DE102017206021B3 - Combustion chamber arrangement for an internal combustion engine, injection method and use of a combustion chamber arrangement for injecting OME fuel - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennraumanordnung (12) zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes (20b) in einen Brennraum (10) einer Brennkraftmaschine, wobei ein Höhenwinkel β einer Einspritzdüse (16) derart ausgebildet ist, dass der eingespritzte OME-Kraftstoff (20b) im Betrieb möglichst nahe an einer Kolbenlängsachse (26) eines Muldenkolbens (14) auftrifft, auf den die Einspritzdüse (16) den OME-Kraftstoff (20b) spritzt. Weiter betrifft die Erfindung ein Einspritzverfahren zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes (20b) in einen Brennraum (10) einer Brennkraftmaschine, sowie die Verwendung der Brennraumanordnung (12) zum Einspritzen von OME-Kraftstoff (20b) in den Brennraum (10) der Brennkraftmaschine.

Figure DE102017206021B3_0000
The invention relates to a combustion chamber arrangement (12) for injecting an OME fuel (20b) into a combustion chamber (10) of an internal combustion engine, wherein an elevation angle β of an injection nozzle (16) is designed such that the injected OME fuel (20b) is in operation as close as possible to a piston longitudinal axis (26) of a hollow piston (14) impinges on the injector (16) the OME fuel (20b) injected. The invention further relates to an injection method for injecting an OME fuel (20b) into a combustion chamber (10) of an internal combustion engine, and to the use of the combustion chamber arrangement (12) for injecting OME fuel (20b) into the combustion chamber (10) of the internal combustion engine.
Figure DE102017206021B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennraumanordnung zum Ausbilden eines Brennraumes für eine Brennkraftmaschine zum Verbrennen eines in den Brennraum eingespritzten OME-Kraftstoffes, ein Einspritzverfahren zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes in einen solchen Brennraum, sowie die Verwendung einer solchen Brennraumanordnung zum Einspritzen von OME-Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a combustion chamber arrangement for forming a combustion chamber for an internal combustion engine for burning an injected into the combustion chamber OME fuel, an injection method for injecting an OME fuel into such a combustion chamber, and the use of such a combustion chamber arrangement for injecting OME fuel in the Combustion chamber of an internal combustion engine.

Bislang ist es bekannt, als Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine Diesel oder Benzin bzw. Gas in einen Brennraum einzuspritzen, indem der jeweilige Kraftstoff verbrannt und dabei in dem Kraftstoff gespeicherte chemische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird, sodass ein Kolben, der in dem Brennraum angeordnet ist, sich in Bewegung setzt und somit die Brennkraftmaschine antreibt. Wie der Brennraum zum Verbrennen des Diesels bzw. des Benzins ausgestaltet sein muss, um optimal Energieeffizient zu sein und eine möglichst schadstoffarme Verbrennung zu ermöglichen, ist gut untersucht und bekannt.Up to now, it has been known to inject diesel or gasoline into a combustion chamber as fuel for an internal combustion engine by burning the respective fuel and thereby converting chemical energy stored in the fuel into kinetic energy, so that a piston arranged in the combustion chamber, sets in motion and thus drives the internal combustion engine. How the combustion chamber has to be designed to burn the diesel or gasoline in order to be optimally energy-efficient and to enable as low-emission combustion as possible is well studied and known.

Nun besteht jedoch die Problematik, dass besonders bei der Verwendung von Dieselkraftstoff gesetzliche Auflagen bezüglich des Klimaschutzes, das heißt insbesondere bezüglich unerwünschter Emissionen, immer schwieriger zu erfüllen sind.Now, however, there is the problem that, especially with the use of diesel fuel legal requirements with respect to climate protection, that is, in particular with regard to unwanted emissions, are increasingly difficult to meet.

Daher gehen Bestrebungen dahin, Dieselkraftstoff durch synthetische Kraftstoffe zu ersetzen, die bei ihrer Verbrennung deutlich weniger Emissionen freisetzen.Efforts are therefore being made to replace diesel fuel with synthetic fuels, which release significantly less emissions when burned.

Ein Beispiel für einen solchen synthetischen Kraftstoff ist Oxymethylenether, sogenanntes OME, der eine besondere Eignung als Kraftstoff für Dieselmotoren aufweist, da er, wie auch Dieselkraftstoff, selbstzündend verbrennt. Im Gegensatz zu Diesel verbrennt OME jedoch deutlich emissionsärmer. Es wäre daher denkbar, Dieselkraftstoff auf lange Sicht durch OME-Kraftstoff sukzessive zu ersetzen.An example of such a synthetic fuel is oxymethylene ether, so-called OME, which has particular suitability as a fuel for diesel engines, since it, like diesel fuel, burns autoignition. Unlike diesel, however, OME burns significantly lower emissions. It would therefore be conceivable to replace diesel fuel with OME fuel in the long term.

Trotz ähnlicher Zündeigenschaften von Dieselkraftstoff und OME-Kraftstoff bestehen Unterschiede in anderen physikalischen Parametern, insbesondere beim Heizwert HU, der bei OME-Kraftstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoff deutlich geringer ist. Der Heizwert HU entspricht der Wärmemenge, die bei einer gleichen Masse m an Kraftstoff erzeugt werden kann. Im Schnitt ist der Heizwert HU bei OME-Kraftstoffen etwa halb so groß wie bei Dieselkraftstoffen, das heißt, es müsste, wenn nur der Heizwert HU betrachtet wird, für eine gleiche zu erzeugende Wärme - bzw. Energiemenge etwa im Schnitt die doppelte Masse m an Kraftstoff verbrannt werden.Despite similar ignition properties of diesel fuel and OME fuel, there are differences in other physical parameters, in particular the calorific value H U , which is significantly lower for OME fuel compared to diesel fuel. The calorific value H U corresponds to the amount of heat that can be generated at an equal mass m of fuel. On average, the calorific value H U in OME fuels is about half as large as for diesel fuels, ie, if only the calorific value H U is considered, for an equal amount of heat or energy to be generated about twice the mass m burned to fuel.

Wird OME-Kraftstoff in einen Standard-Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eingespritzt, ergeben sich folgende Problematiken, die mit Bezug auf 7 kurz erläutert werden.If OME fuel is injected into a standard combustion chamber of a diesel internal combustion engine, the following problems arise with reference to 7 will be briefly explained.

7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Brennraumes 10 für eine Diesel-Brennkraftmaschine. In dem Brennraum 10 ist eine Brennraumanordnung 12 vorgesehen, die eine Muldenkolben 14 und einer Einspritzdüse 16 umfasst. Die Einspritzdüse 16 ist derart zu einer Kolbenstirnseite 18 gerichtet angeordnet, dass Kraftstoff 20, der von der Einspritzdüse 16 in den Brennraum 10 eingespritzt wird, auf der Kolbenstirnseite 18 auftrifft. 7 shows a sectional view of a combustion chamber 10 for a diesel internal combustion engine. In the combustion chamber 10, a combustion chamber arrangement 12 is provided, which comprises a hollow piston 14 and an injection nozzle 16. The injection nozzle 16 is arranged so directed to a piston end face 18 that fuel 20, which is injected from the injection nozzle 16 into the combustion chamber 10, impinges on the piston end face 18.

Der Muldenkolben 14 weist eine Mulde 22 auf, in die der eingespritzte Kraftstoff 20, beispielsweise Dieselkraftstoff 20a, von der Einspritzdüse 16 gespritzt wird, und wo sich der Kraftstoff 20 durch eine spezielle geometrische Ausgestaltung der Mulde 22 mit einer ebenfalls in dem Brennraum 10 vorhandenen Luft 24 vermischt. Durch translatorische Auf- und Abbewegung des Muldenkolbens 14 entlang einer Kolbenlängsachse 26 verdichtet sich der Kraftstoff 20, der in den Brennraum 10 eingespritzt worden ist und sich mit der Luft vermischt hat, und entzündet sich an einem bestimmten Verdichtungspunkt selbst. Durch diese Entzündung wird chemische Energie, die in dem Kraftstoff 20 gespeichert ist, in kinetische Energie umgewandelt und für den Antrieb eines Dieselmotors verwendet.The trough piston 14 has a trough 22, into which the injected fuel 20, for example diesel fuel 20a, is injected from the injection nozzle 16, and where the fuel 20 by a special geometric configuration of the trough 22 with a likewise present in the combustion chamber 10 air 24 mixed. By translational up and down movement of the well piston 14 along a piston longitudinal axis 26, the fuel 20, which has been injected into the combustion chamber 10 and has mixed with the air, compresses and ignites at a specific compression point itself. This ignition becomes chemical energy that is stored in the fuel 20, converted into kinetic energy and used for driving a diesel engine.

In 7 ist zu erkennen, dass die Mulde 22 eine spezielle geometrische Form aufweist. Sie umfasst einen symmetrisch um die Kolbenlängsachse 26 zentral angeordneten Dom 28, sowie eine ebenfalls symmetrisch um die Kolbenlängsachse 26 ausgebildete Seitenwand 30 zum Begrenzen der Mulde 22. Zwischen dem Dom 28 und der Seitenwand 30 ist ein U-förmiger Übergangsbereich 32 vorgesehen. Die Seitenwand 30 bildet dadurch, dass eine radial zu der Kolbenlängsachse 26 angeordnete, sich von der Kolbenlängsachse 26 weg erstreckende Ausnehmung 34 ausgebildet ist, im Bereich eines Kolbenendes 36 eine Muldenlippe 38 aus, die in Richtung auf den Dom 28 über die Mulde 22 ragt.In 7 It can be seen that the trough 22 has a special geometric shape. It comprises a symmetrically about the piston longitudinal axis 26 centrally disposed dome 28, and also a symmetrically about the piston longitudinal axis 26 formed side wall 30 for limiting the trough 22. Between the dome 28 and the side wall 30, a U-shaped transition region 32 is provided. The side wall 30 forms, characterized in that a radially arranged to the piston longitudinal axis 26, extending away from the piston longitudinal axis 26 recess 34 is formed in the region of a piston end 36 of a trough lip 38 which projects in the direction of the dome 28 via the trough 22.

Durch diese spezielle geometrische Ausgestaltung ist es möglich, Dieselkraftstoff 20a so von der Einspritzdüse 16 einspritzen zu lassen, dass er in der Ausnehmung 34 auf die Mulde 22 auftrifft, dort durch die Form der Ausnehmung 34 und den U-förmigen Übergangsbereich 32 sowie den Dom 28 kreisförmig nach innen abgelenkt wird und somit eine Verwirbelung 40 ausbildet, durch die sich der Dieselkraftstoff 20a besonders gut mit der vorhanden Luft 24 vermischen kann.This special geometric configuration makes it possible to inject diesel fuel 20a from the injection nozzle 16 so that it impinges on the depression 22 in the recess 34, there by the shape of the recess 34 and the U-shaped transition region 32 and the dome 28 is deflected inwardly in a circle and thus forms a turbulence 40 through which the diesel fuel 20a can mix very well with the air 24 present.

Durch die besonders gute Vermischung von Luft 24 und Dieselkraftstoff 20a entstehen bei der Verbrennung deutlich bessere Emissionswerte und insbesondere eine verringerte Rußbildung.Due to the particularly good mixing of air 24 and diesel fuel 20a arise in the Combustion significantly better emission levels and in particular a reduced soot formation.

Wird nun eine solche auf Diesel-Kraftstoff 20a ausgelegte Brennraumanordnung 12 verwendet, um OME-Kraftstoff 20b in den Brennraum 10 einzuspritzen, besteht zunächst die Problematik, dass der OME-Kraftstoff 20b durch den geringeren Heizwert HU deutlich weniger kinetische Energie erzeugt als der bislang verwendete Dieselkraftsoff 20a bei einer gleichen eingespritzten Kraftstoffmasse m. Um dies auszugleichen, müsste die Einspritzdüse 16 so angepasst werden, dass entsprechend des Faktors, um den der OME-Kraftstoff 20b weniger kinetische Energie erzeugt als ein Standard-Dieselkraftstoff 20a, die Einspritzdüse 16 in ihrem Durchfluss HD, das heißt der Masse m an Kraftstoff 20, der pro vordefinierter Zeiteinheit Δt in den Brennraum 10 gelangt, vergrößert ist. Das bedeutet jedoch, dass in der gleichen Zeiteinheit Δt deutlich mehr Masse m an Kraftstoff 20 in der Mulde 22 abbrennt.If such a combustion chamber arrangement 12 designed for diesel fuel 20a is used to inject OME fuel 20b into combustion chamber 10, the problem initially arises that OME fuel 20b generates significantly less kinetic energy than hitherto due to the lower calorific value H U used diesel fuel 20a at an equal injected fuel mass m. To compensate for this, the injector 16 would have to be adjusted so that, corresponding to the factor by which the OME fuel 20b generates less kinetic energy than a standard diesel fuel 20a, the injector 16 in its flow HD, that is, the mass m of fuel 20, which passes per predefined time unit .DELTA.t into the combustion chamber 10, is increased. This means, however, that significantly more mass m of fuel 20 burns in the trough 22 in the same time unit Δt.

In Versuchen hat sich herausgestellt, dass dadurch die Muldenlippe 38 bei einer gleichen erwünschten Wärme - bzw. Energieerzeugung abbrennt und der Muldenkolben 14 somit zerstört wird.In experiments, it has been found that thereby the trough lip 38 burns off at the same desired heat or energy generation and the trough piston 14 is thus destroyed.

EP 2 696 051 A1 , DE 10 2011 015 438 A1 , US 2010/0071653 A1 und US 7 431 012 B1 offenbaren jeweils einen Brennraum mit einem Muldenkolben mit einem zentralen Dom, wobei eine Einspritzdüse Kraftstoff so in den Brennraum einspritzt, dass knapp neben dem Dom auftrifft. EP 2 696 051 A1 . DE 10 2011 015 438 A1 . US 2010/0071653 A1 and US Pat. No. 7,431,012 B1 each disclose a combustion chamber with a trough piston with a central dome, wherein an injection nozzle injects fuel into the combustion chamber, which impinges just next to the dome.

M. Härtl et al., MTZ, 7, S. 68 (2014) beschreibt Oxymethylenether als CO2-neutralen Kraftstoff. M. Hartl et al., MTZ, 7, p. 68 (2014) describes oxymethylene ethers as CO2-neutral fuel.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennraumanordnung zum Ausbilden eines Brennraumes für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, mit der OME-Kraftstoff dauerhaft zur Erzeugung einer entsprechend einem Dieselkraftstoff gleichen vordefinierten zu erzeugenden Wärme bzw. Leistung verbrannt werden kann.The object of the invention is therefore to propose a combustion chamber arrangement for forming a combustion chamber for an internal combustion engine, with which OME fuel can be permanently burned to produce a correspondingly predefined heat or power to be generated in accordance with a diesel fuel.

Diese Aufgabe wird mit einer Brennraumanordnung mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with a combustion chamber arrangement with the feature combination of claim 1.

Ein Einspritzverfahren zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, sowie die Verwendung der Brennraumanordnung zum Einspritzen von OME-Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.An injection method for injecting an OME fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, and the use of the combustion chamber arrangement for injecting OME fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine are the subject of the independent claims.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Brennraumanordnung zum Ausbilden eines Brennraumes für eine Brennkraftmaschine zum Verbrennen eines in den Brennraum eingespritzten OME-Kraftstoffes weist einen Muldenkolben, der sich im Betrieb in dem Brennraum entlang einer Kolbenlängsachse translatorisch bewegt, und eine Einspritzdüse zum Einspritzen des OME-Kraftstoffes in den Brennraum auf. Der Muldenkolben umfasst an einer Kolbenstirnseite eine Mulde zur Aufnahme des in dem Brennraum eingespritzten OME-Kraftstoffes, wobei die Mulde symmetrisch um die Kolbenlängsachse ausgebildet ist. Die Mulde weist einen zentral angeordneten Dom, der in Richtung von einem Muldenboden weg erstreckend umlaufend um die Kolbenlängsachse angeordnet ist, eine umlaufend um die Kolbenlängsachse angeordnete, sich weitgehend parallel zu der Kolbenlängsachse erstreckende Seitenwand zum Begrenzen der Mulde, und einen U-förmigen Übergangsbereich zwischen dem Dom und der Seitenwand auf. Die Einspritzdüse ist symmetrisch um eine Düsenlängsachse ausgebildet, wobei die Einspritzdüse derart zu der Kolbenstirnseite gerichtet angeordnet ist, dass die Kolbenlängsachse und die Düsenlängsachse zusammenfallen. Die Einspritzdüse weist eine Mehrzahl von Einspritzlöchern mit jeweils einer Lochachse zum Einspritzen des OME-Kraftstoffes auf. Ein Höhenwinkel β zwischen jeder der Lochachsen und der Düsenlängsachse ist so ausgebildet, dass der eingespritzte OME-Kraftstoff im Betrieb in dem Übergangsbereich näher an dem Dom als auf der Seitenwand auftrifft.A combustion chamber arrangement for forming a combustion chamber for an internal combustion engine for burning an injected into the combustion chamber OME fuel has a trough piston, which moves in operation in the combustion chamber along a piston longitudinal axis translationally, and an injection nozzle for injecting the OME fuel into the combustion chamber. The trough piston comprises on a piston end face a trough for receiving the OME fuel injected in the combustion chamber, wherein the trough is formed symmetrically about the piston longitudinal axis. The trough has a centrally disposed dome, which is arranged in the direction of a trough bottom extending circumferentially around the piston longitudinal axis, a circumferentially disposed about the piston longitudinal axis, extending substantially parallel to the piston longitudinal axis extending side wall for defining the trough, and a U-shaped transition region between the cathedral and the side wall. The injection nozzle is formed symmetrically about a longitudinal axis of the nozzle, wherein the injection nozzle is arranged so directed to the piston end side, that the piston longitudinal axis and the nozzle longitudinal axis coincide. The injection nozzle has a plurality of injection holes each having a hole axis for injecting the OME fuel. An elevation angle β between each of the hole axes and the nozzle longitudinal axis is formed such that the injected OME fuel, in use, impinges in the transition region closer to the dome than to the sidewall.

Die Lochachse entspricht einer Strahlachse des eingespritzten Kraftstoffes.The hole axis corresponds to a jet axis of the injected fuel.

Wie bereits beschrieben, erhält ein normalerweise mit einer solchen Brennraumanordnung eingespritzter Dieselkraftstoff einen Bewegungsimpuls in der Mulde, der zu einer Rückströmung in Richtung des Domes führt, so dass der Dieselkraftstoff sich gut mit der Luft, die um den Dom herum angeordnet ist, mischt. Dies ist wichtig, um Emissionen, vor allem Rußbildung, klein zu halten, da durch diese Rückströmung und die folgende Vermischung das Gemisch Luft/Dieselkraftstoff optimiert wird. Aus diesem Grund weist die Mulde im Schnitt der Kolbenlängsachse die spezielle Form mit Dom, Übergangsbereich und Seitenwand auf.As already described, a diesel fuel normally injected with such a combustion chamber arrangement receives a momentum in the trough which results in a return flow in the direction of the dome, so that the diesel fuel mixes well with the air arranged around the dome. This is important to keep emissions, especially soot formation, small because this backflow and subsequent mixing optimizes the air / diesel fuel mixture. For this reason, the trough in the section of the piston longitudinal axis on the special shape with dome, transition region and side wall.

OME-Kraftstoff hat nun jedoch im Vergleich zu Dieselkraftstoff einen deutlich kleineren Heizwert HU. Um eine gleiche Leistung wie beim Einspritzen von Dieselkraftstoff zu erhalten, wobei unter Leistung eine gleiche vordefinierte zu erzeugende Wärme pro Zeiteinheit Δt durch die Verbrennung verstanden werden soll, muss daher eine entsprechend des Faktors der Heizwertverringerung vergrößerte Masse m an OME-Kraftstoff in der gleichen Zeiteinheit Δt eingespritzt und verbrannt werden. Zusätzlich hat OME-Kraftstoff einen anderen Zündverzug als Dieselkraftstoff. Die beiden Faktoren - Zündverzug und vergrößerte Masse m an eingespritztem Kraftstoff - haben einen veränderten Strahlimpuls von OME-Kraftstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoff zur Folge und beeinflussen den Ort in der Mulde, wo der eingespritzte Kraftstoff letztendlich abbrennt.However, compared to diesel fuel, OME fuel now has a significantly lower calorific value H U. In order to obtain the same performance as when injecting diesel fuel, whereby the term "power" should be understood to mean the same predefined heat to be generated per unit time Δt by the combustion, a mass M of OME fuel increased in the same time unit corresponding to the factor of the calorific value reduction must therefore be obtained Δt be injected and burned. In addition, OME fuel has a different ignition delay than Diesel fuel. The two factors - ignition delay and increased mass m of injected fuel - result in a changed beam pulse of OME fuel compared to diesel fuel and affect the location in the trough where the injected fuel ultimately burns off.

OME-Kraftstoff brennt daher näher an einer Muldenlippe ab als Dieselkraftstoff, was dazu führt, dass die Muldenlippe und somit der Muldenkolben zerstört wird. Um eine gute Gemischbildung Dieselkraftstoff-Luft auszubilden, wird Dieselkraftstoff normalerweise auf die Seitenwand der Mulde gespritzt. Entsprechend sind die Einspritzlöcher der Einspritzdüse so angeordnet, dass Dieselkraftstoff gezielt auf die Seitenwand auftrifft und dort einen Bewegungsimpuls für eine Rückströmung erhält, um sich dann im Bereich des Domes mit der umgebenden Luft vermischen zu können. Da bei der Verbrennung von OME-Kraftstoff jedoch deutlich weniger Emissionen, insbesondere kein Ruß, entstehen, ist die Gemischbildung Luft-Kraftstoff weniger von Belang. Daher kann auf ein gezieltes Auftreffen des eingespritzten OME-Kraftstoffes auf die Seitenwand verzichtet werden, was beim Dieselkraftstoff nicht möglich wäre. Um daher ein Abbrennen der Muldenlippe zu verhindern, wird vorgeschlagen, den Höhenwinkel β so auszubilden, dass der OME-Kraftstoff statt wie bisher beim Dieselkraftstoff zwingend vorgesehen auf die Seitenwand nun im Übergangsbereich nahe an dem Dom auftrifft.OME fuel therefore burns closer to a trough lip than diesel fuel, which results in the trough lip and thus the trough piston being destroyed. To form a good mixture of diesel fuel and air, diesel fuel is normally sprayed onto the side wall of the trough. Accordingly, the injection holes of the injection nozzle are arranged so that diesel fuel targeted impinges on the side wall and there receives a motion pulse for a return flow to then mix in the dome with the surrounding air can. However, since the combustion of OME fuel significantly less emissions, especially no soot, arise, the mixture formation of air-fuel less of concern. Therefore, it can be dispensed with a targeted impact of the injected OME fuel on the side wall, which would not be possible with diesel fuel. Therefore, in order to prevent burning of the trough lip, it is proposed to form the elevation angle β in such a way that the OME fuel now impinges on the side wall in the transition area close to the dome instead of the diesel fuel.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der Höhenwinkel β so ausgebildet, dass der eingespritzte OME-Kraftstoff im Betrieb auf dem Dom selbst auftrifft.In a particularly advantageous embodiment of the elevation angle β is formed so that the injected OME fuel impinges in operation on the cathedral itself.

Beim Einspritzen von Dieselkraftstoff wird gezielt vermieden, dass der Dieselkraftstoff auf den Dom auftrifft, da so eine für die Verbrennung notwendige Gemischbildung nicht gewährleistet werden kann. Da bei OME-Kraftstoff die Gemischbildung jedoch kein Problem darstellt, weil ohnehin kein Ruß bei der Verbrennung entsteht, ist es möglich, den OME-Kraftstoff so weit von der Seitenwand auftreffen zu lassen, dass er sogar auf den Dom auftreffen kann, und so ein Abbrennen der Muldenlippe verhindert werden kann.When injecting diesel fuel is specifically avoided that the diesel fuel impinges on the dome, as a mixture formation necessary for the combustion can not be guaranteed. However, since OME fuel does not cause mixture formation because there is no soot in the combustion process anyway, it is possible to cause the OME fuel to hit the sidewall so far that it can even hit the dome, and so on Burning the hollow lip can be prevented.

Vorzugsweise liegt der Höhenwinkel β dabei in einem Bereich von 0° < β < 75°. Besonders vorteilhaft liegt der Höhenwinkel β in einem Bereich von 30°< β < 70° und insbesondere in einem Bereich von 45° < β < 65°. Bei Dieselkraftstoff darf der Höhenwinkel β aufgrund der nötigen Gemischbildung nicht kleiner als 75° sein und liegt eigentlich in einem Bereich von 75° bis 82°. Wird der Höhenwinkel β kleiner als diese Werte, entsteht unerwünscht viel Ruß als Verbrennungsprodukt. Dies ist bei OME-Kraftstoff jedoch unbeachtlich, so dass gezielt der Höhenwinkel β so eingestellt werden kann, dass der Strahl des eingespritzten OME-Kraftstoffes nicht mehr im Bereich der Muldenlippe in die Mulde auftrifft, sondern zentraler, was das Abbrennen der Muldenlippe verhindert.The elevation angle β is preferably in a range of 0 ° <β <75 °. Particularly advantageously, the elevation angle β is in a range of 30 ° <β <70 ° and in particular in a range of 45 ° <β <65 °. For diesel fuel, the elevation angle β must not be less than 75 ° because of the necessary mixture formation and is actually in a range of 75 ° to 82 °. If the elevation angle β is smaller than these values, undesirably much soot is produced as a combustion product. However, this is irrelevant in the case of OME fuel, so that the elevation angle β can be adjusted in a targeted manner so that the jet of the injected OME fuel no longer impinges into the depression in the region of the depression lip, but more centrally, which prevents burning off of the depression lip.

Die Einspritzdüse weist einen Durchfluss HDOME auf, der einem um einen Vergrößerungsfaktor V vergrößerten Durchfluss HDDiesel einer Einspritzdüse für Dieselkraftstoff entspricht,
wobei der Vergrößerungsfaktor V abhängig ist von einem Verhältnis des Heizwertes von Diesel HU, DIESEL zu einem Heizwert von OME-Kraftstoff HU, OME eines im Betrieb einzuspritzenden OME-Kraftstoffes, wobei gilt: V = ( H u ,Diesel / H u ,OME ) * K ,

Figure DE102017206021B3_0001
wobei 0,6 < K < 0,85. K liegt dabei besonders vorteilhaft in einem Bereich zwischen 0,7 und 0,8.The injection nozzle has a flow HD OME , which corresponds to an increased by a magnification factor V flow HD Diesel injector for diesel fuel,
the magnification factor V being dependent on a ratio of the heating value of diesel H U , DIESEL to a calorific value of OME fuel H U , OME of an OME fuel to be injected during operation, where: V = ( H u ,Diesel / H u , OME ) * K .
Figure DE102017206021B3_0001
where 0.6 <K <0.85. K is particularly advantageous in a range between 0.7 and 0.8.

Bezüglich des unterschiedlichen Heizwertes HU von OME-Kraftstoff und Dieselkraftstoff, die sich im Schnitt um einen Faktor von etwa 2 unterscheiden, müsste die Einspritzdüse normalerweise so ausgelegt sein, dass der Durchfluss HD für OME-Kraftstoff etwa doppelt so groß ist wie für Dieselkraftstoff. Dieser doppelt so große Durchfluss HD führt zu einem großen Strahlimpuls, der zur Folge hat, dass der Abbrennort des Kraftstoffes im Vergleich zu Dieselkraftstoff von dem Dom weg in Richtung der Muldenlippe wandert. Dadurch wird die Muldenlippe heißer und brennt schneller ab.With regard to the different calorific value H U of OME fuel and diesel fuel, which differ on average by a factor of about 2, the injection nozzle would normally have to be designed so that the flow HD for OME fuel is about twice as large as for diesel fuel. This twice the flow HD results in a large jet impulse which results in the burning location of the fuel moving away from the dome towards the trough lip as compared to diesel fuel. As a result, the trough lip is hotter and burns faster.

In Versuchen hat sich jedoch überraschend herausgestellt, dass OME-Kraftstoff schneller abbrennt als Dieselkraftstoff, d. h. die jeweils zu verbrennende Masse m der beiden Kraftstoffe, die zu einer gleichen Wärmeentwicklung führt, benötigt bei OME-Kraftstoff eine geringere Zeiteinheit Δt als bei Dieselkraftstoff. Dadurch resultiert eine geringere Temperaturentwicklung im Abgas. Insbesondere ist der Ausbrand, d.h. das Ende der Verbrennung, für OME-Kraftstoff deutlich schneller erreicht als für Dieselkraftstoff.In experiments, however, it has surprisingly been found that OME fuel burns off faster than diesel fuel, d. H. the respective mass m to be combusted of the two fuels, which leads to the same heat development, requires less time unit Δt for OME fuel than for diesel fuel. This results in a lower temperature development in the exhaust gas. In particular, the burnout, i. the end of combustion, achieved much faster for OME fuel than for diesel fuel.

Die Abgastemperatur ist für dem Brennraum nachgelagerte Elemente der Brennkraftmaschine wichtig und darf einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten. Durch das schnellere Abbrennen des OME-Kraftstoffes im Vergleich zu Dieselkraftstoff entsteht aber überraschenderweise eine verringerte Temperatur im Abgas, die dazu führt, dass die jeweils zu verbrennende Masse m an Kraftstoff für eine gleiche Wärmeentwicklung über einen verlängerten Zeitraum in den Brennraum eingespritzt werden kann.The exhaust gas temperature is important for the combustion chamber downstream elements of the internal combustion engine and must not exceed a predetermined value. Due to the faster burning of the OME fuel compared to diesel fuel but surprisingly results in a reduced temperature in the exhaust gas, which causes the respective mass m to be combusted fuel for the same heat over a prolonged period can be injected into the combustion chamber.

Dadurch resultiert, dass die Einspritzdüse nicht so ausgelegt werden muss, dass ihr Durchfluss HD um einen Vergrößerungsfaktor V vergrößert wird, der dem Verhältnis der Heizwerte HU der beiden Kraftstoffe entspricht, sondern dass die Einspritzdüse um weniger als diesen Vergrößerungsfaktor V vergrößert werden muss. In Bezug auf die Temperaturentwicklung verringert sich der Vergrößerungsfaktor V um einen Faktor K, der in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,85 liegt.As a result, the injector need not be designed to increase its flow HD by a magnification factor V. which corresponds to the ratio of the heating values H U of the two fuels, but that the injection nozzle must be increased by less than this magnification factor V. With regard to the temperature development, the magnification factor V decreases by a factor K which lies in a range between 0.6 and 0.85.

Der somit im Vergleich zu dem erwarteten Durchfluss HD verringerte Durchfluss HD der Einspritzdüse für den OME-Kraftstoff führt zu einem verringerten Strahlimpuls und somit einem Wegwandern des eingespritzten OME-Kraftstoffstrahls von der Seitenwand in Richtung auf den Dom.The reduced flow HD of the injector for the OME fuel, which is thus reduced compared to the expected flow HD, results in a reduced jet pulse and thus a migration of the injected OME fuel jet from the sidewall toward the dome.

Vorzugsweise weist die Einspritzdüse neun bis zwölf Einspritzlöcher auf, die symmetrisch um die Düsenlängsachse angeordnet sind. Einspritzdüsen für Dieselkraftstoff weisen normalerweise etwa sieben bis zehn Einspritzlöcher auf, um den Dieselkraftstoff in dem Brennraum gut verdüsen und ein optimales Gemisch mit Luft herstellen zu können. Um den Strahlimpuls des eingespritzten OME-Kraftstoffes zu verringern, ist es vorteilhaft, mehr Einspritzlöcher vorzusehen, als dies bei Dieselkraftstoff der Fall ist. Um jedoch weiterhin eine durchführbare Herstellung der Einspritzdüse gewährleisten zu können, hat sich eine Anzahl von Einspritzlöchern zwischen neun und zwölf als optimal herausgestellt.Preferably, the injection nozzle has nine to twelve injection holes, which are arranged symmetrically about the nozzle longitudinal axis. Diesel fuel injection nozzles normally have about seven to ten injection holes to properly atomize the diesel fuel in the combustion chamber and to produce an optimum mixture with air. In order to reduce the jet pulse of the injected OME fuel, it is advantageous to provide more injection holes than diesel fuel. However, in order to continue to ensure a feasible production of the injector, a number of injection holes between nine and twelve has been found to be optimal.

Vorteilhaft weist die Seitenwand der Mulde eine sich radial von der Kolbenlängsachse weg ersteckende, umlaufend um die Kolbenlängsachse angeordnete Ausnehmung auf, deren Tiefe in Erstreckungsrichtung maximal 1/4 des Abstandes der Kolbenlängsachse zu einem parallel zu der Kolbenlängsachse verlaufenden Bereich der Seitenwand beträgt.Advantageously, the side wall of the trough has a radially extending from the piston longitudinal axis ersteckende, circumferentially arranged around the piston longitudinal recess whose depth in the extension direction is a maximum of 1/4 of the distance of the piston longitudinal axis to a parallel to the piston longitudinal axis extending portion of the side wall.

Die Muldenlippe wird im Wesentlichen durch den parallel zu der Kolbenlängsachse verlaufenden Bereich der Seitenwand gebildet und ragt in Richtung auf die Kolbenlängsachse über die Mulde hinweg. Die Seitenwand weist die Ausnehmung auf, die eine unter der Muldenlippe angeordnete Hinterschneidung ausbildet, wobei normalerweise der Dieselkraftstoff gezielt in diese Ausnehmung hineingespritzt wird, um mit dem gewünschten Bewegungsimpuls für eine Rückströmung versetzt zu werden. Die Gefahr des Abbrennens der Muldenlippe durch das Einspritzen des OME-Kraftstoffes statt des Dieselkraftstoffes kann verringert werden, indem die Muldenlippe deutlich weniger stark ausgeprägt ausgebildet wird. Dadurch, dass eine weniger stark ausgeprägte Muldenlippe auch weniger stark abbrennt, wird auch der Muldenkolben weniger stark beschädigt. Eine solche weniger starke Ausprägung als normalerweise bei einer Diesel-Brennraumanordnung vorgesehen ist, kann erzielt werden, indem die Ausnehmung und somit die Hinterschneidung deutlich verringert ist. Daher ist vorgesehen, dass die Ausnehmung maximal 1/4 des Abstandes zwischen der parallelen Seitenwand, das heißt dem Ende der Muldenlippe, zu der Kolbenlängsachse entspricht.The trough lip is essentially formed by the region of the side wall running parallel to the piston longitudinal axis and protrudes in the direction of the piston longitudinal axis over the trough. The side wall has the recess which forms an undercut disposed under the trough lip, normally injecting the diesel fuel into this recess to be offset with the desired momentum for a return flow. The risk of burning the trough lip by injecting the OME fuel instead of the diesel fuel can be reduced by the trough lip is formed much less pronounced. The fact that a less pronounced trough lip also burns less strongly, the trough piston is also less damaged. Such a less pronounced expression than is normally provided in a diesel combustion chamber arrangement can be achieved by significantly reducing the recess and thus the undercut. Therefore, it is provided that the recess corresponds to a maximum of 1/4 of the distance between the parallel side wall, that is the end of the trough lip, to the piston longitudinal axis.

In einer alternativen Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, die Mulde vollständig ohne Muldenlippe vorzusehen, beispielsweise indem die Seitenwand von der Kolbenlängsachse weg geneigt ausgebildet ist. Es ist auch zusätzlich oder alternativ denkbar, dass die Seitenwand eine stetige Krümmung aufweist, die gleichgerichtet ist zu der Krümmung des U-förmigen Übergangsbereiches, aber kleiner als diese Krümmung des U-förmigen Übergangsbereiches. Auch hierdurch ist die Muldenlippe deutlich weniger stark ausgeprägt ausgebildet bzw. komplett weggelassen und kann im Betrieb nicht mehr abbrennen.In an alternative embodiment, however, it can also be provided to provide the trough completely without trough lip, for example by the side wall is formed inclined away from the piston longitudinal axis. It is also additionally or alternatively conceivable that the side wall has a continuous curvature, which is rectified to the curvature of the U-shaped transition region, but smaller than this curvature of the U-shaped transition region. This also makes the trough lip is much less pronounced formed or completely omitted and can not burn during operation.

Ein vorteilhaftes Einspritzverfahren zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine weist die folgenden Schritte auf:

  1. a) Vorsehen eines Muldenkolbens, der sich im Betrieb in dem Brennraum entlang einer Kolbenlängsachse translatorisch bewegt, und der an einer Kolbenstirnseite eine Mulde zur Aufnahme von in dem Brennraum einzuspritzendem OME-Kraftstoff aufweist, wobei die Mulde symmetrisch um die Kolbenlängsachse ausgebildet ist und einen zentral angeordneten Dom, der in Richtung von einem Muldenboden weg erstreckend umlaufend um die Kolbenlängsachse angeordnet ist, eine umlaufend um die Kolbenlängsachse angeordnete, sich weitgehend parallel zu der Kolbenlängsachse erstreckende Seitenwand zum Begrenzen der Mulde, und einen U-förmigen Übergangsbereich zwischen dem Dom und der Seitenwand aufweist;
  2. b) Anordnen einer zu der Kolbenstirnseite gerichteten, symmetrisch um eine Düsenlängsachse ausgebildeten Einspritzdüse in dem Brennraum derart, dass die Kolbenlängsachse und die Düsenlängsachse zusammenfallen;
  3. c) Einspritzen von OME-Kraftstoff aus der Einspritzdüse in die Mulde derart, dass der OME-Kraftstoff in dem Übergangsbereich näher an dem Dom als an der Seitenwand auftritt.
An advantageous injection method for injecting an OME fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises the following steps:
  1. a) Providing a Muldenkolbens, which translates in operation in the combustion chamber along a piston longitudinal axis, and having on a piston end a trough for receiving injected into the combustion chamber OME fuel, wherein the trough is formed symmetrically about the piston longitudinal axis and a central arranged dome, which is arranged in the direction of a trough bottom extending circumferentially around the piston longitudinal axis, a circumferentially disposed about the piston longitudinal axis, extending substantially parallel to the piston longitudinal axis side wall for defining the trough, and a U-shaped transition region between the dome and the side wall having;
  2. b) arranging an injection nozzle directed in the combustion chamber symmetrically about a longitudinal axis of the nozzle directed towards the piston end face such that the piston longitudinal axis and the nozzle longitudinal axis coincide;
  3. c) injecting OME fuel from the injector into the trough such that the OME fuel occurs closer to the dome in the transition region than to the sidewall.

Vorteilhaft wird der OME-Kraftstoff so eingespritzt, dass er auf dem Dom selbst auftritt.Advantageously, the OME fuel is injected so that it occurs on the cathedral itself.

Vorteilhaft wird eine oben beschriebene Brennraumanordnung verwendet, um OME-Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.Advantageously, a combustion chamber arrangement described above is used to inject OME fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Die Brennraumanordnung ist dabei zum Einspritzen des OME-Kraftstoffes derart optimiert, dass ein Muldenkolben im Betrieb nicht mehr auf unerwünschte Weise zerstört wird.The combustion chamber arrangement is optimized for injecting the OME fuel such that a hollow piston is no longer destroyed in an undesirable manner during operation.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

  • 1 eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik, wobei die Brennraumanordnung zum Einspritzen von Dieselkraftstoff ausgelegt ist;
  • 2 eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung zum Einspritzen eines OME-Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine;
  • 3 ein Diagramm, das ein Abbrennverhalten eines Dieselkraftstoffes im Vergleich zu einem Abbrennverhalten eines OME-Kraftstoffes schematisch darstellt;
  • 4 eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung mit einem Muldenkolben, der eine für die Einspritzung von Dieselkraftstoff optimierte Mulde gemäß dem Stand der Technik aufweist;
  • 5 eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung mit einem Muldenkolben, der eine Mulde mit einer für die Einspritzung von OME-Kraftstoff optimierten Geometrie gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist;
  • 6 eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung mit einem Muldenkolben, der eine Mulde mit einer für die Einspritzung von OME-Kraftstoff optimierten Geometrie gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweist; und
  • 7 eine Schnittdarstellung eines Brennraumes für eine Diesel-Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik.
Advantageous embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a sectional view of a combustion chamber arrangement for injecting fuel into a combustion chamber of a combustion engine of the prior art, wherein the combustion chamber arrangement is designed for injecting diesel fuel;
  • 2 a sectional view of a combustion chamber arrangement for injecting an OME fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine;
  • 3 a diagram schematically illustrating a burning behavior of a diesel fuel compared to a burning behavior of an OME fuel;
  • 4 a sectional view of a combustion chamber arrangement with a dump piston, which has an optimized for the injection of diesel fuel well according to the prior art;
  • 5 a sectional view of a combustion chamber arrangement with a well piston having a well with an optimized for the injection of OME fuel geometry according to a first embodiment;
  • 6 a sectional view of a combustion chamber arrangement with a well piston having a well with an optimized for the injection of OME fuel geometry according to a second embodiment; and
  • 7 a sectional view of a combustion chamber for a diesel internal combustion engine from the prior art.

1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Brennraumanordnung 12 in einem Brennraum 10 einer Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik, wobei die Brennraumanordnung 12 für die Einspritzung von Dieselkraftstoff 20a optimiert ist. Die optimierte Brennraumanordnung 12 für Dieselkraftstoff 20a weist eine Einspritzdüse 16 auf, mit der der Dieselkraftstoff 20a in den Brennraum 10 eingespritzt wird. Zusätzlich ist ein Muldenkolben 14 vorgesehen, der eine Mulde 22 mit einer für die Einspritzung des Dieselkraftstoffes 20a optimierten Geometrie aufweist. Dabei wird der Dieselkraftstoff 20a von der Einspritzdüse 16 gezielt in die Mulde 22 eingespritzt. 1 shows a sectional view of a combustion chamber arrangement 12 in a combustion chamber 10 an internal combustion engine of the prior art, wherein the combustion chamber arrangement 12 is optimized for the injection of diesel fuel 20a. The optimized combustion chamber arrangement 12 for diesel fuel 20a has an injection nozzle 16, with the diesel fuel 20a is injected into the combustion chamber 10. In addition, a dump piston 14 provided a hollow 22 with one for the injection of diesel fuel 20a has optimized geometry. This is the diesel fuel 20a from the injector 16 targeted in the hollow 22 injected.

Die Mulde 22 weist eine Geometrie auf, die dazu führt, dass der Dieselkraftstoff 20a in der Mulde 22 einen Bewegungsimpuls für eine Rückströmung erhält, so dass eine Verwirbelung 40 entsteht, damit der Dieselkraftstoff 20a sich gut mit der in dem Brennraum 10 angeordneten Luft 24 vermischen kann. Dies ist wichtig, um Emissionen, vor allem die Bildung von Rußpartikeln, klein zu halten. Durch die spezielle Geometrie der Mulde 22 wird demgemäß das Gemisch Luft 24-Dieselkraftstoff 20a optimiert. Die Mulde 22 ist im Schnitt so ausgebildet, dass sie zentral einen symmetrisch um eine Kolbenlängsachse 26a angeordneten Dom 28 ausbildet, der sich in Richtung von einem Muldenboden 42 weg erstreckt und umlaufend um die Kolbenlängsachse 26 angeordnet ist. Weiter umfasst die Mulde 22 eine Seitenwand 30, die die Mulde 22 begrenzt. Die Seitenwand 30 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Kolbenlängsachse 26, ist jedoch so ausgebildet, dass sie zwei Bereiche umfasst. Nämlich einerseits ist ein tatsächlich parallel zu der Kolbenlängsachse 26 verlaufender Bereich 44 vorgesehen, der direkt benachbart zu einem stirnseitigen Kolbenende 36 angeordnet ist. Weiter weist die Seitenwand 30 eine Ausnehmung 34 auf, die sich radial von der Kolbenlängsachse 26 weg erstreckt. Dadurch bildet sich in Draufsicht ein Hinterschnitt in der Mulde 22 und somit eine Muldenlippe 38 aus, die in Richtung auf die Kolbenlängsachse 26 über die Mulde 22 hinweg ragt.The hollow 22 has a geometry that causes the diesel fuel 20a in the trough 22 receives a motion impulse for a return flow, so that a turbulence 40 arises, so that the diesel fuel 20a Get along well with the one in the combustion chamber 10 arranged air 24 can mix. This is important to keep emissions, especially the formation of soot particles, small. Due to the special geometry of the trough 22 Accordingly, the mixture is optimized air 24 diesel fuel 20a. The hollow 22 is on average designed so that they are centrally symmetrical about a piston longitudinal axis 26a arranged cathedral 28 training, moving in the direction of a trough bottom 42 extends away and revolving around the piston longitudinal axis 26 is arranged. Next includes the trough 22 a side wall 30 that the hollow 22 limited. The side wall 30 extends substantially parallel to the piston longitudinal axis 26 but is designed to encompass two areas. Namely, on the one hand is actually parallel to the piston longitudinal axis 26 extending portion 44 is provided, which is directly adjacent to an end-side piston end 36 is arranged. Next, the side wall 30 has a recess 34 which extends radially away from the piston longitudinal axis 26. As a result, an undercut is formed in the trough in plan view 22 and thus a trough lip 38, which in the direction of the piston longitudinal axis 26 over the hollow 22 sticks out.

Die Einspritzdüse 16 ist symmetrisch um eine Düsenlängsachse 46 ausgebildet und so zu einer Kolbenstirnseite 18 gerichtet angeordnet, dass die Düsenlängsachse 46 und die Kolbenlängsachse 26 zusammenfallen. Dadurch sind Einspritzlöcher 48, die sich in der Einspritzdüse 16 befinden, ebenfalls symmetrisch nicht nur um die Düsenlängsachse 46, sondern auch symmetrisch um die Kolbenlängsachse 26 ausgebildet und spritzen daher symmetrisch in die Mulde 22 Dieselkraftstoff 20a ein.The injector 16 is symmetrical about a nozzle longitudinal axis 46 trained and so to a piston end face 18 directed arranged that the nozzle longitudinal axis 46 and the piston longitudinal axis 26 coincide. As a result, injection holes 48 that are in the injector 16 also symmetrical not just around the nozzle's longitudinal axis 46 , but also formed symmetrically about the piston longitudinal axis 26 and therefore inject symmetrically into the trough 22 Diesel fuel 20a one.

Zwischen dem Dom 28 und der Seitenwand 30 ist ein U-förmiger Übergangsbereich 32 angeordnet, um eine Krümmung 54 des Domes 28 in eine entgegengesetzt ausgerichtete Krümmung 54 der Seitenwand 30 im Bereich der Ausnehmung 34 zu überführen.Between the cathedral 28 and the side wall 30 a U-shaped transition region 32 is arranged to make a bend 54 of the cathedral 28 in an oppositely directed curvature 54 the side wall 30 in the region of the recess 34 to convict.

Die Einspritzlöcher 48 weisen jeweils eine Lochachse 50 auf, die im Wesentlichen der Strahlachse entspricht, auf der der Dieselkraftstoff 20a in der Mulde 22 auftrifft. Ein Winkel zwischen der jeweiligen Lochachse 50 und der Düsenlängsachse 46, die der Kolbenlängsachse 26 entspricht, wird dabei als Höhenwinkel β bezeichnet.The injection holes 48 each have a hole axis 50 substantially corresponding to the jet axis on which the diesel fuel 20a in the trough 22 incident. An angle between the respective hole axis 50 and the nozzle longitudinal axis 46 , which corresponds to the piston longitudinal axis 26, is referred to as elevation angle β.

In der in 1 aus dem Stand der Technik bekannten Brennraumanordnung 12 für Dieselkraftstoff 20a ist der Höhenwinkel β so ausgelegt, dass der Dieselkraftstoff 20a im Betrieb in die Ausnehmung 34 und somit auf die Seitenwand 30 auftrifft. Durch die spezielle geometrische Form der Mulde 22 wird der auftreffende Dieselkraftstoff 20a in der Ausnehmung 34 nach unten, über den U-förmigen Übergangsbereich 32 auf den Dom 28 gelenkt und von dort nach oben weggeschleudert, so dass die Verwirbelung 40 entsteht und sich der Dieselkraftstoff 20a gut mit der Luft 24, die sich im Bereich um den Dom 28 befindet, vermischen kann. In the in 1 known from the prior art combustion chamber assembly 12 for diesel fuel 20a is the elevation angle β designed so that the diesel fuel 20a in operation in the recess 34 and thus on the side wall 30 incident. Due to the special geometric shape of the trough 22 becomes the impinging diesel fuel 20a in the recess 34 down, over the U-shaped transition area 32 on the cathedral 28 steered and thrown upwards from there, so that the turbulence 40 arises and the diesel fuel 20a good with the air 24 in the area around the cathedral 28 is, can mix.

Dieses Gemisch entzündet sich dann bei der Bewegung des Muldenkolbens 14 von selbst, wobei die in dem Dieselkraftstoff 20a vorhandene chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird.This mixture then ignites spontaneously during the movement of the dump piston 14, which in the diesel fuel 20a existing chemical energy is converted into mechanical energy.

Bei der Einspritzung von OME-Kraftstoff 20b statt des Dieselkraftstoffes 20a mit einer Anordnung gemäß Fig. 1 hätte dies zur Folge, dass vor allem im Volllastbetrieb die Muldenlippe 38 abbrennt und somit der Muldenkolben 14 zerstört wird. Um eine Brennkraftmaschine mit einer üblichen Lebensdauer bereitzustellen ist dies ein unerwünschter Effekt.During the injection of OME fuel 20b instead of the diesel fuel 20a with an arrangement according to FIG. 1, this would mean that, especially in full-load operation, the trough lip 38 burns off and thus the dump piston 14 gets destroyed. To provide an internal combustion engine with a conventional life, this is an undesirable effect.

Das Abbrennen der Muldenlippe 38 resultiert im Wesentlichen dadurch, dass der OME-Kraftstoff 20b näher an der Muldenlippe 38 abbrennt als der Dieselkraftstoff 20a.The burning of the hollow lip 38 essentially results from the fact that the OME fuel 20b closer to the hollow lip 38 burns off as the diesel fuel 20a ,

Dies kommt zum Einen daher, dass der OME-Kraftstoff 20b einen anderen Zündverzug als Dieselkraftstoff 20a hat, und zum Anderen mit einem größeren Strahlimpuls in der Mulde 22 auftrifft. Durch die veränderten Parameter Zündverzug und Strahlimpuls verändert sich auch der Ort in der Mulde 22, wo der Kraftstoff abbrennt. Dieser Ort liegt bei OME-Kraftstoff 20b näher an der Muldenlippe 38 als bei Dieselkraftstoff 20a.This comes on the one hand, therefore, that the OME fuel 20b a different ignition delay than diesel fuel 20a has, and on the other hand with a larger beam pulse in the trough 22 incident. Due to the changed parameters ignition delay and beam pulse, the location in the trough also changes 22 where the fuel burns off. This place is near OME fuel 20b closer to the hollow lip 38 as with diesel fuel 20a ,

Der veränderte Strahlimpuls resultiert insbesondere daher, dass aufgrund des deutlich geringeren Heizwertes HU, OME des OME-Kraftstoffes 20b im Vergleich zum Heizwert HU, Diesel des Dieselkraftstoffes 20a in der gleichen Zeiteinheit Δt eine größere Kraftstoffmasse m eingespritzt werden muss, um eine gleiche Leistung wie bei dem Dieselkraftstoff 20a, d. h. eine gleiche vordefinierte zu erzeugende Wärme, freizusetzen. Daher wird die Einspritzdüse 16 mit einem größeren Durchfluss HD ausgebildet. Der größere Durchfluss HD resultiert jedoch in einer größeren Kraftstoffmasse m pro Zeiteinheit Δt, was einen größeren Strahlimpuls zur Folge hat.The modified jet pulse results, in particular, from the fact that, due to the significantly lower calorific value H U , OME of the OME fuel 20 b, a larger fuel mass m must be injected in the same time unit Δt than the calorific value H U , Diesel of the diesel fuel 20 a as with the diesel fuel 20a ie, a same predefined heat to be generated to release. Therefore, the injector becomes 16 formed with a larger flow HD. However, the larger flow HD results in a larger fuel mass m per unit time Δt, resulting in a larger jet pulse.

2 zeigt eine Schnittdarstellung einer bezüglich des Strahlimpulses optimierten Brennraumanordnung 12, mit der OME-Kraftstoff 20b in die Mulde 22 eingespritzt wird. 2 shows a sectional view of an optimized with respect to the jet pulse combustion chamber arrangement 12 , with the OME fuel 20b in the trough 22 is injected.

Bei Vergleich mit der Brennraumanordnung 12 in 1 ist zu sehen, dass ein Höhenwinkel β jeweils zwischen der Düsenlängsachse 46 und den Lochachsen 50 deutlich steiler ausgebildet ist bei der Einspritzung von OME-Kraftstoff 20b als bei der Einspritzung von Dieselkraftstoff 20a. Dadurch trifft der OME-Kraftstoff 20b in der Mulde 22 im U-förmigen Übergangsbereich 32 näher an dem Dom 28 als an der Seitenwand 30 auf. Die Einspritzlöcher 48 werden daher an der Einspritzdüse 16 so angeordnet, dass sich ein Höhenwinkel β ergibt, der kleiner ist als bei der Einspritzung von Dieselkraftstoff 20a.When compared with the combustion chamber arrangement 12 in 1 It can be seen that a height angle β in each case between the nozzle longitudinal axis 46 and the hole axes 50 significantly steeper is formed during the injection of OME fuel 20b as in the injection of diesel fuel 20a , This causes the OME fuel 20b to hit the trough 22 in the U-shaped transition area 32 closer to the cathedral 28 as on the sidewall 30 on. The injection holes 48 are therefore at the injection nozzle 16 arranged so that there is a height angle β, which is smaller than in the injection of diesel fuel 20a ,

Bei der Einspritzung von Dieselkraftstoff 20a muss wegen der Gemischbildung der Höhenwinkel β in einer Größenordnung von 75°,d. h. eigentlich in einem Bereich von 75° - 82° liegen. Der Höhenwinkel β kann bei der Einspritzung von Dieselkraftstoff 20a nicht kleiner sein, da sonst durch die nicht vollständige Gemischbildung von Dieselkraftstoff 20a und Luft 24 eine unerwünschte Rußbildung bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffes 20a auftritt.At the injection of diesel fuel 20a because of the mixture formation of the elevation angle β must be in the order of 75 °, ie actually in a range of 75 ° - 82 °. The elevation angle β may be at the injection of diesel fuel 20a not be smaller, otherwise by the incomplete mixture formation of diesel fuel 20a and air 24 an undesirable soot formation during the combustion of the diesel fuel 20a occurs.

Bei OME-Kraftstoff 20b stellt jedoch die Rußentwicklung bei der Verbrennung kein Problem dar, da Ruß kein Verbrennungsprodukt ist. Deshalb wird der Höhenwinkel β so ausgewählt, dass der OME-Kraftstoff 20b näher an der Kolbenlängsachse 26, beispielsweise auf dem Dom 28 selbst, auftrifft, wie dies in 2 zu sehen ist. Damit erfolgt die Verbrennung des OME-Kraftstoffes 20b weiter von der Muldenlippe 38 entfernt und die Muldenlippe 38 brennt im Betrieb nicht mehr ab.At OME fuel 20b However, the soot evolution in combustion poses no problem since soot is not a product of combustion. Therefore, the elevation angle β is selected so that the OME fuel 20b is closer to the piston longitudinal axis 26 for example on the cathedral 28 itself, hits, like this in 2 you can see. Thus, the combustion of the OME fuel 20b continues from the trough lip 38 away and the trough lip 38 does not burn down during operation.

Der Höhenwinkel β liegt dabei in einem Bereich zwischen 0° und 75°, vorteilhaft zwischen 30° und 70°, und insbesondere zwischen 45° und 65°. Dies sind Winkelbereiche, die für die Einspritzung eines Dieselkraftstoffes 20a undenkbar wären.The elevation angle β is in a range between 0 ° and 75 °, advantageously between 30 ° and 70 °, and in particular between 45 ° and 65 °. These are angular ranges necessary for the injection of a diesel fuel 20a would be unthinkable.

3 zeigt ein Diagramm, das das Abbrennverhalten von Dieselkraftstoff 20a im Vergleich zu dem Abbrennverhalten von OME-Kraftstoff 20b darstellt. Auf der x-Achse ist dabei der Kurbelwellenwinkel °crk dargestellt, der im Wesentlichen einen Zeitablauf repräsentiert. Die y-Achse stellt die durch die Verbrennung freigesetzte Energie in J/°crk dar. Das Abbrennen des Dieselkraftstoffes 20a ist mit einer schwarzen Kurve dargestellt, während das Abbrennen des OME-Kraftstoffes 20b mit einer grauen Kurve dargestellt ist. Es ist zu sehen, dass beide Kraftstoffe 20 zunächst bei etwa -10 °crk einen abrupten Verbrennungsstart aufweisen und die Verbrennung mit der größten freigesetzten Energiemenge hauptsächlich in einem Plateaubereich zwischen 0 °crk und 30 °crk stattfindet. Das jeweilige Ende der Verbrennung ist nicht abrupt wie beim Verbrennungsstart, sondern läuft über die Zeit langsam aus. Es ist zu erkennen, dass der Dieselkraftstoff 20a noch über einen längeren Zeitraum Energie bzw. Wärme freisetzt (Kurbelwellenwinkelbereich 45 °crk - 70 °crk), während dies bei OME-Kraftstoff 20b nicht mehr der Fall ist. Hier wird das Ende der Freisetzung von Wärme bereits bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 55 °crk erreicht. OME-Kraftstoff 20b brennt also zeitlich gesehen schneller ab als Dieselkraftstoff 20a bei einer zu verbrennenden Masse m, die zu einer gleichen Wärmefreisetzung führt. Dadurch, dass der Dieselkraftstoff 20a über einen längeren Zeitraum °crk verbrennt, weisen die Abgase, die aus dieser Verbrennung resultieren, eine höhere Temperatur auf, als die von OME-Kraftstoff 20b. Dadurch, dass der OME-Kraftstoff 20b eine geringere Temperaturentwicklung im Abgas aufweist als der Dieselkraftstoff 20a ist es möglich, die Masse m, die zu einer gleichen Wärmefreisetzung führt, über einen verlängerten Zeitraum Δt bzw. Δ° crk in den Brennraum 10 einzuspritzen und zu verbrennen. 3 FIG. 12 is a graph illustrating the burn-off behavior of diesel fuel 20a as compared to the burn-off behavior of OME fuel 20b. In this case, the crankshaft angle cr crk, which essentially represents a time sequence, is shown on the x-axis. The y-axis represents the energy released by the combustion in J / ° crk. The burning of the diesel fuel 20a is shown with a black curve while the burning of the OME fuel 20b is shown with a gray curve. It can be seen that both fuels 20 initially have an abrupt combustion start at about -10 ° crk and the combustion with the largest amount of energy released takes place mainly in a plateau range between 0 ° crk and 30 ° crk. The respective end of the combustion is not abrupt as at the start of combustion, but runs slowly over time. It can be seen that the diesel fuel 20a still releases energy or heat over a longer period of time (crankshaft angle range 45 ° crk - 70 ° crk), while at OME fuel 20b no longer the case. Here, the end of the release of heat is already reached at a crankshaft angle of about 55 ° crk. OME fuel 20b burns in time seen faster than diesel fuel 20a at a mass m to be burned, which leads to an equal heat release. As the diesel fuel 20a burns over a longer period of time, the exhaust gases resulting from this combustion have a higher temperature than that of OME fuel 20b , By doing that, the OME fuel 20b a lower temperature development in the exhaust gas than the diesel fuel 20a it is possible, the mass m, which leads to an equal heat release, over a prolonged period .DELTA.t or .DELTA. ° crk in the combustion chamber 10 to inject and burn.

Wenn lediglich das Verhältnis der Heizwerte HU der beiden Kraftstoffe 20 betrachtet würde, müsste die Einspritzdüse 16 entsprechend dieses Verhältnisses in ihrem Durchfluss HD vergrößert werden, um eine gleiche Leistung/Wärmefreisetzung zu erreichen.If only the ratio of the heating values H U of the two fuels 20 were considered, the injection nozzle would have to 16 be increased according to this ratio in their flow HD to achieve an equal power / heat release.

Der Durchfluss HD der Einspritzdüse 16 für den OME-Kraftstoff 20b müsste um einen Vergrößerungsfaktor V vergrößert werden im Verhältnis zu dem Durchfluss HD einer Einspritzdüse 16 für den Dieselkraftstoff 20a, um somit durch die Verbrennung einer vergrößerten Masse m die gleiche Leistung erzielen zu können. Es würde dabei die Beziehung gelten: V = ( H u ,Diesel / H u ,OME ) * K ,

Figure DE102017206021B3_0002
The flow HD of the injector 16 for the OME fuel 20b would have to be increased by a magnification factor V in relation to the flow HD of an injection nozzle 16 for the diesel fuel 20a, so as to be able to achieve the same performance by the combustion of an increased mass m. It would apply the relationship: V = ( H u ,Diesel / H u , OME ) * K .
Figure DE102017206021B3_0002

Es hat sich nun jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass OME-Kraftstoff 20b eine geringere Temperaturentwicklung im Abgas bei seiner Verbrennung aufweist und daher über einen verlängerten Zeitraum in den Brennraum 10 eingespritzt werden kann. Daher steht zum Einspritzen der um den Vergrößerungsfaktor V vergrößerten Masse m ein größerer Zeitraum zur Verfügung, in dem diese Masse m in den Brennraum 10 eingebracht werden kann. Daher muss die Einspritzdüse 16 nicht mehr einen Durchfluss HD aufweisen, der entsprechend dem Vergrößerungsfaktor V lediglich in Abhängigkeit der beiden Heizwerte HU betrachtet wird, sondern der Vergrößerungsfaktor V kann um einen Faktor K, der der geringeren Temperatur im Abgas entspricht, verkleinert werden.However, it has now surprisingly been found that OME fuel 20b has a lower temperature development in the exhaust gas during its combustion and therefore over a prolonged period in the combustion chamber 10 can be injected. Therefore, for injecting the mass m increased by the magnification factor V, a larger period of time is available in which this mass m enters the combustion chamber 10 can be introduced. Therefore, the injector needs 16 no longer have a flow HD, which is considered according to the magnification factor V only as a function of the two heating values H U , but the magnification factor V can be reduced by a factor K, which corresponds to the lower temperature in the exhaust gas.

Es gilt daher bei der Vergrößerung des Durchflusses HD der Einspritzdüse 16 für den OME-Kraftstoff 20b im Vergleich zu dem Durchfluss HD der Einspritzdüse 16 für den Dieselkraftstoff 20a: V = ( H u ,Diesel / H u ,OME ) * K ,

Figure DE102017206021B3_0003
It therefore applies when increasing the flow HD of the injector 16 for the OME fuel 20b compared to the flow HD of the injector 16 for the diesel fuel 20a : V = ( H u ,Diesel / H u , OME ) * K .
Figure DE102017206021B3_0003

Aus Messungen hat sich ergeben, dass K vorteilhaft zwischen 0, 6 und 0,85, und insbesondere zwischen 0,7 und 0,8 liegt.From measurements it has been found that K is advantageously between 0, 6 and 0.85, and in particular between 0.7 and 0.8.

Dies hat den Vorteil, dass die gleiche Masse m durch die verlängerte Zeitdauer, die sie eingespritzt wird, mit einem geringeren Strahlimpuls in der Mulde 22 auftrifft, und daher näher am Dom 28 als an der Seitenwand 30 abbrennt.This has the advantage that the same mass m due to the extended time it is injected, with a smaller jet pulse in the trough 22 hits, and therefore closer to the cathedral 28 as on the sidewall 30 burns.

Unterscheidet sich der Heizwert HU, OME des OME-Kraftstoffes 20b daher beispielsweise von dem Heizwert HU, Diesel des Dieselkraftstoffes 20a um einen Vergrößerungsfaktor V = 2, muss der Durchfluss HD der Einspritzdüse 16 nicht, wie erwartet, etwa verdoppelt werden, sondern kann mit einem Vergrößerungsfaktor V von lediglich 1,4 bis 1,7 multipliziert werden.The calorific value H U , OME of the OME fuel is different 20b Therefore, for example, the heating value H U , diesel of the diesel fuel 20a by a magnification factor V = 2, the flow HD of the injector 16 not be doubled as expected, but can be multiplied by a magnification factor V of only 1.4 to 1.7.

Der Unterschied des Heizwertes HU um einen Vergrößerungsfaktor V = 2 ist dabei nur beispielhaft genannt, da dieser Vergrößerungsfaktor V von den Eigenschaften des jeweiligen OME-Kraftstoffes 20b abhängt, der für verschiedene OME-Kraftstoffe 20b unterschiedlich sein kann.The difference of the calorific value H U by a magnification factor V = 2 is mentioned here only as an example, since this magnification factor V depends on the properties of the respective OME fuel 20b, which may be different for different OME fuels 20b.

Um weiter den Strahlimpuls zu verringern, weist die Einspritzdüse 16 neun bis zwölf Einspritzlöcher 48 auf, über die die Kraftstoffmasse m des OME-Kraftstoffes 20b verteilt eingespritzt wird. Einspritzdüsen 16 für Dieselkraftstoff 20a haben im Vergleich dazu in der Regel eine Anzahl von Einspritzlöchern in einem Bereich zwischen sieben und zehn Einspritzlöchern 48. Die Einspritzlöcher 48 sind dabei symmetrisch um die Düsenlängsachse 46 angeordnet.To further reduce the jet pulse, the injector points 16 nine to twelve injection holes 48 on, about the fuel mass m of the OME fuel 20b injected in a distributed manner. injectors 16 for diesel fuel 20a In comparison, they typically have a number of injection holes in a range between seven and ten injection holes 48 , The injection holes 48 are symmetrical about the nozzle longitudinal axis 46 arranged.

Um das Abbrennen der Muldenlippe 38 zu vermeiden, kann die Brennraumanordnung 12 wie oben beschrieben durch Anpassung der Geometrie der Einspritzdüse 16 optimiert werden.To the burning of the hollow lip 38 to avoid the combustion chamber assembly 12 as described above by adjusting the geometry of the injector 16 be optimized.

Es gibt jedoch auch die Möglichkeit, stattdessen die Geometrie der Mulde 22 selbst anzupassen, um ein solches Abbrennen der Muldenlippe 38 verhindern.However, there is also the option of using the geometry of the trough instead 22 adapt itself to prevent such burning of the trough lip 38.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung wäre eine Anpassung sowohl der Geometrie der Einspritzdüse 16 wie oben beschrieben als auch eine Anpassung der Geometrie der Mulde 22, die nachfolgend beschrieben wird.A particularly advantageous embodiment would be an adaptation of both the geometry of the injection nozzle 16 as described above as well as an adaptation of the geometry of the trough 22 which is described below.

Insbesondere ist die Geometrie der Mulde 22 vorteilhaft so ausgelegt, dass die Geometrie der Muldenlippe 38 an die Eigenschaften des neuen OME-Kraftstoffes 20b angepasst ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Muldenlippe 38 weniger stark ausgeprägt oder sogar ganz weggelassen wird, da, wie bereits oben erläutert, eine Auslegung der Muldengeometrie nach Gemischbildungskriterien für den Einsatz von OME-Kraftstoff 20b im Gegensatz zu dem Einsatz von Dieselkraftstoff 20a nicht notwendig ist.In particular, the geometry of the trough 22 Advantageously designed so that the geometry of the trough lip 38 to the properties of the new OME fuel 20b is adjusted. It is advantageous if the trough lip 38 is less pronounced or even omitted, since, as already explained above, an interpretation of the well geometry for mixture formation criteria for the use of OME fuel 20b unlike the use of diesel fuel 20a is not necessary.

Ist die Muldenlippe 38 nicht mehr oder nur sehr wenig ausgeprägt vorhanden, kann sie auch nicht mehr abbrennen.Is the trough lip 38 no more or only very little pronounced, it can not burn anymore.

4 zeigt eine Schnittdarstellung einer für Dieselkraftstoff 20a üblichen Geometrie einer Mulde 22 in dem Muldenkolben 14. Es ist zu sehen, dass die Muldenlippe 38 sehr stark ausgeprägt ist und dazu der Hinterschnitt bzw. die Ausnehmung 34 eine große Tiefe T in ihre Erstreckungsrichtung 52, das heißt radial zu der Kolbenlängsachse 26, aufweist und somit eher groß ausgeprägt ist. Im Vergleich zu einem Abstand a zwischen dem parallel verlaufenden Bereich 44 der Seitenwand 30 und der Kolbenlängsachse 26 weist die Ausnehmung 34 bei der in 4 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Mulde 22 eine Tiefe T auf, die etwa 1/3 dieses Abstandes a beträgt. 4 shows a sectional view of a diesel fuel 20a usual geometry of a trough 22 in the hollow piston 14 , It can be seen that the trough lip 38 is very strong and to the undercut or the recess 34 a large depth T in its direction of extent 52 , that is radially to the piston longitudinal axis 26, and thus is rather pronounced. Compared to a distance a between the parallel region 44 the side wall 30 and the piston longitudinal axis 26 has the recess 34 at the in 4 shown, known from the prior art well 22 a depth T, which is about 1/3 of this distance a.

5 zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer in ihrer Geometrie an die Einspritzung des OME-Kraftstoffes 20b angepassten Mulde 22. Es ist zu erkennen, dass hier die Tiefe T der Ausnehmung 34 maximal 1/4 des Abstands a zwischen dem parallel verlaufenden Bereich 44 der Seitenwand 30 und der Kolbenlängsachse 26 beträgt. Je kleiner diese Tiefe T gewählt ist, desto weniger stark ist die Muldenlippe 38 ausgeprägt und kann daher im Betrieb weniger schnell abbrennen. 5 shows a sectional view of a first embodiment of a matched in geometry to the injection of the OME fuel 20b well 22 , It can be seen that here the depth T of the recess 34 maximum 1/4 of the distance a between the parallel region 44 the side wall 30 and the piston longitudinal axis 26 is. The smaller this depth T is chosen, the less strong is the trough lip 38 pronounced and therefore can burn off less quickly during operation.

6 zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer bezüglich der Einspritzung von OME-Kraftstoff 20b optimierten Muldengeometrie der Mulde 22 in dem Muldenkolben 14. Hier ist zu sehen, dass die Muldenlippe 38 überhaupt nicht mehr vorhanden ist. Dazu verläuft die Seitenwand 30 in einem Schnitt parallel zu der Kolbenlängsachse 26 im Wesentlichen geradlinig zumindest in einem benachbart zu dem stirnseitigen Kolbenende 36 angeordneten Bereich der Seitenwand 30. Die Ausnehmung 34 und somit die Hinterschneidung fehlt in dieser zweiten Ausführungsform komplett. Ist keine Muldenlippe 38 mehr vorhanden, kann auch keine Muldenlippe 38 mehr abbrennen. 6 shows a sectional view of a second embodiment of an injection of OME fuel 20b optimized trough geometry of the trough 22 in the hollow piston 14 , Here you can see that the hollow lip 38 no longer exists at all. For this the sidewall runs 30 in a section parallel to the piston longitudinal axis 26 in a substantially rectilinear manner at least in a region of the side wall arranged adjacent to the end-side piston end 36 30 , The recess 34 and thus the undercut is completely missing in this second embodiment. Is not a hollow lip 38 more available, can also no trough lip 38 burn more.

6 zeigt dabei eine Ausführungsform, bei der die Seitenwand 30 im Wesentlichen von der Kolbenlängsachse 26 weg geneigt ausgebildet ist. Es ist jedoch auch alternativ denkbar, dass die Seitenwand 30 benachbart zu dem stirnseitigen Kolbenende 36 parallel zu der Kolbenlängsachse 26 verläuft. 6 shows an embodiment in which the side wall 30 essentially from the piston longitudinal axis 26 is inclined away. However, it is also alternatively conceivable that the side wall 30 adjacent to the end-side piston end 36 parallel to the piston longitudinal axis 26 runs.

Um einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf der Seitenwand 30 im Bereich des stirnseitigen Kolbenendes 36 zu erreichen, weist die Seitenwand 30 vorteilhaft eine Krümmung 54 auf, die sich ausgehend von dem Muldenboden 42 bis zu dem stirnseitigen Kolbenende 36 hin stetig verkleinert und insbesondere von Anfang an kleiner ist als eine Krümmung 54 des U-förmigen Übergangsbereiches 33.To a substantially straight course of the side wall 30 in the region of the end-side piston end 36 to reach, indicates the side wall 30 advantageously a curvature 54 on, starting from the trough bottom 42 up to the end-side piston end 36 towards continuously reduced and in particular from the beginning is smaller than a curvature 54 of the U-shaped transition region 33.

Claims (7)

Brennraumanordnung (12) zum Ausbilden eines Brennraumes (10) für eine Brennkraftmaschine zum Verbrennen eines in den Brennraum (10) eingespritzten OME-Kraftstoffes (20b), aufweisend: - einen Muldenkolben (14), der sich im Betrieb in dem Brennraum (10) entlang einer Kolbenlängsachse (26) translatorisch bewegt, und der an einer Kolbenstirnseite (18) eine Mulde (22) zur Aufnahme des in den Brennraum (10) eingespritzten OME-Kraftstoffes (20b) aufweist, wobei die Mulde (22) symmetrisch um die Kolbenlängsachse (26) ausgebildet ist und einen zentral angeordneten Dom (28), der in Richtung von einem Muldenboden (42) weg erstreckend umlaufend um die Kolbenlängsachse (26) angeordnet ist, eine umlaufend um die Kolbenlängsachse (26) angeordnete, sich weitgehend parallel zu der Kolbenlängsachse (26) erstreckende Seitenwand (30) zum Begrenzen der Mulde (22), und einen U-förmigen Übergangsbereich (32) zwischen dem Dom (28) und der Seitenwand (30) aufweist; und - eine Einspritzdüse (16) zum Einspritzen des OME-Kraftstoffes (20b) in den Brennraum (10), wobei die Einspritzdüse (16) symmetrisch um eine Düsenlängsachse (46) ausgebildet ist, wobei die Einspritzdüse (16) derart zu der Kolbenstirnseite (18) gerichtet angeordnet ist, dass die Kolbenlängsachse (26) und die Düsenlängsachse (46) zusammenfallen, wobei die Einspritzdüse (16) eine Mehrzahl von Einspritzlöchern (48) mit jeweils einer Lochachse (50) zum Einspritzen des OME-Kraftstoffes (20b) aufweist; wobei ein Höhenwinkel β zwischen jeder der Lochachsen (50) und der Düsenlängsachse (46) so ausgebildet ist, dass der eingespritzte OME-Kraftstoff (20b) im Betrieb in dem Übergangsbereich (32) näher an dem Dom (28) als an der Seitenwand (30) auftrifft, wobei die Einspritzdüse (16) einen Durchfluss HDOME aufweist, der einem um einen Vergrößerungsfaktor (V) vergrößerten Durchfluss HDDiesel einer Einspritzdüse (16) für einen Dieselkraftstoff (20a) entspricht, wobei der Vergrößerungsfaktor (V) abhängig ist von einem Verhältnis des Heizwertes Hu, Diesel von Dieselkrafstoff (20a) zu einem Heizwert Hu, OME von OME-Kraftstoff (20b) eines im Betrieb einzuspritzenden OME-Kraftstoffes (20b), wobei gilt: V = ( H u ,Diesel / H u ,OME ) * K ,
Figure DE102017206021B3_0004
wobei 0,6 < K < 0,85, insbesondere 0,7 < K < 0,8.
A combustion chamber arrangement (12) for forming a combustion chamber (10) for an internal combustion engine for burning an OME fuel (20b) injected into the combustion chamber (10), comprising: - a well piston (14) which, in operation, is located in the combustion chamber (10). along a piston longitudinal axis (26) moves translationally, and at a piston end face (18) has a trough (22) for receiving the in the combustion chamber (10) injected OME fuel (20b), wherein the trough (22) symmetrically about the piston longitudinal axis (26) is formed and a centrally disposed dome (28) extending in the direction of a trough bottom (42) extending circumferentially around the piston longitudinal axis (26), a circumferentially about the piston longitudinal axis (26) arranged, substantially parallel to the Piston longitudinal axis (26) extending side wall (30) for limiting the trough (22), and a U-shaped transition region (32) between the dome (28) and the side wall (30); and - an injection nozzle (16) for injecting the OME fuel (20b) into the combustion chamber (10), wherein the injection nozzle (16) is formed symmetrically about a nozzle longitudinal axis (46), the injection nozzle (16) in such a way to the piston end side (16). 18), that the piston longitudinal axis (26) and the nozzle longitudinal axis (46) coincide, the injection nozzle (16) having a plurality of injection holes (48) each having a hole axis (50) for injecting the OME fuel (20b) ; wherein an elevation angle β is formed between each of the hole axes (50) and the nozzle longitudinal axis (46) such that the injected OME fuel (20b) is in operation in the transition region (32) closer to the mandrel (28) than to the sidewall (32). 30), the injection nozzle (16) having a flow rate HD OME corresponding to an enlarged by a magnification factor (V) flow HD diesel injection nozzle (16) for a diesel fuel (20a), wherein the magnification factor (V) is dependent on a ratio of the calorific value H u, diesel of diesel fuel (20a) to a calorific value H u, OME of OME fuel (20b) of an OME fuel (20b) to be injected during operation, where: V = ( H u ,Diesel / H u , OME ) * K .
Figure DE102017206021B3_0004
where 0.6 <K <0.85, in particular 0.7 <K <0.8.
Brennraumanordnung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenwinkel β so ausgebildet ist, dass der eingespritzte OME-Kraftstoff (20b) im Betrieb auf dem Dom (28) auftrifft.Combustion chamber arrangement (12) according to Claim 1 , characterized in that the elevation angle β is formed so that the injected OME fuel (20b) impinges on the dome (28) during operation. Brennraumanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenwinkel β in einem Bereich von 0° < β < 75 °, insbesondere 30° < β < 70°, mehr insbesondere 45° < β < 65°, liegt. Combustion chamber arrangement (12) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the elevation angle β is in a range of 0 ° <β <75 °, in particular 30 ° <β <70 °, more particularly 45 ° <β <65 °. Brennraumanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (16) neun bis zwölf Einspritzlöcher (48) aufweist, die symmetrisch um die Düsenlängsachse (46) angeordnet sind.Combustion chamber arrangement (12) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the injection nozzle (16) has nine to twelve injection holes (48) which are arranged symmetrically about the nozzle longitudinal axis (46). Brennraumanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (30) der Mulde (22) eine sich radial von der Kolbenlängsachse (26) weg erstreckende, umlaufend um die Kolbenlängsachse (26) angeordnete Ausnehmung (34) aufweist, deren Tiefe (T) in Erstreckungsrichtung (52) maximal 1/4 des Abstandes (a) der Kolbenlängsachse (26) zu einem parallel zu der Kolbenlängsachse (26) verlaufenden Bereich (44) der Seitenwand (30) beträgt.Combustion chamber arrangement (12) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the side wall (30) of the trough (22) has a radially extending from the piston longitudinal axis (26) away, circumferentially around the piston longitudinal axis (26) arranged recess (34) whose depth (T) in the extension direction (52 ) is at most 1/4 of the distance (a) of the piston longitudinal axis (26) to a parallel to the piston longitudinal axis (26) extending portion (44) of the side wall (30). Brennraumanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (30) der Mulde (22) von der Kolbenlängsachse (26) weg geneigt ausgebildet ist und/oder eine stetige Krümmung (54) aufweist, die gleichgerichtet ist zu aber kleiner ist als eine Krümmung (54) des U-förmigen Übergangsbereichs (32).Combustion chamber arrangement (12) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the side wall (30) of the trough (22) is inclined away from the piston longitudinal axis (26) and / or has a continuous curvature (54) which is rectified but smaller than a curvature (54) of the U-shaped transition area (32). Verwendung einer Brennraumanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Einspritzen von OME-Kraftstoff (20b) in einen Brennraum (10) einer Brennkraftmaschine.Use of a combustion chamber arrangement (12) according to one of Claims 1 to 6 for injecting OME fuel (20b) into a combustion chamber (10) of an internal combustion engine.
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