DE102018005113A1

DE102018005113A1 - Trough pistons for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102018005113A1
Application number: DE102018005113.8A
Authority: DE
Inventors: Helmut Gildein
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Muldenkolben (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Kolbenboden (20), welcher einen Randbereich (30) und eine in Radialerstreckungsrichtung (R) des Muldenkolbens an den Randbereich angrenzende und von dem Randbereich bereichsweise umgrenzte Kolbenmulde (40) umfasst. Die Kolbenmulde weist eine Kolbenmuldenoberfläche (50) mit einem, sich in Radialerstreckungsrichtung und in Axialerstreckungsrichtung (A) des Muldenkolbens von dem Randbereich weg erstreckenden Oberflächenbereich (60) auf, der zum Umlenken eines ersten Kraftstoffstromanteils (102) eines in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens nach außen und in die Kolbenmulde eingespritzten Kraftstoffstroms (100) in Richtung einer Längsmittelachse (M) des Muldenkolbens ausgebildet ist. Die Kolbenmuldenoberfläche weist einen, an einem Übergangsbereich (70) des Muldenkolbens an den Oberflächenbereich angrenzenden Muldenkegeloberflächenbereich (80) auf. Der Übergangsbereich umfasst eine Strömungsablösungskontur (72), welche dazu ausgebildet ist, eine wenigstens bereichsweise Strömungsablösung (74) zumindest des ersten Kraftstoffstromanteils von der Kolbenmuldenoberfläche zu bewirken.The invention relates to a recessed piston (10) for an internal combustion engine, with a piston crown (20) which comprises an edge region (30) and a piston recess (40) which borders the edge region in the radial direction (R) of the recessed piston and which is partially delimited by the edge region. The piston bowl has a piston bowl surface (50) with a surface area (60), which extends in the radial extension direction and in the axial extension direction (A) of the bowl piston away from the edge region and which is used to deflect a first fuel flow component (102) outwards and in the radial extension direction of the bowl piston fuel flow (100) injected into the piston bowl in the direction of a longitudinal central axis (M) of the bowl piston. The piston bowl surface has a bowl cone surface area (80) which adjoins the surface area at a transition region (70) of the bowl piston. The transition region comprises a flow separation contour (72), which is designed to bring about an at least partial flow separation (74) of at least the first fuel flow component from the piston bowl surface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Muldenkolben für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a trough piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Derartige Muldenkolben werden bei Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise bei Dieselmotoren, eingesetzt, um beispielsweise bei sogenannten wandverteilenden Einspritzverfahren über einen Injektor in eine Brennkammer eingespritzten Kraftstoff an einer Kolbenmuldenoberfläche einer Kolbenmulde des Muldenkolbens entlangzuführen. Da die Kolbenmuldenoberfläche beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine heiß wird, kommt es zu einer Verdampfung des Kraftstoffs an der Kolbenmuldenoberfläche, wodurch eine Durchmischung des Kraftstoffs mit Luft begünstigt und infolge dessen eine tendenziell rußärmere Verbrennung ermöglicht wird.Such bowl pistons are used in internal combustion engines, for example in diesel engines, in order to guide fuel injected into a combustion chamber via a injector, for example in so-called wall-distributing injection processes, along a piston bowl surface of a piston bowl of the bowl piston. Since the piston bowl surface becomes hot during operation of the internal combustion engine, the fuel evaporates at the piston bowl surface, which promotes mixing of the fuel with air and, as a result, enables a combustion that tends to be less soot.

Aus der DE 10 2011 017 479 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, der einen Brennraum umschließt und in dem ein Kolbenhub verstellbar angeordnet ist, bekannt. Der Kolben weist an einer dem Brennraum zugewandten Seite eine Kolbenmulde auf, die eine Muldenkontur besitzt, welche eine Ablenkgeometrie aufweist. Mittels der Ablenkgeometrie können anhand eines Injektors eingespritzte Einspritzstrahlen in Richtung anderer, durch den Injektor eingespritzter Einspritzstrahlen abgelenkt werden. Hierdurch kann eine homogene Ausbreitung von Kraftstoff und eine Verbrennungsreaktion im Brennraum unterstützt werden.From the DE 10 2011 017 479 A1 is known an internal combustion engine with a cylinder which encloses a combustion chamber and in which a piston stroke is adjustably arranged. On a side facing the combustion chamber, the piston has a piston bowl which has a bowl contour which has a deflection geometry. By means of the deflection geometry, injection jets injected using an injector can be deflected in the direction of other injection jets injected by the injector. This can support a homogeneous spread of fuel and a combustion reaction in the combustion chamber.

Die DE 10 2006 020 642 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei welcher Strahlachsen jeweiliger, von einem Injektor erzeugter Einspritzstrahlen zumindest in einem Teil eines Zeitraums einer Einspritzung auf einen Stufenraum eines Kolbens gerichtet sind. Die Einspritzstrahlen werden derart zum Stufenraum hingeführt und dort umgelenkt, dass eine erste Teilmenge von Kraftstoff in einer Axialrichtung und einer Radialrichtung in eine Kolbenmulde des Kolbens umgelenkt wird. Eine zweite Teilmenge von Kraftstoff wird in der Axialrichtung und der Radialrichtung über einen Kolbenboden in einen Brennraum umgelenkt, während eine dritte Teilmenge von Kraftstoff in eine Umfangsrichtung umgelenkt wird, wobei jeweilige dritte Teilmengen benachbarter Einspritzstrahlen in der Umfangsrichtung aufeinandertreffen und anschließend in der Radialrichtung nach innen umgelenkt werden.The DE 10 2006 020 642 A1 describes a method for operating a direct-injection, self-igniting internal combustion engine, in which jet axes of respective injection jets generated by an injector are directed at a step space of a piston at least in part of a period of an injection. The injection jets are guided to the step space and deflected there in such a way that a first subset of fuel is deflected in an axial direction and a radial direction into a piston recess of the piston. A second subset of fuel is deflected in the axial direction and the radial direction via a piston crown into a combustion chamber, while a third subset of fuel is deflected in a circumferential direction, with respective third subsets of adjacent injection jets colliding in the circumferential direction and then deflected inward in the radial direction become.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Muldenkolben der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welchen eine verbesserte Durchmischung von Kraftstoff und Luft in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erzielt werden kann.The object of the present invention is to provide a recessed piston of the type mentioned at the outset, by means of which an improved mixing of fuel and air in a combustion chamber of an internal combustion engine can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch einen Muldenkolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a trough piston with the features of claim 1. Advantageous refinements with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Die Erfindung geht von einem Muldenkolben für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Kolbenboden, welcher einen Randbereich und eine in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens an dem Randbereich angrenzende und von dem Randbereich bereichsweise umgrenzte Kolbenmulde umfasst, aus. Die Kolbenmulde weist eine Kolbenmuldenoberfläche mit einem, sich in Radialerstreckungsrichtung und in Axialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens von dem Randbereich wegerstreckenden Oberflächenbereich auf. Der Oberflächenbereich ist zum Umlenken wenigstens eines ersten Kraftstoffstromanteils eines in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens nach außen und in die Kolbenmulde eingespritzten Kraftstoffstroms in Richtung einer Längsmittelachse des Muldenkolbens ausgebildet.The invention is based on a recessed piston for an internal combustion engine, with a piston crown which comprises an edge region and a piston recess adjoining the edge region in the radial direction of extent and delimited regionally by the edge region. The piston recess has a piston recess surface with a surface region that extends away from the edge region in the radial extension direction and in the axial extension direction of the recess piston. The surface area is designed to deflect at least a first fuel flow component of a fuel flow injected outward in the radial extension direction of the bowl piston and into the piston bowl in the direction of a longitudinal central axis of the bowl piston.

Unter dem Ausdruck „umgrenzt“ kann im Rahmen der Offenbarung der Erfindung auch „umgebend“ verstanden werden. Mit anderen Worten umgibt der Randbereich die Kolbenmulde zumindest bereichsweise. Der Randbereich kann in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens einerseits unmittelbar an einen Feuersteg des Muldenkolbens und andererseits unmittelbar an die Kolbenmulde angrenzen. Von dem Ausdruck, dass der Kraftstoffstrom in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens eingespritzt wird, ist im Rahmen der Offenbarung der Erfindung zu verstehen, dass der Kraftstoffstrom zumindest im Wesentlichen, also zumindest überwiegend, in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens eingespritzt wird. Die Einspritzung des Kraftstoffstroms kann dabei sowohl in Radialerstreckungsrichtung als auch in Axialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens erfolgen, wobei jedoch eine Strahlmittelachse des eingespritzten Kraftstoffstroms einen kleineren Winkel mit der Radialerstreckungsrichtung einschließen kann, als mit der Axialerstreckungsrichtung. Um wenigstens den ersten Kraftstoffstromanteil des in Radialerstreckungsrichtung nach außen und in die Kolbenmulde eingespritzten Kraftstoffstroms in Richtung der Längsmittelachse des Muldenkolbens umzulenken, kann sich der Oberflächenbereich bereichsweise von der Längsmittelachse in Radialerstreckungsrichtung weg erstrecken. Hierzu kann der Oberflächenbereich eine Wölbung aufweisen, welche sich zumindest bereichsweise von der Längsmittelachse in Radialerstreckungsrichtung weg erstrecken kann. Mit anderen Worten kann der Oberflächenbereich zumindest bereichsweise in Radialerstreckungsrichtung des Muldenkolbens von der Längsmittelachse weg gewölbt sein. Die Längsmittelachse des Muldenkolbens kann allgemein auch als Kolbenmittelachse bezeichnet werden.In the context of the disclosure of the invention, the term “bounded” can also be understood to mean “surrounding”. In other words, the edge area at least partially surrounds the piston bowl. In the radial direction of extension of the bowl piston, the edge region can on the one hand directly adjoin a top land of the bowl piston and on the other hand directly on the piston bowl. From the expression that the fuel flow is injected in the radial extension direction of the bowl piston, it is to be understood within the scope of the disclosure of the invention that the fuel flow is injected at least essentially, that is to say at least predominantly, in the radial extension direction of the bowl piston. The fuel flow can be injected both in the radial extension direction and in the axial extension direction of the trough piston, but a blasting center axis of the injected fuel flow can include a smaller angle with the radial extension direction than with the axial extension direction. In order to deflect at least the first fuel flow component of the fuel flow injected outward in the radial extension direction and into the piston recess in the direction of the longitudinal central axis of the recess piston, the surface area can extend away from the longitudinal central axis in regions in the radial extension direction. For this purpose, the surface area can have a curvature, which can extend at least in regions away from the longitudinal central axis in the radial direction of extension. In other words, the surface area can be arched away from the longitudinal central axis at least in regions in the radial extension direction of the trough piston. The longitudinal central axis of the trough piston can generally also be referred to as the piston central axis.

Um einen Muldenkolben zu schaffen, durch welchen eine verbesserte Durchmischung von Kraftstoff und Luft in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kolbenmuldenoberfläche einen an einem Übergangsbereich des Muldenkolbens an den Oberflächenbereich angrenzenden Muldenkegeloberflächenbereich aufweist, und der Übergangsbereich eine Strömungsablösungskontur umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine wenigstens bereichsweise Strömungsablösung zumindest des ersten Kraftstoffstromanteils von der Kolbenmuldenoberfläche zu bewirken. Dies ist von Vorteil, da durch die Strömungsablösungskontur somit eine gezielte Verwirbelung von Kraftstoff beziehungsweise des ersten Kraftstoffstromanteils bewirkt und dadurch eine besonders gleichmäßige, homogene Vermischung zumindest des ersten Kraftstoffstromanteils mit Luft erfolgen kann. In order to create a bowl piston, by means of which an improved mixing of fuel and air in a combustion chamber of an internal combustion engine is made possible, it is provided according to the invention that the piston bowl surface has a bowl cone surface area adjoining the surface area at a transition area of the bowl piston, and the transition area comprises a flow separation contour , which is designed to effect at least partial flow separation of at least the first fuel flow component from the piston bowl surface. This is advantageous since the flow separation contour thus causes a specific swirling of fuel or of the first fuel flow component and, as a result, particularly uniform, homogeneous mixing of at least the first fuel flow component with air can take place.

Die Strömungsablösungskontur kann zusammen mit dem Muldenkegeloberflächenbereich eine mischungsverstärkende Kegelform bilden, welche auch als mischungsverstärkende Kegelkontur bezeichnet werden kann. Diese mischungsverstärkende Kegelgeometrie kann bevorzugt für ein Dieselbrennverfahren eingesetzt werden, also bei einem Einsatz des Muldenkolbens in einer als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine.The flow separation contour together with the trough cone surface area can form a mixture-strengthening cone shape, which can also be referred to as a mixture-strengthening cone contour. This mixture-reinforcing cone geometry can preferably be used for a diesel combustion process, that is to say when the recessed piston is used in an internal combustion engine designed as a diesel engine.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Strömungsablösung eine zumindest bereichsweise, verbesserte Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise in der Kolbenmulde des Muldenkolbens erzielt werden kann, wobei im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Ablenkgeometrien auf eine ununterbrochene Führung des ersten Kraftstoffstromanteils verzichtet und stattdessen die gezielte Strömungsablösung herbeigeführt wird. Durch die Strömungsablösung kann also gezielt bewirkt werden, dass eine Strömung des ersten Kraftstoffstromanteils bei Überströmen der Strömungsablösungskontur von der Kolbenmuldenoberfläche abgelöst wird, also mit anderen Worten der Kolbenmuldenoberfläche zumindest bereichsweise nicht mehr folgt. Stromabwärts der Strömungsablösungskontur, welche auch als Ablösestelle bezeichnet werden kann, kann sich zwischen einer laminaren Hauptströmung des ersten Kraftstoffstromanteils und der Kolbenmuldenoberfläche dementsprechend ein verwirbelter Bereich bilden, in welchem entsprechende Verwirbelungen des ersten Kraftstoffstromanteils auftreten.The invention is based on the knowledge that an improved, at least in certain areas, homogenization of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine or in the piston bowl of the bowl piston can be achieved by the flow separation, in contrast to deflection geometries known from the prior art an uninterrupted guidance of the first fuel flow component is dispensed with and instead the targeted flow separation is brought about. The flow separation can thus specifically cause a flow of the first fuel flow component to be detached from the piston bowl surface when the flow separation contour overflows, that is, in other words, no longer follows the piston bowl surface at least in regions. Downstream of the flow separation contour, which can also be referred to as a separation point, a swirled area can accordingly form between a laminar main flow of the first fuel flow part and the piston bowl surface, in which corresponding swirls of the first fuel flow part occur.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the single figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.

Dabei zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Muldenkolben, welcher entlang einer Zylinderwand eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine geführt ist und welcher zusammen mit der Zylinderwand und einem Brennraumdach einen Brennraum begrenzt, in welchen mittels einer Einspritzdüse im Bereich eines oberen Totpunkts des Muldenkolbens ein Kraftstoffstrom eingespritzt wird.The single figure shows a sectional view of a partial area of an internal combustion engine with a recess piston, which is guided along a cylinder wall of a cylinder of the internal combustion engine and which, together with the cylinder wall and a combustion chamber roof, delimits a combustion chamber in which an injection nozzle in the region of an upper dead center of the recess piston a fuel stream is injected.

Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung einen Teilbereich einer als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, welche einen Zylinder umfasst, in dessen Zylinderinnenraum ein Muldenkolben 10 aufgenommen ist. Der Muldenkolben 10 ist dabei an einer Zylinderwand 12 des Zylinders abgestützt und entlang der Zylinderwand 12 translatorisch zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt des Muldenkolbens 10 verschiebbar. Die Zylinderwand 12 begrenzt zusammen mit einem Kolbenboden 20 des Muldenkolbens 10 und einem, durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildeten Brennraumdach 14 einen Brennraum 18. Zudem weist die Verbrennungskraftmaschine jeweilige Ladungswechselorgane auf, wobei jedoch vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung der Ladungswechselorgane, welche als Einlassventile und Auslassventile ausgebildet sein können verzichtet wurde. Der Muldenkolben 10 weist einen Feuersteg 16 auf, welcher sich in Axialerstreckungsrichtung A des Muldenkolbens 10 von einem Randbereich 30 des Kolbenbodens 20 bis zu einer, hier nicht weiter gezeigten, Nut zur Aufnahme eines (nicht gezeigten) Kolbenrings erstreckt.The figure shows a sectional view of a partial area of an internal combustion engine designed as a diesel engine, which comprises a cylinder, in the cylinder interior of which a hollow piston 10 is included. The hollow piston 10 is on a cylinder wall 12 supported of the cylinder and along the cylinder wall 12 translationally between an upper dead center and a lower dead center of the hollow piston 10 displaceable. The cylinder wall 12 limited together with a piston crown 20 of the hollow piston 10 and a combustion chamber roof formed by a cylinder head of the internal combustion engine 14 a combustion chamber 18 , In addition, the internal combustion engine has respective charge change elements, but in the present case, for reasons of clarity, the charge change elements, which can be designed as intake valves and exhaust valves, have not been shown. The hollow piston 10 has a top land 16 on which is in the axial direction A of the hollow piston 10 from an edge area 30 of the piston crown 20 extends to a groove (not shown here) for receiving a piston ring (not shown).

Der Kolbenboden 20 umfasst neben dem Randbereich 30 eine in Radialerstreckungsrichtung R des Muldenkolbens 10 an den Randbereich 30 angrenzende und von dem Randbereich 30 umfangsseitig umgrenzte Kolbenmulde 40. Die Kolbenmulde 40 weist einen Oberflächenbereich 60 auf, welcher sich in Radialerstreckungsrichtung R und in Axialerstreckungsrichtung A des Muldenkolbens 10 von dem Randbereich 30 wegerstreckt. Der Oberflächenbereich 60 ist in der Fig. zu dessen besserer Erkennbarkeit durch eine gestrichelte Linie dargestellt.The piston crown 20 includes next to the edge area 30 one in the radial direction R of the hollow piston 10 to the edge area 30 adjacent and from the edge area 30 circumferentially delimited piston bowl 40 , The piston bowl 40 has a surface area 60 on which is in the radial direction R and in the axial direction A of the hollow piston 10 from the edge area 30 extends away. The surface area 60 is shown in the figure for better visibility by a dashed line.

Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird mittels einer, am Brennraumdach 14 angeordneten und zumindest bereichsweise in den Brennraum 18 ragenden Einspritzdüse 110 ein Kraftstoffstrom 100 in den Brennraum 18 eingespritzt. Der Kraftstoffstrom 100 schließt dabei mit dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zur Radialerstreckungsrichtung R orientierten Randbereich 30 einen spitzen Winkel α ein, welcher kleiner als 45 Grad ist. Der Winkel α kann beispielsweise einem Wert zwischen 15 Grad und 20 Grad, also beispielsweise 18 Grad, entsprechen, um nur ein Beispiel zu nennen. Der Kraftstoffstrom 100 wird somit zumindest im Wesentlichen in Radialerstreckungsrichtung R, also überwiegend in Radialerstreckungsrichtung R, in den Brennraum 18 eingespritzt, wenn sich der Muldenkolben 10 im Bereich seines oberen Totpunktes befindet, wie in der vorliegenden Fig. gezeigt. Durch das Einspritzen des Kraftstoffstroms 100 kann eine Verdichtungsselbstzündung eines aus dem Kraftstoffstrom 100 und in dem Brennraum 18 enthaltener Luft gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirkt werden. Infolge der Verdichtungsselbstzündung kann eine Verlagerung des Muldenkolbens 10 von dessen Position am oberen Totpunkt in Richtung des (nicht gezeigten) unteren Totpunkts bewirkt und dadurch eine Kraftübertragung an eine hier nicht dargestellte Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden.When the internal combustion engine is operating, one is located on the roof of the combustion chamber 14 arranged and at least partially in the combustion chamber 18 protruding injection nozzle 110 on Fuel flow 100 in the combustion chamber 18 injected. The fuel flow 100 closes with the parallel to the radial extension direction in the present embodiment R oriented edge area 30 an acute angle α, which is less than 45 degrees. The angle α can correspond, for example, to a value between 15 degrees and 20 degrees, for example 18 degrees, to name just one example. The fuel flow 100 is at least essentially in the radial direction R , mainly in the radial direction R , in the combustion chamber 18 injected when the trough piston 10 is in the area of its top dead center, as shown in the present FIG. By injecting the fuel flow 100 can compression compression ignition one from the fuel flow 100 and in the combustion chamber 18 contained air formed fuel-air mixture can be effected. As a result of compression self-ignition, displacement of the bowl piston can occur 10 from its position at top dead center in the direction of bottom dead center (not shown) and thereby a power transmission to a crankshaft (not shown) of the internal combustion engine can be achieved.

Der Oberflächenbereich 60 ist zum Umlenken eines ersten Kraftstoffstromanteils 102 des zumindest im Wesentlichen in Radialerstreckungsrichtung R nach außen und in die Kolbenmulde 40 eingespritzten Kraftstoffstroms 100 in Richtung einer Längsmittelachse M des Muldenkolbens 10 ausgebildet. Die Längsmittelachse M kann auch als Kolbenmittelachse M bezeichnet werden. Zumindest die Kolbenmulde 40 kann symmetrisch in Bezug auf die Längsmittelachse M ausgebildet sein. Somit kann die Kolbenmulde 40 rotationssymmetrisch in Bezug auf die Längsmittelachse M ausgebildet sein.The surface area 60 is for redirecting a first fuel flow component 102 of the at least substantially in the radial direction R outwards and into the piston bowl 40 injected fuel flow 100 in the direction of a longitudinal central axis M of the hollow piston 10 educated. The longitudinal central axis M can also be used as the piston center axis M be designated. At least the piston bowl 40 can be symmetrical with respect to the longitudinal central axis M be trained. Thus, the piston bowl 40 rotationally symmetrical with respect to the longitudinal central axis M be trained.

Die Axialerstreckungsrichtung A verläuft vorliegend entlang der Längsmittelachse M, welche vorliegend auch einer Einspritzdüsen-Mittelachse der Einspritzdüse 110 entspricht. Die Einspritzdüse 110 ist also mittig zum Muldenkolben 10 angeordnet, wodurch eine besonders gleichmäßige Verteilung beziehungsweise Einspritzung von Kraftstoff über mehrere Einspritzbohrungen der Einspritzdüse 110 erfolgen kann, wenngleich vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die Einspritzung des Kraftstoffstroms 100 über eine einzelne Einspritzbohrung gezeigt ist.The direction of axial extension A in the present case runs along the longitudinal central axis M , which in the present case also has an injection nozzle center axis of the injection nozzle 110 equivalent. The injector 110 is in the middle of the bowl piston 10 arranged, whereby a particularly uniform distribution or injection of fuel over several injection bores of the injection nozzle 110 can take place, although in the present case for reasons of clarity only the injection of the fuel flow 100 is shown via a single injection hole.

Um eine besonders günstige Durchmischung des ersten Kraftstoffstromanteils 102 und der in dem Brennraum 18 enthaltenen Luft zu bewirken, also ein zumindest bereichsweise homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch wenigstens aus dem ersten Kraftstoffstromanteil 102 und der Luft im Brennraum 18 beziehungsweise in der Kolbenmulde 40 zu bilden, weist die Kolbenmuldenoberfläche 50 einen an einen Übergangsbereich 70 des Muldenkolbens 10 an den Oberflächenbereich 60 angrenzenden Muldenkegeloberflächenbereich 80 auf, und der Übergangsbereich 70 umfasst eine Strömungsablösungskontur 72, welche dazu ausgebildet ist, eine wenigstens bereichsweise Strömungsablösung 74 zumindest des ersten Kraftstoffstromanteils 102 von der Kolbenmuldenoberfläche 50 zu bewirken.A particularly favorable mixing of the first fuel flow component 102 and the one in the combustion chamber 18 to cause air contained, that is to say an at least partially homogeneous fuel-air mixture at least from the first fuel flow component 102 and the air in the combustion chamber 18 or in the piston bowl 40 to form, has the piston bowl surface 50 one to a transition area 70 of the hollow piston 10 to the surface area 60 adjacent trough cone surface area 80 on, and the transition area 70 includes a flow separation contour 72 , which is designed to at least partially flow separation 74 at least the first fuel flow component 102 from the piston bowl surface 50 to effect.

Die Strömungsablösungskontur 72 weist zudem wenigstens eine Unstetigkeit 76 auf, welche zur zuverlässigen Reproduzierbarkeit der Strömungsablösung 74 beiträgt. Die Unstetigkeit 76 kann beispielsweise als Kante ausgebildet sein.The flow separation contour 72 also exhibits at least one discontinuity 76 on the reliable reproducibility of the flow separation 74 contributes. The discontinuity 76 can be formed, for example, as an edge.

Die Strömungsablösungskontur 72 kann bevorzugt auch zumindest bereichsweise senkrecht zu dem Muldenkegeloberflächenbereich 80 verlaufen, wodurch eine besonders zuverlässige Reproduzierbarkeit der Strömungsablösung 74 erzielt werden kann. Unter dem Ausdruck „Reproduzierbarkeit“ ist im Rahmen der Offenbarung der Erfindung zu verstehen, dass auch bei nacheinander folgenden Einspritzungen jeweiliger Kraftstoffströme 100 nach jeweils mehreren, vollständigen Kurbelwellenumdrehungen jeweils eine zuverlässige Strömungsablösung 74 bewirkt werden kann.The flow separation contour 72 can preferably also at least in regions perpendicular to the trough surface area 80 run, whereby a particularly reliable reproducibility of the flow separation 74 can be achieved. In the context of the disclosure of the invention, the expression “reproducibility” is to be understood to mean that even with successive injections of respective fuel flows 100 after several complete crankshaft revolutions, reliable flow separation 74 can be effected.

Der Oberflächenbereich 60 kann zumindest an einem Oberflächenbereichsabschnitt 62 eine in Radialerstreckungsrichtung R zur Längsmittelachse M hin gewölbte Strahlteilungskontur 64 aufweisen, mittels welcher der in die Kolbenmulde 40 eingespritzte Kraftstoffstrom 100 in den anhand des Oberflächenbereichs 60 in Richtung des Übergangsbereichs 70 geführten ersten Kraftstoffstromanteil 102 und in einen anhand des Oberflächenbereichs 60 in Richtung des Randbereichs 30 geführten, zweiten Kraftstoffstromanteil 104 aufteilbar ist. Die Aufteilung des Kraftstoffstroms 100 in den ersten Kraftstoffstromanteil 102 und in den zweiten Kraftstoffstromanteil 104 trägt in vorteilhafter Weise zur verbesserten Durchmischung des Kraftstoffstroms 100 mit der im Brennraum 18 enthaltenen Luft bei.The surface area 60 can at least on a surface portion 62 one in the radial direction R to the longitudinal central axis M curved beam splitting contour 64 have, by means of which in the piston bowl 40 injected fuel flow 100 in the based on the surface area 60 towards the transition area 70 led first fuel flow share 102 and one based on the surface area 60 towards the edge area 30 guided, second fuel flow share 104 is divisible. The division of the fuel flow 100 in the first fuel flow portion 102 and in the second fuel flow portion 104 advantageously contributes to improved mixing of the fuel flow 100 with the one in the combustion chamber 18 contained air.

Beim Auftreffen des Kraftstoffstroms 100 auf die Strahlteilungskontur 64 und damit auf den Oberflächenbereich 60 breitet sich der Kraftstoffstrom 100 dampfförmig, insbesondere bei betriebswarmer Verbrennungskraftmaschine, also bei dementsprechend heißem Oberflächenbereich 60, in Form des zweiten Kraftstoffstromanteils 104 in Richtung des Brennraumdachs 14 beziehungsweise des Randbereichs 30 und in Form des ersten Kraftstoffstromanteils 102 in Richtung der Strömungsablösungskontur 72 aus. Bis zum Erreichen der Strömungsablösungskontur 72 wird der erste Kraftstoffstromanteil 102 an dem Oberflächenbereich 60 entlang geführt und infolgedessen erwärmt, was zur Verdampfung des Kraftstoffstromanteils 102 und damit zur verbesserten Durchmischung mit der im Brennraum 18 enthaltenen Luft beiträgt.When the fuel flow hits 100 on the beam splitting contour 64 and thus on the surface area 60 spreads the fuel flow 100 in vapor form, in particular in the case of an internal combustion engine which is at operating temperature, that is to say in the case of a correspondingly hot surface area 60 , in the form of the second fuel flow component 104 towards the combustion chamber roof 14 or the edge area 30 and in the form of the first fuel flow component 102 in the direction of the flow separation contour 72 out. Until the flow separation contour is reached 72 becomes the first fuel flow component 102 on the surface area 60 passed along and consequently heated, resulting in the evaporation of the fuel flow portion 102 and thus for the better Mix with that in the combustion chamber 18 contained air contributes.

Der Oberflächenbereich 60 weist bevorzugt einen die Strahlteilungskontur 64 mit dem Randbereich 30 verbindenden Flächenabschnitt 66 auf, welcher eine zumindest bereichsweise parallel zur Längsmittelachse M (Kolbenmittelachse) orientierte Flächenabschnittskontur 68 aufweist. Dadurch kann der zweite Kraftstoffstromanteil 104 in vorteilhafter Weise auch mit Luft im Bereich des Randbereichs 30 vermischt werden, wodurch insgesamt eine besonders günstige Durchmischung des Kraftstoffstroms 100 mit der im Brennraum 18 enthaltenen Luft erzielt werden kann.The surface area 60 preferably has a beam splitting contour 64 with the edge area 30 connecting surface section 66 on, which is at least partially parallel to the longitudinal central axis M (Piston center axis) oriented surface section contour 68 having. This allows the second fuel flow component 104 advantageously also with air in the region of the edge region 30 are mixed, resulting in a particularly favorable mixing of the fuel flow 100 with the one in the combustion chamber 18 contained air can be achieved.

Durch den Muldenkolben 10 kann insgesamt eine verbesserte Vermischung von Kraftstoff und Luft im Brennraum 18 während und nach der Einspritzung des Kraftstoffstroms 100 erzielt und dadurch ein Anteil an fetten Gemischzonen im Brennraum 18 verringert werden. Dies ist von Vorteil, da in derartigen, fetten Gemischzonen eine sogenannte unterstöchiometrische Verbrennung, also eine Verbrennung von Kraftstoff bei Luftmangel, unter Bildung großer Mengen an Ruß erfolgt, deren Auftreten jedoch mithilfe des Muldenkolbens 10 zumindest weitgehend vermieden werden kann. Dementsprechend kann durch den Einsatz des Muldenkolbens 10 in der Verbrennungskraftmaschine eine Verringerung von Rußrohemissionen bewirkt werden.Through the hollow piston 10 can improve the overall mixing of fuel and air in the combustion chamber 18 during and after fuel flow injection 100 achieved and thereby a proportion of rich mixture zones in the combustion chamber 18 be reduced. This is advantageous because in such rich mixture zones, so-called substoichiometric combustion, i.e. combustion of fuel in the absence of air, takes place with the formation of large amounts of soot, but their occurrence occurs with the aid of the trough piston 10 can be at least largely avoided. Accordingly, by using the bowl piston 10 a reduction in soot raw emissions can be brought about in the internal combustion engine.

Durch das Vorsehen der Strömungsablösungskontur 72 wird der Muldenkegeloberflächenbereich 80, welcher auch als Kegelform der Kolbenmulde 40 bezeichnet werden kann, derart modifiziert, dass der über den Übergangsbereich 70 und damit an einer Unterseite der Kolbenmulde 40 in Richtung der Längsmittelachse M zurückströmende, verdampfte erste Kraftstoffstromanteil 102 durch die Strömungsablösung 74 zusätzliche Verwirbelungen mit der im Brennraum 18 enthaltenen Luft bildet. Die Verwirbelungen unterstützen die Vermischung des ersten Kraftstoffstromanteils 102 mit dem umgebenden Gas, also mit der im Brennraum 18 enthaltenen Luft.By providing the flow separation contour 72 becomes the trough cone surface area 80 , which is also a conical shape of the piston bowl 40 can be designated, modified such that the transition area 70 and thus on an underside of the piston bowl 40 in the direction of the longitudinal central axis M backflowing, vaporized first fuel flow component 102 through the flow separation 74 additional turbulence with that in the combustion chamber 18 contained air forms. The turbulence supports the mixing of the first fuel flow component 102 with the surrounding gas, i.e. with the one in the combustion chamber 18 contained air.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Muldenkolbenhollow piston
1212: Zylinderwandcylinder wall
1414: BrennraumdachCombustion chamber roof
1616: Feuerstegtop land
1818: Brennraumcombustion chamber
2020: Kolbenbodenpiston crown
3030: Randbereichborder area
4040: Kolbenmuldepiston bowl
5050: KolbenmuldenoberflächePiston bowl surface
6060: Oberflächenbereichsurface area
6262: OberflächenbereichsabschnittSurface area section
6464: StrahlteilungskonturBeam splitting contour
6666: Flächenabschnittsurface section
6868: FlächenabschnittskonturFace section contour
7070: ÜbergangsbereichTransition area
7272: StrömungsablösungskonturFlow separation contour
7474: Strömungsablösungflow separation
7676: Unstetigkeitinconstancy
8080: MuldenkegeloberflächenbereichHollow cone surface area
100100: KraftstoffstromFuel flow
102102: erster Kraftstoffstromanteilfirst fuel flow share
104104: zweiter Kraftstoffstromanteilsecond fuel flow component
110110: Einspritzdüseinjection
□□: Winkelangle
AA: AxialerstreckungsrichtungAxialerstreckungsrichtung
MM: LängsmittelachseLongitudinal central axis
RR: RadialerstreckungsrichtungRadially extending direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011017479 A1 [0003]
DE 102006020642 A1 [0004]

Claims

Trough piston (10) for an internal combustion engine, with a piston crown (20) which has an edge region (30) and a piston recess adjoining the edge region (30) in the radial extension direction (R) of the recess piston (10) and delimited regionally by the edge region (30) (40), which has a piston bowl surface (50) with a surface area (60) extending in the radial direction (R) and in the axial direction (A) of the bowl piston (10) away from the edge area (30), which for deflecting at least one The first fuel flow portion (102) of a fuel flow (100) injected in the radial direction of extension (R) of the bowl piston (10) outwards and into the piston bowl (40) is formed in the direction of a longitudinal central axis (M) of the bowl piston (10), characterized in that the Piston bowl surface (50) has a bowl cone upper at a transition region (70) of the bowl piston (10) adjacent to the surface region (60) surface area (80), and the transition area (70) comprises a flow separation contour (72), which is designed to effect an at least partial flow separation (74) of at least the first fuel flow portion (102) from the piston bowl surface (50).

Trough piston (10) after Claim 1 , characterized in that the flow separation contour (72) has at least one discontinuity (76).

Trough piston (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the surface area (60) has, at least on one surface area section (62), a beam splitting contour (64) curved in the radial direction (R) towards the longitudinal central axis (M), by means of which the fuel flow (100) injected into the piston recess (40) into the first fuel flow component (102) guided in the direction of the transition region (70) using the surface region (60) and in a second fuel flow component (104) guided in the direction of the edge region (30) using the surface region (60).

Trough piston (10) after Claim 3 , characterized in that the surface region (60) has a surface section (66) connecting the beam splitting contour (64) to the edge region (30), which has a surface section contour (68) oriented at least in regions parallel to the longitudinal central axis (M).