwinkeln bezüglich einer Tangente der Kontur auf der Kolbenmulde in den entsprechenden Volumensegmenten auf. Ein großer Auftreffwinkel bedeutet eine Verschlechterung der Umsetzung kinetischer Strahlenenergie in eine Drehung beziehungsweise eine Vermischung oder Verwirbelung des Fluids mit der Luft. Daher würden große Auftreffwinkel zu einer erhöhten Schadstoffemission führen.
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Gemäß der Ausgestaltung werden die Einspritzöffnungen derart angepasst, dass die Fluidstrahlen hinsichtlich ihrer Strahlachsen unter einem kleinsten spitzen Auftreffwinkel in den entsprechenden Auftreffbereichen auf die Kolbenmulde beziehungsweise deren Kontur auftreffen, so dass möglichst viel kinetische Energie in die Vermischung mit der Luft des Fluids umgesetzt wird. Beispielsweise werden Längsachsen der Einspritzöffnungen in einem Winkel bezüglich der ersten Mittellängsachse angepasst.
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In der Regel bewegt sich der Kolben beim Einspritzvorgang in Längsrichtung bezüglich der zweiten Mittellängsachse, so dass beim Einspritzen des Fluids ein Fluidstrahl hinsichtlich seiner Strahlachse an unterschiedlichen Auftreffpunkten in dem dem jeweiligen Volumensegment zugeordneten Auftreffbereich der Kolbenmulde des Kolbens auf der Kolbenmulde auftrifft. Die Einspritzöffnungen sind dabei derart angepasst, dass während des Einspritzvorgangs die sich ausbildenden Auftreffwinkel mit der Tangente möglichst in einem kleinsten spitzwinkligen Bereich liegen. Bevorzugt sollen die Strahlachsen dann einen kleinsten spitzen Auftreffwinkel zu der Tangente der Kolbenmulde einnehmen, wenn der Kolben sich in einer mittleren Verfahrposition befindet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Geometriecharakteristik ein Öffnungsdurchmesser, welcher an einer dem Brennraum zugewandten Seite des Düsenkörpers vorliegt und dessen Größe von dem entsprechenden Volumensegment abhängig ist. Somit kann jede Einspritzöffnung durch Anpassung ihres Öffnungsdurchmessers gezielt auf das jeweilige entsprechende Volumensegment angepasst werden. Ein größerer Öffnungsdurchmesser hat die Wirkung, dass mehr Fluidmasse durch die Einspritzöffnung in den Brennraum gelangen würde. Umgekehrt hat ein kleinerer Öffnungsdurchmesser die Wirkung, dass weniger Fluidmasse in dem jeweiligen Volumensegment vorhanden sein würde. Somit kann auf einfache Art und Weise durch Anpassung der Öffnungsdurchmesser der Einspritzöffnungen das Gemischverhältnis zwischen Fluid und Luft in dem jeweiligen Volumensegment eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Geometriecharakteristik ein Durchflusskoeffizient, dessen Wert von einem entsprechenden Öffnungsdurchmesser einer Einspritzöffnung abhängig ist. Der Durchflusskoeffizient ist der Durchfluss von Fluid durch den theoretischen Durchfluss aus dem Gesamtquerschnitt der Einspritzöffnungen. Der Durchflusskoeffizient wird im Wesentlichen durch geometrische Kenngrößen wie die Konizität der jeweiligen Einspritzöffnung (auch als K-Faktor bezeichnet) und dem Verrundungsgrad (auch als HE-Verrundung bezeichnet) eingestellt. Beide Kenngrößen haben somit einen Einfluss auf den Massenstrom für jede Einspritzöffnung. Ein höherer Durchflusskoeffizient bedeutet, dass mehr Fluidmasse in einer Zeiteinheit durch die entsprechende Öffnung gelangt. Somit kann auch über Durchflusskoeffizienten das Fluid-/Luftgemisch in dem jeweiligen Volumensegment eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Geometriecharakteristik eine Anordnung der Einspritzöffnungen um die erste Mittelängsachse, derart, dass benachbarte Seitenwinkel von Strahlachsen von Fluidstrahlen verschieden sind.
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Unter dem Seitenwinkel wird ein Winkel zwischen zwei Fluidstrahlachsen bezüglich der ersten Mittellängsachse verstanden. Über den Seitenwinkel kann im Wesentlichen das entsprechende Volumensegment einer Einspritzöffnung angepasst werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben, welche unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren beschrieben werden.
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In den Figuren zeigen:
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1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Strahlachsen,
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3 eine schematische Darstellung eines Auftreffwinkels einer Strahlachse bezüglich eines Kolbens,
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4 eine erste Diagrammdarstellung eines Auftreffwinkels einer Strahlachse bezüglich eines Kurbelwellenwinkels bei einem Einspritzvorgang,
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5 eine zweite Diagrammdarstellung eines Auftreffwinkels einer Strahlachse bezüglich eines Kurbelwellenwinkels bei einem Einspritzvorgang,
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6 eine erste schematische Diagrammdarstellung angepasster Öffnungsdurchmesser von Einspritzöffnungen und eine erste schematische Diagrammdarstellung dazugehöriger Mischungsverhältnisse,
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7 eine zweite schematische Diagrammdarstellung angepasster Öffnungsdurchmesser von Einspritzöffnungen und eine zweite schematische Diagrammdarstellung dazugehöriger Mischungsverhältnisse,
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8 eine dritte schematische Diagrammdarstellung angepasster Öffnungsdurchmesser von Einspritzöffnungen und eine vierte schematische Diagrammdarstellung dazugehöriger Mischungsverhältnisse,
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9 eine vierte schematische Diagrammdarstellung angepasster Öffnungsdurchmesser von Einspritzöffnungen und eine vierte schematische Diagrammdarstellung dazugehöriger Mischungsverhältnisse, und
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10 eine schematische Diagrammdarstellung eines Auftreffwinkels von Strahlachsen bezüglich eines Kurbelwellenwinkels bei einem Einspritzvorgang mit angepasstem Höhenwinkel.
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1 zeigt einen schematischen, perspektivischen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil 1. Das Einspritzventil 1 weist eine Düsenbaugruppe 3 sowie einen Aktuator (nicht gezeigt) auf. Der Aktuator wirkt funktional mit der Düsenbaugruppe 3 zusammen.
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Die Düsenbaugruppe 3 hat einen Düsenkörper 7. Der Aktuator hat einen Injektorkörper (nicht gezeigt). Der Düsenkörper 7 ist mittels einer Düsenspannmutter 5 mit dem Injektorkörper fest gekoppelt. Der Düsenkörper 7 und der Injektorkörper bilden ein gemeinsames Gehäuse des Einspritzventils 1.
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Der Düsenkörper 7 hat eine Düsenkörperausnehmung 13 mit einer ersten Mittellängsachse 15 und einer Wand. In der Düsenkörperausnehmung 13 ist eine Düsennadel 19 angeordnet, die zusammen mit dem Düsenkörper 7 die Düsenbaugruppe 3 bildet. Die Düsennadel 19 hat an einem Ende eine Düsenspitze 21. Die Düsennadel 19 ist in einem Bereich der Düsenkörperausnehmung 13 geführt und mittels einer Düsenfeder vorgespannt.
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In dem Düsenkörper 7 sind nahe der Nadelspitze 21 eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen 23 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel besitzt der Düsenkörper 7 sieben Einspritzöffnungen 23, welche entsprechend ihrer Anzahl mit den Bezugszeichen 231 bis 237 referenziert sind (s. 6 bis 9). Die Einspritzöffnungen 23 formen vorzugsweise einen Einspritzlochkreis.
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Der Injektorkörper hat eine Ausnehmung, in welcher ein Aktuatorelement (nicht gezeigt) angeordnet ist. Das Aktuatorelement ist als Hubstellantrieb ausgebildet. Das Aktuatorelement wirkt derart auf die Düsennadel 19 ein, so dass diese eine Bewegung in Richtung der ersten Mittellängsachse 15 ausführen kann.
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Die Düsenfeder übt auf die Düsennadel 19 eine in Schließrichtung wirkende Kraft aus, so dass sie einen Fluss eines Fluids durch die in dem Düsenkörper 7 angeordneten mehreren Einspritzöffnungen 23 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 19 einwirken. Bei Betätigung des Aktuatorelements wird die Düsennadel 19 in axialer Richtung von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die Einspritzöffnungen 23 freigibt.
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Die Brennkraftmaschine gemäß 1 weist des Weiteren einen Kolben 27 auf, welcher eine Kolbenmulde 28 aufweist. Der Kolben 27 ist innerhalb eines Zylinders (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine längs verschieblich angeordnet. Eine Innenwand des Kolbens 27 im Bereich der Kolbenmulde 28 begrenzt mit einer Innenwand eines Zylinderkopfes 29 einen Brennraum 30 des Zylinders. Der Kolben 27 weist eine zweite Mittellängsachse 31 auf. Die Kolbenmulde weist eine Kontur 32 auf.
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Das Einspritzventil 1 ist bezüglich des Kolbens 27 schräg beziehungsweise exzentrisch angeordnet. Dadurch sind die erste Mittellängsachse 15 des Düsenkörpers 7 und die zweite Mittellängsachse 31 des Kolbens 27 unter einem Winkel α zueinander ausgerichtet. Der Winkel α ist dabei ein spitzer Winkel und beträgt beispielsweise 15°. Aufgrund der exzentrischen Anordnung beziehungsweise der Schräglage des Einspritzventils 1 bilden sich, wie bereits eingangs beschrieben, unterschiedliche Strahllängen von der Düsenspitze 21 bis zum Erstkontakt mit dem Kolben 27 bzw. der Kolbenmulde 28 beim Einspritzen von Fluid in den Brennraum 30 aus. Es ist auch denkbar, dass die Kolbenmulde 28 bezüglich der zweiten Mittellängsachse 31 exzentrisch angeordnet ist, was zu den unterschiedlichen Strahllängen führen würde. Die unterschiedlichen Strahllängen sind anhand von Figur 2 schematisch dargestellt, wobei Strahlachsen von Fluidstrahlen schematisch in einen geometrischen Kolbenquerschnitt projiziert sind.
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Dabei sind ausgehend von der Düsenspitze 21 für jede Einspritzöffnung 23 Strahlachsen 331 bis 337 dargestellt. In ihrer Gesamtheit sind die Strahlachsen 331 bis 337 allgemein mit dem Bezugszeichen 33 referenziert. Dabei haben die Strahlachsen 33 für jede Einspritzöffnung 23 eine unterschiedliche freie Länge. Eine Kolbenmitte 34 des Kolbens 27 fällt aufgrund der exzentrischen Einbaulage des Einspritzventils 1 nicht mit der Düsenspitze 21 zusammen. Dies bedeutet, dass die zweite Mittellängsachse 31 des Kolbens 27 die Düsenspitze 21 geometrisch nicht schneidet. Jede Einspritzöffnung 23 ist dabei einem entsprechenden Volumensegment 35 zugeordnet. Ein Volumensegment 35 wird im Wesentlichen durch den Kolben 27 beziehungsweise die Kolbenmulde 28 und durch einen Strahlkegel um die Strahlachse 33 eines Fluidstrahls gebildet. Dabei bilden sich für jeden Fluidstrahl unterschiedliche Volumensegmente 35 in dem Brennraum 30 aus. Würden die Einspritzöffnungen 23 im Wesentlichen gleiche Geometriecharakteristiken aufweisen, würde dies wie eingangs beschrieben zu unterschiedlichen Fluid-/Luftgemischen für jedes Volumensegment 35 führen, was erhöhte Schadstoffemissionen zur Folge hätte.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines geometrischen Querschnitts des Kolbens 27. Wie in 3 gezeigt weist jeweils eine Strahlachse 33 eines Fluidstrahls einen unterschiedlichen Höhenwinkel β zu der zweiten Mittellängsachse 31 des Kolbens 27 auf. Abhängig von der schrägen Einbaulage des Einspritzventils 1 weisen die Strahlachsen 33 aller Fluidstrahlen für jede Einspritzöffnung 23 beim Auftreffen auf den Kolben 27 beziehungsweise der Kolbenkontur 32 der Kolbenmulde 28 bezüglich einer Tangente 36 der Kolbenkontur 32 unterschiedliche, spitze Auftreffwinkel γ auf die Kolbenmulde 28 auf. Die Strahlachsen 33 der Fluidstrahlen treffen dabei jeweils im Wesentlichen in einem dem jeweiligen Volumensegment 35 zugeordneten Auftreffbereich 37 der Kolbenmulde 28 auf die Kolbenmulde 28 auf. Der Auftreffbereich 37 ist ein Bereich der Wandung der Kolbenmulde 27, welche sich ausgehend von einem axialen Ende des Kolbens 27, welches dem Einspritzventil 1 zugewandt ist, in den Kolben 27 hinein erstreckt. Dabei ist ein möglichst kleiner Auftreffwinkel γ erwünscht, da dort die kinetische Energie eines Fluidstrahls besonders gut in eine Verwirbelung und/oder Vermischung des Fluids mit Luft umgesetzt wird und ein Maximum an Luftausnutzung über den gesamten Brennraum erfolgen kann.
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Die 4 und 5 zeigen zwei Diagramme, bei welchen während eines Einspritzvorgangs für zwei unterschiedliche Fluidstrahlen mit unterschiedlichen freien Strahllängen hinsichtlich ihrer Strahlachsen 33 jeweils der Auftreffwinkel γ auf die Kolbenmulde 28 gegenüber einem Kurbelwellenwinkel CRK aufgetragen ist. Der Kurbelwellenwinkel CRK repräsentiert dabei eine Bewegung des Kolbens 27 bezüglich der zweiten Mittellängsachse 31. Dabei weisen die beiden Strahlachsen 33 deutlich unterschiedliche Auftreffwinkel γ bezüglich des Kurbelwellenwinkels CRK auf. Während des Einspritzvorgangs wird der Kolben 27 bezüglich der zweiten Mittellängsachse 31 längsverschoben, so dass beim Einspritzen von Fluid die Fluidstrahlen hinsichtlich ihrer Strahlachsen 33 während des Einspritzens an unterschiedlichen Auftreffpunkten auf die Kolbenmulde 28 auftreffen. Dabei nehmen die Strahlachsen 33 während des Verfahrens des Kolbens 27 unterschiedliche Auftreffwinkel γ bezüglich der Tangente 36 der Kolbenmulde 28 abhängig von den Auftreffpunkten ein. In 4 ist dabei der Auftreffwinkelverlauf gezeigt für eine Strahlachse 33 eines Fluidstrahls, welcher im Vergleich zu einem Fluidstrahl gemäß 5 einen größere freie Länge hinsichtlich der Strahlachse 33 zum Kolben 27 beziehungsweise der Kolbenmulde 28 ausgehend von der Düsenspitze 21 besitzt.
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Beim ersten Kontakt mit der Kolbenmulde 28 gemäß 4 trifft eine Strahlachse 33 eines Fluidstrahls in einem ersten Winkel 41 auf die Kolbenmulde 28 auf. Befindet sich der Kolben 27 in einer mittleren Verfahrposition, trifft die Strahlachse 33 in einem zweiten Winkel 42 auf die Kolbenmulde 28 auf. Dabei ist der zweite Winkel 42 kleiner als der erste Winkel 41. Gegen Ende des Einspritzvorgangs trifft die Strahlachse 33 in einem dritten Winkel 43 auf die Kolbenmulde 28 auf. Im Vergleich zu dem Diagramm anhand von 5 fällt auf, dass für eine kürzere freie Strahllänge höhere Auftreffwinkel γ erzielt werden.
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Um ein im Wesentlichen gleiches Fluid-/Luftgemisch für jedes Volumensegment 35 des Brennraums 30 zu erzielen, sind alle Einspritzöffnungen 23 des Einspritzventils 1 jeweils hinsichtlich mindestens einer Geometriecharakteristik an das entsprechende Volumensegment 35 angepasst.
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Ein Ansatzpunkt ist es dabei, für jedes Volumensegment 35 einen Öffnungsdurchmesser der jeweiligen Einspritzöffnung 23 anzupassen, wobei der Öffnungsdurchmesser auf einer dem Brennraum 30 zugewandten Seite des Düsenkörpers 7 vorliegt.
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In den 6 bis 8 ist jeweils schematisch für jede Einspritzöffnung 231 bis 237 ein angepasster Öffnungsdurchmesser 45 dargestellt. Dabei sind gemäß einem den 6A, 7A und 8A diskrete Öffnungsdurchmesserwerte der Einspritzöffnungen 23 zu einem Linienverlauf verbunden, wobei zwei Kennlinien 47 und 49 dargestellt sind. Gemäß der Kennlinie 47 besitzen die Einspritzöffnungen 23 einen gleichen Öffnungsdurchmesser 45, während gemäß der Kennlinie 49 jede Einspritzöffnung 23 einen angepassten, also unterschiedlichen Öffnungsdurchmesser 45 besitzt. Gemäß den Diagrammen der 6B, 7B und 8B ist jeweils gezeigt, wie sich eine derartige Öffnungsdurchmesseranpassung auf das prozentuale Verhältnis von Fluid und Luft für die jeweiligen Volumensegmente 35 bezogen auf das gesamte Mischungsverhältnis im Brennraum 30 auswirkt. Dabei ist für jede Einspritzöffnung 23 durch linke Balken das prozentuale Verhältnis 51 für die Kennlinie 47 dargestellt, während rechte Balken das Fluid-/Luft-Verhältnis 51 für die angepassten Öffnungsdurchmesser 45 gemäß der Kennlinie 49 repräsentieren.
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In 6 sind die Öffnungsdurchmesser 45 dabei derart angepasst, dass sich für jedes Volumensegment 35 ein gleiches Verhältnis 51 zwischen Fluid und Luft einstellt.
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In 7 sind die Öffnungsdurchmesser 45 neben der Anpassung an das Verhältnis 51 auch dahingehend angepasst, dass Fluidstrahlen aus den jeweiligen Einspritzöffnungen 23 hinsichtlich ihrer jeweiligen Strahlachsen 33 jeweils in einer gleichen, vorbestimmten Auftreffzeit auf den Kolben 27 auftreffen. Dabei sind auch Seitenwinkel δ der Strahlachsen 33 (siehe 2) angepasst. Kleinere Öffnungsdurchmesser 45 reduzieren die Fluidstrahlgeschwindigkeit, wodurch sich auch der Auftreffzeitpunkt ändert.
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In 8 sind die Öffnungsdurchmesser 45 derart angepasst, dass ein Kompromiss zwischen den Anpassungen gemäß der 6 und 7 gefunden ist.
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Um dem Problem entgegenzuwirken, dass kleine Öffnungsdurchmesser 45 von Einspritzöffnungen 23 eine Neigung zur Verkokung der Einspritzöffnung 23 erhöhen, kann zusätzlich auch als Geometriecharakteristik ein Durchflusskoeffizient 53 angepasst werden. Der Durchflusskoeffizient 53 beeinflusst die Menge an Fluid, welche durch eine Einspritzöffnung 23 in den Brennraum 30 strömt. Je kleiner der Durchflusskoeffizient 53 ist, desto weniger wahrscheinlich neigt die Einspritzöffnung 23 zur Verkokung. Daher werden kleinere Öffnungsdurchmesser 45, beispielsweise der Öffnungsdurchmesser 45 der Einspritzöffnung 236 der Kennlinie 48, mit kleinen Durchflusskoeffizienten 53 kombiniert, so dass die Einspritzöffnungen 23 beispielsweise die in 9 dargestellte Kennlinie 55 aufweisen. Größere Öffnungsdurchmesser 45, beispielsweise der Öffnungsdurchmesser 45 der Einspritzöffnung 232, werden mit größeren Durchflusskoeffizienten 53 kombiniert. Dadurch wird insgesamt durch die entsprechenden Kombinationen eine Durchmesserspreizung reduziert.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, die einzelnen Höhenwinkel β der Strahlachsen der Einspritzöffnungen 23 derart anzupassen, dass sich für jede Einspritzöffnung 23 möglichst ein gleicher oder zumindest günstiger Verlauf des Auftreffwinkels γ bezüglich des Kurbelwellenwinkels CRK einstellt. Ein beispielhafter, aufgrund von Anpassungen des Höhenwinkels β erzielter Auftreffwinkelverlauf ist in 10 gezeigt. Die Anpassung der Höhenwinkel β ist eine geometrische Anpassung der Düsenzeichnung.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale beziehungsweise Funktionen der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einspritzventil
- 3
- Düsenbaugruppe
- 5
- Düsenspannmutter
- 7
- Düsenkörper
- 13
- Düsenkörperausnehmung
- 15
- erste Mittellängsachse
- 19
- Düsennadel
- 21
- Düsenspitze
- 23, 231 bis 237
- Einspritzöffnungen
- 27
- Kolben
- 28
- Kolbenmulde
- 29
- Zylinderkopf
- 30
- Brennraum
- 31
- zweite Mittellängsachse
- 32
- Kolbenkontur
- 33, 331 bis 337
- Strahlachse
- 34
- Kolbenmitte
- 35
- Volumensegment
- 36
- Tangente
- 37
- Auftreffbereich
- 41, 42, 43
- Winkel
- 45
- Öffnungsdurchmesser
- 47, 49, 55
- Kennlinie
- 51
- Verhältnis
- 53
- Durchflusskoeffizient
- α
- Winkel
- β
- Höhenwinkel
- γ
- Auftreffwinkel
- δ
- Seitenwinkel
- CRK
- Kurbelwellenwinkel
