DE102018006635A1

DE102018006635A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, sowie Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018006635A1
Application number: DE102018006635.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bauer; Herbert Zoeller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: CN112567121B; US20210239072A1; DE102018006635B4; WO2020038702A1; US11454191B2; CN112567121A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zylinder (12), dessen Brennraum (14) in radialer Richtung (18) des Zylinders (12) von einer Zylinderwand (16), in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) einerseits von einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder (12) aufgenommenen Kolben (20) und in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) andererseits von einem Brennraumdach (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) begrenzt ist, wobei der Kolben (20) eine ringförmig umlaufende, gegenüber einer ringförmig umlaufenden Kolbenkrone (30) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenstufe (32) aufweist, die über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur (34) in eine zur Kolbenstufe (32) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenmulde (36) übergeht, und mit wenigstens einem dem Zylinder (12) zugeordneten Injektor (38), mittels welchem für einen Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere Einspritzstrahlen (40) sternförmig direkt in den Brennraum (14) eingespritzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, sowie eine solche Verbrennungskraftmaschine sind beispielsweise bereits der DE 10 2011 119 215 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Verfahren ist ein auch als Verbrennungsverfahren bezeichnetes Brennverfahren, gemäß welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betrieben wird. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Zylinder auf, dessen Brennraum in radialer Richtung des Zylinders von einer Zylinderwand, in axialer Richtung des Zylinders einerseits von einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommenen Kolben und in axialer Richtung des Zylinders andererseits von einem Brennraumdach der Verbrennungskraftmaschine begrenzt ist. Das Brennraumdach ist beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Der Kolben weist eine ringförmig umlaufende, gegenüber einer ringförmig umlaufenden Kolbenkrone axial vertieft im Kolben angeordnete Kolbenstufe auf, die über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur in eine zur Kolbenstufe axial vertieftem Kolben angeordnete Kolbenmulde übergeht.
Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein dem Zylinder zugeordneten Injektor auf, mittels welchem für einen Verbrennungsvorgang und vorzugsweise innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine gleichzeitig mehrere Einspritzstrahlen sternförmig direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Die Einspritzstrahlen werden mittels der Strahlteilerkontur jeweils in eine in die Kolbenmulde eintretende erste Teilmenge, in eine über die Kolbenstufe in einen Bereich zwischen der Kolbenkrone und dem Brennraumdach eintretende zweite Teilmenge und in dritte Teilmengen aufgeteilt. Der jeweilige Einspritzstrahl und somit die jeweilige Teilmenge sind aus einem insbesondere flüssigen Kraftstoff gebildet, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betrieben wird. Somit wird der Kraftstoff mittels des Injektors direkt eingespritzt, insbesondere unter Bildung der Einspritzstrahlen. Die dritten Teilmengen bereiten sich ausgehend von den jeweiligen Einspritzstahlen beidseitig in Umfangsrichtung des Kolbens in entgegengesetzte Richtungen entlang der Kolbenstufe aus und prallen zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen innerhalb der Kolbenstufe aufeinander und werden aus der Kolbenstufe radial nach innen umgelenkt. Dabei bildet die erste Teilmenge eine erste Verbrennungsfront und die zweite Teilmenge bildet eine zweite Verbrennungsfront. Ferner bilden die jeweils gemeinsam nach innen umgelenkten dritten Teilmengen eine dritte Verbrennungsfont radial nach innen in eine Lücke zwischen benachbarten Einspritzstrahlen aus. Mittels einer resultierenden, zumindest aus einem Drall, einer Quetschspaltströmung und einer Strahlströmung gebildeten Strömung im Brennraum werden die Einspritzstrahlen strahlauf beziehungsweise stromauf der Strahlteilerkontur in Richtung des Kolbens abgelenkt.
Durch diese Maßnahme können die Einspritzstrahlen während eines beginnenden Expansionshubs in einem Arbeitsspiel dem sich vom Zylinderkopf entfernenden Kolben nachgelenkt werden. In der Folge können die Einspritzstrahlen auch bei sich vom Zylinderkopf entfernenden Kolben weiterhin auf die Strahlteilerkontur bzw. im Bereich der Strahlteilerkontur auf den Kolben auftreffen, um weiterhin den jeweiligen Einspritzstrahl in drei Teilmengen aufzuteilen. Hierdurch steht der optimalen Aufteilung der jeweiligen Einspritzstrahlen eine größere Zeitspanne bzw. ein erweiterter Kurbelwellenwinkel zur Verfügung. Durch Variation von Einspritzdauer, -Druck und -Timing, insbesondere des Einspritzbeginns, können dritte Teilmengen mit ausreichend großer Kraftstoffmasse und Kraftstoffgeschwindigkeit und damit mit einem ausreichend großen dritten Teilmengen innewohnenden Impuls über einen erweiterten Kennfeldbereich reproduzierbar erzeugt werden, so dass die dritte Verbrennungsfront sich in einer Lücke zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen ausbilden und somit im Brennraum räumlich verteilte Verbrennungsluft optimiert ausnutzen kann, wodurch eine Verbrennung verbessert und insbesondere die Rußemissionen gesenkt werden können. Des Weiteren wird mit dem erfindungsgemäßen Nachlenken des Einspritzstrahls die Benetzung der Zylinderwand mit Kraftstoff der zweiten Teilmenge zumindest stark vermindert, da der Einspritzstrahl im Wesentlichen auf die Strahlteilerkontur bzw. auf angrenzende Bereiche des Kolbens trifft und nicht die Kolbenkrone überstreicht und direkt auf die Zylinderwand auftrifft. Darüber hinaus wird mittels der Kolbenstufe von den jeweiligen Einspritzstrahlen die dritten Teilmengen abgetrennt, so dass der zweiten Teilmenge weniger Kraftstoff zur Verfügung steht, wodurch der der zweiten Teilmenge innewohnende Impuls kleiner wird und damit die Eindringtiefe der zweiten Teilmenge reduziert wird. Außerdem führt die axiale Ablenkung der zweiten Teilmenge in der Kolbenstufe zum Zylinderkopf hin zu einem Aufstauen der zweiten Teilmenge zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben, so dass der durch die Einspritzung nachströmende Kraftstoff in die zweite Verbrennungsfront vermindert wird, wodurch die radiale Ausbreitung der zweiten Teilmenge bzw. der zweiten Verbrennungsfront gebremst wird. Vorteilhafterweise kann mittels dieser zwei Effekte Berührung der zweiten Verbrennungsfront mit dem relativ kalten Zylinder bzw. der Zylinderwand minimiert werden, so das unerwünschter Wärmeübergang zwischen der zweiten Verbrennungsfront mit der Zylinderwand stark gesenkt werden, wodurch Rußbildung aus der zweiten Verbrennungsfront an der relativ kalten Zylinderwand vermindert werden kann. Darüber hinaus können Abwaschung von Öl von der Zylinderwand und ein Eintrag von Ruß in das Motorenöl verringert werden.
Außerdem offenbart die DE 10 2006 020 642 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden, selbst zündenden Brennkraftmaschine. Des Weiteren ist aus der DE 10 2011 017 479 A1 eine Brennkraftmaschine bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs weiter verbessert und im Brennraum räumlich verteilte Verbrennungsluft weiter optimiert ausgenutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders optimierte Verbrennung unter einer besonders hohen Ausnutzung der in einem Brennraum vorliegenden Verbrennungsluft realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Kolbenstufe, das heißt in einem Stufenraum der Kolbenstufe, erste Umlenkmittel und/oder zweite Umlenkmittel angeordnet sind, wobei die Einspritzstrahlen mittels erster Umlenkmittel in der Kolbenstufe in dritte Teilmengen (46) aufgeteilt werden und/oder die zweiten Umlenkmittel die jeweilige dritte Teilmenge von der Umfangsrichtung in radialer Richtung nach innen und somit insbesondere in Richtung der Lücken zwischen benachbarten Einspritzstrahlen, insbesondere in Richtung des Injektors, umlenken. Die Kolbenstufe weist beispielsweise eine auch als Seitenwand bezeichnete Stufenwand auf, durch welche beispielsweise die Kolbenstufe beziehungsweise ihr Stufenraum in radialer Richtung nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Das jeweilige erste und/oder das zweite Umlenkmittel steht beispielsweise von der Seitenwand in radialer Richtung nach innen hin ab, sodass das jeweilige Umlenkmittel beispielsweise ein Vorsprung oder eine Nase ist, welcher beziehungsweise welche in radialer Richtung nach innen hin von der Seitenwand absteht und dabei in radialer Richtung nach innen hin in den Stufenraum hineinragt. Insbesondere sind beispielsweise die ersten Umlenkmittel in Umfangsrichtung des Kolbens voneinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise sind die Umlenkmittel in Umfangsrichtung des Kolbens gleichmäßig und jeweils an einem Auftreffpunkt der Einspritzstrahlen an der Strahlteilerkontur verteilt in der Kolbenstufe beziehungsweise in dem Stufenraum angeordnet. Vorteilhafterweise können mit den ersten Umlenkmitteln die auf die Strahlteilerkontur treffenden Einspritzstrahlen in ihrer Aufteilung in Umfangsrichtung in dritte Teilmengen unterstützt werden, so dass auch kleinere Kraftstoffmassen dritter Teilmengen und/oder dritte Teilmengen von Einspritzstrahlen mit geringen Impuls in der Kolbenstufe eine ausreichend hohe Geschwindigkeit aufweisen, wodurch sich eine dritte Verbrennungsfront in einer Lücke zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen ausbilden kann. Alternativ oder in Kombination mit den ersten Umlenkmitteln sind die zweiten Umlenkmittel in Umfangsrichtung des Kolbens voneinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise sind die zweiten Umlenkmittel in Umfangsrichtung des Kolbens gleichmäßig und mittig zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen verteilt in der Kolbenstufe beziehungsweise in dem Stufenraum angeordnet. Vorteilhafterweise können mit den zweiten Umlenkmitteln die dritten Teilmengen in ihrer Umlenkung radial nach innen unterstützt werden, so dass auch kleinere Kraftstoffmassen dritter Teilmengen beim aufeinander treffen eine dritte Verbrennungsfront sich in einer Lücke zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen ausbilden, wodurch die Verbrennung auch mit dritten Teilmengen mit jeweiligen geringeren Impuls verbessert wird. Vorteilhafterweise können auch mit den zweiten Umlenkmitteln dritte Teilmengen in ihrer Umlenkung radial nach innen unterstützt werden, die sich weiter voneinander entfernt in der Kolbenstufe aus den Einspritzstrahlen bilden. Dabei spritzt der Injektor weniger Einspritzstrahlen ein, sodass ein Winkel zwischen benachbarten Einspritzstrahlen und damit der Abstand beim Auftreffen auf die Kolbenstufe zwischen benachbarten Einspritzstrahlen größer ist, wodurch die dritten Teilmengen auf Grund des weiteren Weges zueinander mit geringer Geschwindigkeit aufeinander treffen und damit einen geringeren Impuls aufweisen.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einspritzstrahlen in Form von ersten Strahlkegeln jeweils mit einem ersten Strahlaufbruch direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels des Injektors für den Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere, zusätzlich zu den ersten Einspritzstrahlen vorgesehene zweite Einspritzstrahlen Form von zweiten Strahlkegeln direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Dabei werden die zweiten Einspritzstrahlen jeweils mit einem vom ersten Strahlaufbruch unterschiedlichen zweiten Strahlaufbruch eingespritzt. Beispielsweise ist der zumindest eine erste Strahlaufbruch kleiner als der zumindest eine zweite Strahlaufbruch.
Mittels der Strahlteilerkontur werden beispielsweise zumindest die ersten Einspritzstrahlen in die erste Teilmenge, die zweite Teilmenge und die dritten Teilmengen aufgeteilt. Dabei kann vorgesehen sein, dass mittels der Strahlteilerkontur bezogen auf die ersten Einspritzstrahlen und die zweiten Einspritzstrahlen lediglich beziehungsweise ausschließlich die ersten Einspritzstrahlen in die erste Teilmenge, die zweite Teilmenge und die dritten Teilmengen jeweils aufgeteilt werden. Die zweiten Einspritzstrahlen werden in keine weiteren Teilmengen aufgeteilt, so dass die die zweiten Einspritzstrahlen jeweils für sich betrachtet eine vierte Teilmenge im Brennraum bilden. Da mittels der Strahlteilerkontur der jeweilige erste Einspritzstrahl in die erste Teilmenge, die zweite Teilmenge und die dritten Teilmengen aufgeteilt wird, sodass sich die erste Verbrennungsfront, die zweite Verbrennungsfront und die dritte Verbrennungsfront ausbilden, und der jeweilige zweite Einspritzstrahl eine vierte Teilmenge einspritzt, so dass die vierte Teilmenge eine vierte Verbrennungsfront ausbildet, ist das erfindungsgemäße Verfahren ein als Vier-Fronten-Brennverfahren ausgebildetes Brennverfahren, gemäß welchem die vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betrieben wird. In dem befeuerten Betrieb bildet sich in dem Brennraum mittels der vier Teilmengen insgesamt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches verbrannt wird, sodass in dem befeuerten Betrieb Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum ablaufen. Vorteilhafterweise werden die ersten Einspritzstrahlen aus den ersten Einspritzöffnungen genutzt um die ersten, zweiten und dritten Verbrennungsfronten auszubilden, so dass mit den zweiten Einspritzstrahlen eine vierte Verbrennungsfront ausgebildet werden kann, wodurch eine weiter verbesserte Verbrennung erreicht wird und die im Brennraum räumlich verteilte Verbrennungsluft weiter optimiert ausgenutzt wird.
Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, sodass die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise ein Dieselmotor ist. Der jeweilige Einspritzstrahl und somit die jeweilige Teilmenge bzw. Teilmengen ist durch einen insbesondere flüssigen Kraftstoff, insbesondere einen flüssigen Dieselkraftstoff, gebildet, sodass der Kraftstoff unter Bildung der Einspritzstrahlen direkt in den Brennraum mittels des Injektors eingespritzt wird, insbesondere innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine und die vier Teilmengen jeweils in einer Diffusionsverbrennung verbrennen. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Vier-Takt-Motor ausgebildet, sodass das jeweilige Arbeitsspiel genau 720 Grad Kurbelwinkel aufweist. Das zuvor genannte Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst somit den Kraftstoff, welcher, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Ferner umfasst das Kraftstoff-Luft-Gemisch Verbrennungsluft, welche in den Brennraum einströmt beziehungsweise eingeleitet wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine besonders vorteilhafte und insbesondere effektive Verbrennung unter einer optimierten Ausnutzung der im Brennraum vorhandenen Verbrennungsluft realisiert werden, sodass mittels der Diffusionsverbrennung entstehende Rußemissionen der als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Darüber hinaus kann ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden.
Der Injektor weist erste Einspritzöffnungen auf, welche beispielsweise erste Einspritzbohrungen sind, beziehungsweise auch als erste Einspritzbohrungen bezeichnet werden. Die ersten Einspritzstrahlen werden beispielsweise mittels der ersten Einspritzöffnungen bewirkt. Mit anderen Worten wird beispielsweise ein erster Teil des innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in den Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffs durch die ersten Einspritzöffnungen hindurch gespritzt und dadurch direkt in den Brennraum eingespritzt, wodurch die ersten Einspritzstrahlen in den Brennraum eingespritzt werden. Des Weiteren weist der Injektor beispielsweise zusätzlich zu den ersten Einspritzöffnungen vorgesehene zweite Einspritzöffnungen auf, welche beispielsweise zweite Einspritzbohrungen sind beziehungsweise auch als zweite Einspritzbohrungen bezeichnet werden. Mittels der zweiten Einspritzöffnungen werden die zweiten Einspritzstrahlen bewirkt. Somit wird beispielsweise ein zweiter Teil des innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors, direkt in den Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffes durch die zweiten Einspritzöffnungen gespritzt und dadurch über die zweiten Einspritzöffnungen direkt in den Brennraum eingespritzt, wodurch die zweiten Einspritzstrahlen entstehen beziehungsweise direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Die ersten Einspritzöffnungen und die zweiten Einspritzöffnungen unterscheiden sich dabei beispielsweise in ihren jeweiligen Geometrien und/oder Ausrichtungen und/oder Anordnung im Injektor, sodass mittels der ersten Einspritzöffnungen der jeweilige erste Strahlaufbruch und mittels der zweiten Einspritzöffnungen der von den jeweiligen ersten Strahlaufbruch unterschiedlichen zweiten Strahlaufbruch bewirkt beziehungsweise erzeugt werden. Insbesondere sind die ersten Einspritzöffnungen und die zweiten Einspritzöffnungen dazu ausgebildet, unterschiedliche Einspritzimpulse der Einspritzstrahlen zu bewirken. Mit anderen Worten unterscheiden sich beispielsweise die ersten Einspritzstrahlen und die zweiten Einspritzstrahlen hinsichtlich ihrer Einspritzimpulse voneinander, sodass beispielsweise der jeweilige erste Einspritzstrahl einen ersten Einspritzimpuls und der jeweilige zweite Einspritzstrahl einem von dem jeweiligen ersten Einspritzimpuls unterschiedlichen zweiten Einspritzimpuls aufweist. Insbesondere lässt sich mit unterschiedlichen Strahlaufbruch unterschiedliche Impulse einstellen. Dabei weist ein kleiner Strahlaufbruch einen höheren Impuls auf als ein großer Strahlaufbruch. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs gewährleistet werden.
Die ersten Einspritzstrahlen werden zumindest bezogen aufeinander beziehungsweise zumindest untereinander betrachtet sternförmig direkt in den Brennraum eingespritzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Strahlaufbruch der ersten Einspritzstrahlen kleiner als der Strahlaufbruch der zweiten Einspritzstrahlen. Dies bedeutet beispielsweise, dass die ersten Einspritzstrahlen entlang einer jeweiligen ersten Längsmittelachse in ihrer Einspritzrichtung der jeweiligen ersten Einspritzstrahlen schmaler sind als die jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen entlang einer jeweiligen zweiten Längsmittelachse in ihrer Einspritzrichtung der jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen. Mit anderen Worten sind somit beispielsweise die zweiten Einspritzstrahlen buschiger beziehungsweise bauchiger mit einer dicken Strahlkeule als die ersten Einspritzstrahlen und weisen einen größeren Strahlaufbruch mit einer weiteren Ausbreitung quer zu ihrer zweiten Längsmittelachse auf, als die ersten Einspritzstrahlen mit einer dünnen Strahlkeule, die einen kleineren Strahlaufbruch mit einer geringeren Ausbreitung quer zu ihrer ersten Längsmittelachse aufweist. Damit kann eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der im Brennraum vorhandenen Verbrennungsluft realisiert werden.
Vorteilhafterweise reichen die zweiten Einspritzstrahlen deutlich weniger als die ersten Einspritzstrahlen in den Brennraum hinein, so dass die zweiten Einspritzstrahlen sich im nahen Bereich des Injektors ausbreiten, wodurch die Ausnutzung der im Brennraum vorhandenen Verbrennungsluft weiter verbessert wird.
Mit dem jeweiligen Strahlaufbruch wird ein jeweiliger Winkel beschrieben, den der jeweilige Einspritzstrahl in seiner räumlichen Ausbreitung ausgehend vom Injektor einnimmt. Insbesondere kann der Strahlaufbruch neben dem Einspritzdruck durch eine geometrische Form der Einspritzöffnungen beeinflusst werden. Des Weiteren haben Verrundungen und Konizität der Einspritzöffnungen einen Einfluss auf den Strahlaufbruch.
Um einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die ersten Einspritzstrahlen weiter als die jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen in den Brennraum hineinreichen. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Verbrennung realisiert werden. An dem weiteren Hineinreichen in den Brennraum ist insbesondere zu verstehen, dass die ersten Einspritzstrahlen ausgehend von dem Injektor tiefer in den Brennraum eindringen, als die zweiten Einspritzstrahlen, sodass sich beispielsweise die ersten Einspritzstrahlen weiter von dem Injektor wegerstrecken als die zweiten Einspritzstrahlen. Vorteilhafterweise kann sich die Verbrennungsluft im Brennraum mit den zweiten Einspritzstrahlen in dem Bereich um den Injektor herum vermischen, so dass nicht von den dritten Verbrennungsfronten verbrauchte Verbrennungsluft in Richtung des Injektors sich mit Kraftstoff aus den zweiten Einspritzstrahlen vermischen kann und die vierten Verbrennungsfronten im nahen Bereich des Injektors ausbildet, wodurch eine weiter verbesserte Verbrennung erreicht wird und die im Brennraum räumlich verteilte Verbrennungsluft weiter optimiert ausgenutzt wird.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die ersten Strahlaufbrüche untereinander gleich sind. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die zweiten Strahlaufbrüche untereinander gleich sind. Hierdurch kann der Kraftstoff besonders vorteilhaft in den Brennraum eingespritzt werden, sodass eine besonders optimierte Verbrennung darstellbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zweiten Einspritzstrahlen zumindest bezogen aufeinander beziehungsweise zumindest untereinander betrachtet sternförmig in den Brennraum eingespritzt. Hierdurch kann eine besonders optimierte Verbrennung realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die ersten Einspritzstrahlen und die zweiten Einspritzstrahlen gleichzeitig und bezogen aufeinander beziehungsweise untereinander betrachtet sternförmig in den Brennraum eingespritzt werden. Hierdurch lässt sich eine besonders optimierte Verbrennung realisieren.
Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn beim Einspritzen der Einspritzstrahlen die ersten Einspritzstrahlen und die zweiten Einspritzstrahlen in Umfangsrichtung des Kolbens abwechselnd aufeinander folgen. Dies bedeutet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Einspritzstrahlen genau ein zweiter Einspritzstrahl ist beziehungsweise zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Einspritzstrahlen ist genau ein erster Einspritzstrahl angeordnet. Vorteilhafterweise bilden sich die dritte Verbrennungsfront und die vierte Verbrennungsfront in den Lücken zwischen ersten Einspritzstrahlen, so dass keine oder lediglich eine minimierte Überlappung der ersten und der zweiten Einspritzstrahlen stattfindet, wodurch eine weiter verbesserte Verbrennung erreicht wird und die im Brennraum räumlich verteilte Verbrennungsluft weiter optimiert ausgenutzt wird.
Als besonders vorteilhaft für einen kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb hat es sich gezeigt, wenn die ersten Einspritzstrahlen mit einen ersten Strahlkegelwinkel in einem Bereich von einschließlich 130 Grad bis einschließlich 160 Grad eingespritzt werden. Insbesondere kann der erste Strahlkegelwinkel 150 Grad betragen.
Um dabei eine besonders optimierte Ausnutzung der im Brennraum vorhandenen Verbrennungsluft realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweiten Einspritzstrahlen mit einen zweiten Strahlkegelwinkel in einem Bereich von einschließlich 100 Grad bis einschließlich 125 Grad eingespritzt werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Strahlkegelwinkel 120 Grad beträgt.
Vorteilhafterweise ermöglichen die unterschiedlichen Strahlkegelwinkel für die ersten Einspritzstrahlen und die zweiten Einspritzstrahlen jeweils eine unterschiedliche Neigung der jeweiligen Einspritzstrahlen bezogen zum Zylinderkopf oder Kolben, so dass die Verbrennungsluft unterschiedlicher Bereiche im Brennraum mit eingespritzten Kraftstoff vermischt werden, wodurch eine weiter verbesserte Ausnutzung der vorhandenen Verbrennungsluft im Brennraum erfolgt und die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs im Brennraum weiter verbessert wird.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und insbesondere optimierte Verbrennung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Kolbenstufe erste Umlenkmittel angeordnet sind, mittels welcher die Einspritzstrahlen in dritte Teilmengen aufteilbar sind und/oder zweite Umlenkmittel angeordnet sind, welche die jeweilige dritte Teilmenge von der Umfangsrichtung in radialer Richtung nach innen und insbesondere in Richtung der Kolbenmulde umlenken. Des Weiteren sind die ersten Einspritzstrahlen mit jeweiligen ersten Strahlaufbrüchen ausgebildet, und mittels des Injektors sind für den Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere, zusätzlich zu den ersten Einspritzstrahlen vorgesehene zweite Einspritzstrahlen mit jeweiligen, von den ersten Strahlaufbrüchen unterschiedlichen zweiten Strahlaufbrüchen direkt in den Brennraum einspritzbar. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
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 den Figuren 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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug und
2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist wenigstens einen Zylinder 12 auf, dessen Brennraum 14 in radialer Richtung des Zylinders 12 von einer Zylinderwand 16 begrenzt ist. Die radiale Richtung des Zylinders 12 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Die Zylinderwand 16 ist beispielsweise durch ein insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Der Brennraum 14 ist in axialer Richtung des Zylinders 12 von einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder 12 aufgenommenen Kolben 20 der Verbrennungskraftmaschine 10 begrenzt. Insbesondere bildet die Zylinderwand 16 eine Laufbahn 22, wobei sich der Kolben 20 entlang seiner radialen Richtung und somit entlang der radialen Richtung des Zylinders 12 an der Laufbahn 22 abstützen kann. Die axiale Richtung des Zylinders 12 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 24 veranschaulicht. Die axiale Richtung des Zylinders 12 fällt mit der axialen Richtung des Kolbens 20 zusammen, wobei die radiale Richtung des Zylinders 12 mit der radialen Richtung des Kolbens 20 zusammenfällt.
Der Brennraum 14 ist in axialer Richtung des Zylinders 12 gegenüberliegend zum Kolben 12 von einem Brennraumdach 26 der Verbrennungskraftmaschine 10 begrenzt. Das Brennraumdach 26 ist beispielsweise durch einen Zylinderkopf 28 der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Der Zylinderkopf 28 ist beispielsweise eine separat von dem Zylindergehäuse ausgebildete und mit dem Zylindergehäuse verbundene Komponente. Da der Kolben 20 translatorisch bewegbar in dem Zylinder 12 aufgenommen ist, kann sich der Kolben 20 relativ zu der Zylinderwand 16 in axialer Richtung des Zylinders 12 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und her bewegen, sodass der Kolben 20 hubverstellbar ist.
Der Kolben 20 weist eine ringförmig umlaufende, gegenüber einer ringförmig umlaufenden Kolbenkrone 30 des Kolbens 20 axial vertieft im Kolben 20 angeordnete Kolbenstufe 32 auf, die über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur 34 des Kolbens 20 in eine zur Kolbenstufe 32 axial vertieft im Kolben 20 angeordnete Kolbenmulde 36 des vorzugsweise einstückig ausgebildeten Kolbens 20 übergeht. Unter dem jeweiligen Merkmal, dass die Kolbenstufe 32 gegenüber der Kolbenkrone 30 axial vertieft ist beziehungsweise dass die Kolbenmulde 36 zur Kolbenstufe 32 axial vertieft angeordnet ist, ist zu verstehen, dass die Kolbenstufe 32 in axialer Richtung des Kolbens 20 und somit in axialer Richtung des Zylinders 12 gegenüber der Kolbenkrone 30 vertieft beziehungsweise zur Kolbenmulde 36 hin zurückversetzt ist beziehungsweise dass die Kolbenmulde 36 in axialer Richtung des Kolbens 20 und somit in axialer Richtung des Zylinders 12 gegenüber der Kolbenstufe 32 von dem Brennraumdach 26 weg zurückversetzt ist.
Des Weiteren ist dem Brennraum 14 wenigstens oder genau ein Injektor 38 der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeordnet. Der Injektor 38 ist an dem Zylinderkopf 28 gehalten und dabei zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Zylinderkopf 28 angeordnet.
Der Kolben 20 ist beispielsweise gelenkig mit einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 10 gekoppelt. Die Kurbelwelle ist um eine Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse drehbar. Durch die gelenkige Kopplung des Kolbens 20 mit der Kurbelwelle werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens 20 in dem Zylinder 12 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt, wodurch sich die Kurbelwelle um ihre Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse dreht. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei als Vier-Takt-Motor ausgebildet, sodass ein jeweiliges Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 720 Grad Kurbelwinkel, das heißt genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst. Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels läuft in dem Brennraum 14 wenigstens ein Verbrennungsvorgang oder mehrere Verbrennungsvorgänge ab, in dessen Rahmen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Hierdurch wird der Kolben 20 angetrieben, wodurch die Kurbelwelle angetrieben und somit um ihre Drehachse relativ zu dem Zylindergehäuse gedreht wird. Wie im Folgenden noch genau erläutert wird, umfasst das Kraftstoff-Luft-Gemisch Luft, die in den Brennraum 14 einströmt beziehungsweise eingeleitet wird. Außerdem umfasst das Kraftstoff-Luft-Gemisch einen Kraftstoff, welcher innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 38 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt wird. Bei dem Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Kraftstoff. Des Weiteren kann im Brennraum 14 zusätzlich rückgeführtes Abgas vorliegen, sofern eine Abgasrückführung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als Dieselmotor, ausgebildet, sodass der Kraftstoff ein Dieselkraftstoff ist. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben, wobei die Verbrennungskraftmaschine 10 während des Verfahrens beziehungsweise mittels des Verfahrens in einem befeuerten Betrieb betrieben wird, während welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der wenigstens oder vorzugsweise genau ein Verbrennungsvorgang in dem Brennraum 14 abläuft. Somit ist das Verfahren ein Brennverfahren, gemäß welchem die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem befeuerten Betrieb betrieben wird. Insbesondere wird die Verbrennungskraftmaschine 10 während des Verfahrens beziehungsweise mittels des Verfahrens in einem Selbstzündbetrieb betrieben, in dessen Rahmen das Kraftstoff-Luft-Gemisch oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch selbständig zündend, das heißt ohne Verwendung einer Fremdzündeinrichtung, wie beispielsweise einer Zündkerze, gezündet wird.
Mittels des Injektors 38 werden innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels für den jeweiligen Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere erste Einspritzstrahlen 40 sternförmig entlang ihrer jeweiligen Längsmittelachsen 41 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt, was besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist. Dabei sind in den 1 und 2 die ersten Einspritzstrahlen 40 bei Auftreffen auf die Strahlteilerkontur 34 gezeigt. Im weiteren Verlauf der Einspritzung, insbesondere bei der weiteren Ausbreitung der Einspritzstrahlen in den Brennraum 14 hinein, wird der jeweilige erste Einspritzstrahl 40 mittels der Strahlteilerkontur 34 in eine in die Kolbenmulde 36 eintretende erste Teilmenge 42 (als Pfeil dargestellt), in eine über die Kolbenstufe 32 in einen Bereich B zwischen der Kolbenkrone 30 und dem Brennraumdach 26 eintretende zweite Teilmenge 44 (als Pfeil dargestellt) und in dritte Teilmengen 46 (als Pfeil dargestellt) (2) aufgeteilt. Die wenigstens oder genau zwei dritten Teilmengen 46 breiten sich ausgehend von dem jeweiligen ersten Einspritzstrahl 40 beidseitig in Umfangsrichtung des Kolbens 20 in entgegengesetzte Richtungen entlang der Kolbenstufe 32 aus und prallen zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen 40 aufeinander und werden dadurch radial, das heißt in radialer Richtung des Kolbens 20 nach innen in Richtung des Injektors 38 umgelenkt. Dabei ist die Umfangsrichtung des Kolbens 20 in 2 durch einen Doppelpfeil 48 veranschaulicht, wobei die Umfangsrichtung beispielsweise um die axiale Richtung umläuft.
Der jeweilige Einspritzstrahl 40 und somit die Teilmengen 42, 44 und 46 sind durch jeweilige Teile oder Kraftstoffteile des Kraftstoffs gebildet, welcher innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 38 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt wird. Somit wird der Kraftstoff innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 38 unter Bildung der Einspritzstrahlen 40 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt. Die erste Teilmenge 42 bildet eine erste Verbrennungsfront aus, und die zweite Teilmenge 44 bildet eine zweite Verbrennungsfront aus. Die jeweils gemeinsam nach innen umgelenkten dritten Teilmengen 46 bilden eine dritte Verbrennungsfront radial nach innen in eine Lücke 50 zwischen den Einspritzstrahlen 40 beziehungsweise zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen 40 aus. Eine aus einem Drall 52 (als Pfeil dargestellt), einer Quetschspaltströmung 54 (als Pfeil dargestellt) und einer Strahlströmung 56 (als Pfeil dargestellt) gebildete, resultierende Strömung 58 (als Pfeil dargestellt) lenken die Einspritzstrahlen 40 strahlauf beziehungsweise stromauf der Strahlteilerkontur 34 in Richtung des Kolbens 20 ab, so dass die Einspritzstrahlen 40 weiterhin bei einem sich vom Zylinderkopf 28 weg bewegenden Kolben 20 im Expansionstakt im Wesentlichen weiterhin im Bereich der Strahlteilerkontur 34 auf den Kolben 20 auftreffen.
Um nun eine besonders effektive Verbrennung unter einer optimierten Ausnutzung der im Brennraum 14 vorliegenden Verbrennungsluft realisieren zu können, sind in der Kolbenstufe 32, insbesondere in deren Stufenraum 60, erste Umlenkmittel 62 und alternativ oder in Kombination mit den ersten Umlenkmitteln zweite Umlenkmittel 62' angeordnet. Dabei können die ersten Umlenkmittel 62 die auf die Strahlteilerkontur 34 treffenden Einspritzstrahlen 40 in dritte Teilmengen 46 aufteilen oder bei der Aufteilung in die dritten Teilmengen 46 unterstützen. Die zweiten Umlenkmittel 62', können die jeweilige dritte Teilmenge 46 in radialer Richtung nach innen umlenken. Aus 2 ist erkennbar, dass das jeweiligen ersten Umlenkmittel 62 und die zweiten Umlenkmittel 62' als ein Strahlteiler oder eine Nase ausgebildet sind. Außerdem ist aus 1 und 2 besonders gut erkennbar, dass die Kolbenstufe 32 eine auch als Seitenwand bezeichnete Stufenwand 64 aufweist, durch welche die Kolbenstufe 32 beziehungsweise der Stufenraum 60 in radialer Richtung des Kolbens 20 nach außen hin begrenzt ist. Des Weiteren weist die Kolbenstufe 32 einen auch als Boden bezeichneten Stufenboden 66 auf, durch welche die Kolbenstufe 32 beziehungsweise der Stufenraum 60 in axialer Richtung des Kolbens 20 nach unten gegenüberliegend zum Zylinderkopf 28 hin begrenzt ist. Die jeweilige Nase steht dabei in radialer Richtung des Kolbens 20 nach innen hin von der Stufenwand 64 ab und in axialer Richtung des Kolbens 20 auf dem Stufenboden 66. Somit ragen die jeweiligen Umlenkmittel 62 und 62' von der Stufenwand 64 in radialer Richtung nach innen hin weg in den Stufenraum 60 hinein und sind mit dem Stufenboden 66 verbunden. Des Weiteren sind die ersten Umlenkmittel 62 an einem Auftreffpunkt der Einspritzstrahlen 62 auf der Strahlteilekontur 34 in der Kolbenstufe 32 im Stufenraum 60 vorgesehen und die zweiten Umlenkmittel 62' im Wesentlichen vom Injektor 38 ausgehend jeweils mittig zwischen zwei benachbarten ersten Einspritzstrahlen 40 in der Kolbenstufe 32 im Stufenraum 60 vorgesehen.
Darüber hinaus werden die ersten Einspritzstrahlen 40 in Form von Strahlkegeln mit einem jeweiligen ersten Strahlaufbruch α₁ direkt in den Brennraum 14 eingespritzt. Hierzu weist beispielsweise der Injektor 38 erste nicht näher bezeichnete Einspritzöffnungen auf, über welche die ersten Einspritzstrahlen 40 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt werden. Somit werden die ersten Einspritzstrahlen 40 mittels der ersten Einspritzöffnungen bewirkt, sodass die ersten Einspritzöffnungen die jeweiligen ersten Strahlaufbrüche α₁ bewirken.
Darüber hinaus werden mittels des Injektors 38 für den Verbrennungsvorgang beziehungsweise innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels gleichzeitig mehrere, zusätzlich zu den ersten Einspritzstrahlen 40 vorgesehene zweite Einspritzstrahlen 68 mit einem jeweiligen zweiten Strahlaufbruch α₂ direkt in den Brennraum 14 eingespritzt. Dabei unterscheiden sich die jeweiligen ersten Strahlaufbrüche α₁ von den jeweiligen zweiten Strahlaufbrüchen α₂ . Die ersten Einspritzstrahlen 40 weisen entlang einer jeweiligen ersten Längsmittelachse 41 in ihrer Einspritzrichtung der jeweiligen ersten Einspritzstrahlen schmaler sind beziehungsweise eine weitere Erstreckung aufweisen als die jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen 68 entlang einer jeweiligen zweiten Längsmittelachse 69 in ihrer Einspritzrichtung der jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen 68. Mit anderen Worten sind somit beispielsweise die zweiten Einspritzstrahlen 68 buschiger beziehungsweise bauchiger mit einer dicken Strahlkeule als die ersten Einspritzstrahlen 40 und weisen einen größeren Strahlaufbruch α₂ mit einer weiteren Ausbreitung quer zu ihrer zweiten Längsmittelachse 69 auf, als die ersten Einspritzstrahlen 40 mit einer dünnen Strahlkeule, die einen kleineren Strahlaufbruch α₁ mit einer geringeren Ausbreitung quer zu ihrer ersten Längsmittelachse 41 aufweist. Hierzu weist der Injektor 38 beispielsweise zusätzlich zu den ersten Einspritzöffnungen vorgesehene zweite nicht näher bezeichnete Einspritzöffnungen auf, mittels welchen beziehungsweise über welche die zweiten Einspritzstrahlen 68 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt werden. Somit bewirken die zweiten Einspritzöffnungen jeweils einen zweiten Einspritzstrahl 68, die jeweils einen Einspritzstrahlen 68 mit einem jeweiligen zweiten Strahlkegelwinkel α₂ ausbildet. Dabei werden die zweiten Einspritzstrahlen 68 bezogen auf eine axiale Richtung des Kolbens 20 in einem von den ersten Einspritzstrahlen 40 unterschiedlichen Strahlkegelwinkel β₂ vom Injektor 38 in Richtung der Kolbenmulde 36 als vierte Teilmenge abgespritzt. Die von den jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen 68 gebildeten vierten Teilmengen bilden jeweils eine vierte Verbrennungsfront aus.
Beispielsweise wird ein erster Teil des Kraftstoffes, der innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 38 direkt in den Brennraum 14 eingespritzt wird, durch die ersten Einspritzöffnungen hindurch gespritzt und somit über die ersten Einspritzöffnungen direkt in den Brennraum 14 eingespritzt. Der erste Teil des Kraftstoffes bildet somit die ersten Einspritzstrahlen 40. Ferner wird beispielsweise ein zweiter Teil des Kraftstoffes, der mittels des Injektors 38 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels direkt in den Brennraum 14 eingespritzt wird, durch die zweiten Einspritzöffnungen hindurch gespritzt und somit über die zweiten Einspritzöffnungen direkt in den Brennraum 14 eingespritzt. Dabei bildet der zweite Teil des Kraftstoffes die jeweiligen zweiten Einspritzstrahlen 68. Der erste Teil und der zweite Teil bilden beispielsweise in Summe den Kraftstoff, der innerhalb des Arbeitsspiels mittels des Injektors 38 insgesamt direkt in den Brennraum 14 eingespritzt wird. Sofern weitere Einspritzungen erster Einspritzstrahlen 40 und zweiter Einspritzstrahlen 68 innerhalb eines Arbeitsspiels in den Brennraum 14 eingespritzt werden, bilden alle ersten und zweiten Teile die Summe des Kraftstoff, das in den Brennraum 14 eingespritzt wird.
Wie besonders gut aus 2 erkennbar ist, werden die ersten Einspritzstrahlen 40 untereinander betrachtet beziehungsweise bezogen aufeinander sternförmig in den Brennraum 14 eingespritzt. Auch die zweiten Einspritzstrahlen 68 werden untereinander betrachtet beziehungsweise bezogen aufeinander sternförmig in den Brennraum 14 eingespritzt. Außerdem ist es vorgesehen, dass die ersten Einspritzstrahlen 40 und die zweiten Einspritzstrahlen 68 gleichzeitig und bezogen aufeinander sternförmig in den Brennraum 14 eingespritzt werden.
Darüber hinaus sind die ersten Einspritzstrahlen 40 länger als die zweiten Einspritzstrahlen 68. Insbesondere reichen die ersten Einspritzstrahlen 40 weiter in den Brennraum 14 hinein als die die zweiten Einspritzstrahlen 68. Des Weiteren sind die zweiten Einspritzstrahlen 68 breiter als die ersten Einspritzstrahlen 40 und somit buschiger beziehungsweise bauchiger. Die ersten Strahlaufbrüche α₁ sind gleich und die zweiten Strahlaufbrüche α₂ sind gleich, sodass sich der jeweilige erste Strahlaufbruch α₁ von dem jeweiligen zweiten Strahlaufbruch α₂ unterscheidet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die ersten Einspritzstrahlen 40 mit einem ersten Strahlkegelwinkel β₁ in den Brennraum 14 eingespritzt werden. Der Stahlkegelwinkel β₁ ist der Winkel den die ersten Einspritzstrahlen 40 einschließen. Der jeweilige erste Strahlkegelwinkel β₁ liegt in einem Bereich von einschließlich 130 Grad bis einschließlich 160 Grad und kann insbesondere 150 Grad betragen, während beispielsweise der jeweilige zweite Strahlkegelwinkel β₁ in einem Bereich von einschließlich 100 Grad bis einschließlich 125 Grad liegt und insbesondere 120 Grad betragen kann.
Außerdem ist es vorgesehen, dass beim Einspritzen der ersten Einspritzstrahlen 40 und der zweiten Einspritzstrahlen 68 in Umfangsrichtung des Kolbens 20 und somit des Zylinders 12 abwechselnd aufeinander folgen.
Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass der jeweilige erste Einspritzstrahl 40 ein schlanker Strahl mit hohem Impuls, hohem K-Faktor und hoher he-Verrundung ist. Der jeweilige zweite Einspritzstrahl 68 ist ein buschiger Strahl mit niedrigem Impuls, geringem K-Faktor, das heißt geringer Konizität und niedriger he-Verrundung.
Der jeweilige Einspritzstrahl 40 beziehungsweise 68 ist durch eine jeweilige, auch als Einspritzmasse bezeichnete Kraftstoffmasse des Kraftstoffes gebildet. Dabei ist die Aufteilung der Einspritzmassen zwischen den Einspritzstrahlen 40 und 68 derart denkbar, dass sie der in diesem Raum, insbesondere in dem Raum in dem sich die jeweiligen Einspritzstrahlen 40 und 68 ausbreiten, zur Verfügung stehenden Masse der Verbrennungsluft entspricht. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Verbrennung gewährleistet werden.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Zylinder
14: Brennraum
16: Zylinderwand
18: Doppelpfeil
20: Kolben
22: Laufbahn
24: Doppelpfeil
26: Brennraumdach
28: Zylinderkopf
30: Kolbenkrone
32: Kolbenstufe
34: Strahlteilerkontur
36: Kolbenmulde
38: Injektor
40: Einspritzstrahl
41: Längsmittelachse
42: erste Teilmenge
44: zweite Teilmenge
46: dritte Teilmenge
48: Doppelpfeil
50: Lücke
52: Drall
54: Quetschspaltströmung
56: Strahlströmung
58: resultierende Strömung
60: Stufenraum
62, 62': Umlenkmittel
64: Stufenwand
66: Stufenboden
68: zweiter Einspritzstrahl, vierte Teilmenge
69: Längsmittelachse
α_1,2: Strahlaufbruch
β_1,2: Strahlkegelwinkel
B: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011119215 A1 [0002]
DE 102006020642 A1 [0005]
DE 102011017479 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zylinder (12), dessen Brennraum (14) in radialer Richtung (18) des Zylinders (12) von einer Zylinderwand (16), in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) einerseits von einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder (12) aufgenommenen Kolben (20) und in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) andererseits von einem Brennraumdach (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) begrenzt ist, wobei der Kolben (20) eine ringförmig umlaufende, gegenüber einer ringförmig umlaufenden Kolbenkrone (30) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenstufe (32) aufweist, die über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur (34) in eine zur Kolbenstufe (32) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenmulde (36) übergeht, und mit wenigstens einem dem Zylinder (12) zugeordneten Injektor (38), mittels welchem für einen Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere Einspritzstrahlen (40) sternförmig direkt in den Brennraum (14) eingespritzt werden, wobei die Einspritzstrahlen (40) mittels der Strahlteilerkontur (34) jeweils in eine in die Kolbenmulde (36) eintretende erste Teilmenge (42), in eine über die Kolbenstufe (32) in einen Bereich (B) zwischen der Kolbenkrone (30) und dem Brennraumdach (26) eintretende zweite Teilmenge (44) und in dritte Teilmengen (46) aufgeteilt werden, welche sich ausgehend vom jeweiligen Einspritzstrahl (40) beidseitig in Umfangsrichtung (48) des Kolbens (20) in entgegengesetzte Richtungen entlang der Kolbenstufe (32) ausbreiten und zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen (40) innerhalb der Kolbenstufe (32) aufeinander prallen und radial nach innen umgelenkt werden, wobei die erste Teilmenge (42) eine erste Verbrennungsfront und die zweite Teilmenge (44) eine zweite Verbrennungsfront ausbildet, wobei die jeweils gemeinsam nach innen umgelenkten dritten Teilmengen (46) eine dritte Verbrennungsfront radial nach innen in eine Lücke (50) zwischen den Einspritzstrahlen (40) ausbilden, und wobei mittels einer resultierenden, zumindest aus einem Drall (52), einer Quetschspaltströmung (54) und einer Strahlströmung (56) gebildeten Strömung (58) die Einspritzstrahlen (40) strahlauf der Strahlteilerkontur (34) in Richtung des Kolbens (20) abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass: - die Einspritzstrahlen (40) mittels erster Umlenkmittel (62) in der Kolbenstufe (32) in dritte Teilmengen (46) aufgeteilt werden und/oder die dritten Teilmengen (46) mittels zweiter Umlenkmittel (62') in der Kolbenstufe (32) von der Umfangsrichtung (48) in radialer Richtung (18) nach innen umlenken werden; - die Einspritzstrahlen (40) jeweils mit einem ersten Strahlaufbruch (α₁) eingespritzt werden - zusätzlich zu den ersten Einspritzstrahlen (40) zweite Einspritzstrahlen (68) direkt in den Brennraum (14) eingespritzt werden; - die zweiten Einspritzstrahlen (68) jeweils mit einem vom ersten Strahlaufbruch (α₁) unterschiedlichen zweiten Strahlaufbruch (α₂) eingespritzt werden; und - mittels der zweiten Einspritzstrahlen (68) jeweils eine vierte Teilmenge eingespritzt wird und mittels der vierten Teilmengen jeweils eine vierte Verbrennungsfront ausbildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlaufbruch (α₁) der ersten Einspritzstrahlen (40) kleiner ist als der Strahlaufbruch (α₂) der zweiten Einspritzstrahlen (68).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspritzstrahlen (40) weiter als die zweiten Einspritzstrahlen (68) in den Brennraum (14) hineinreichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen ersten Strahlaufbrüche (α₁) untereinander gleich sind und/oder dass die jeweiligen zweiten Strahlaufbrüche (α₂) untereinander gleich sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Einspritzstrahlen (68) bezogen aufeinander sternförmig in den Brennraum (14) eingespritzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspritzstrahlen (40) und die zweiten Einspritzstrahlen (68) gleichzeitig und bezogen aufeinander sternförmig in den Brennraum (14) eingespritzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspritzen die ersten Einspritzstrahlen (40) und die zweiten Einspritzstrahlen (68) in Umfangsrichtung (48) des Kolbens (10) abwechselnd aufeinanderfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspritzstrahlen (40) mit einen ersten Strahlkegelwinkel (β₁) eingespritzt werden, der in einem Bereich von einschließlich 130 Grad bis einschließlich 160 Grad liegt, insbesondere 150 Grad beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Einspritzstrahlen (68) mit einem zweiten Strahlkegelwinkel (β₂) eingespritzt werden, der in einem Bereich von einschließlich 100 Grad bis einschließlich 125 Grad liegt, insbesondere 120 Grad beträgt.
Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Zylinder (12), dessen Brennraum (14) in radialer Richtung (18) des Zylinders (12) von einer Zylinderwand (16), in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) einerseits von einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder (12) aufgenommenen Kolben (20) und in axialer Richtung (24) des Zylinders (12) andererseits von einem Brennraumdach (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) begrenzt ist, wobei der Kolben (20) eine ringförmig umlaufende, gegenüber einer ringförmig umlaufenden Kolbenkrone (30) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenstufe (32) aufweist, die über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur (34) in eine zur Kolbenstufe (32) axial vertieft im Kolben (20) angeordnete Kolbenmulde (36) übergeht, und mit wenigstens einem dem Zylinder (12) zugeordneten Injektor (38), mittels welchem für einen Verbrennungsvorgang gleichzeitig mehrere Einspritzstrahlen (40) sternförmig direkt in den Brennraum (14) einspritzbar sind, wobei zumindest die Einspritzstrahlen (40) mittels der Strahlteilerkontur (34) jeweils in eine in die Kolbenmulde (36) eintretende erste Teilmenge (42), in eine über die Kolbenstufe (32) in einen Bereich (B) zwischen der Kolbenkrone (30) und dem Brennraumdach (26) eintretende zweite Teilmenge (44) und in dritte Teilmengen (46) aufteilbar sind, welche sich ausgehend vom jeweiligen Einspritzstrahl (40) beidseitig in Umfangsrichtung (48) des Kolbens (20) in entgegengesetzte Richtungen entlang der Kolbenstufe (32) ausbreiten und zwischen zwei benachbarten Einspritzstrahlen (40) innerhalb der Kolbenstufe (32) aufeinander prallen und radial nach innen umgelenkt werden, wobei die erste Teilmenge (42) eine erste Verbrennungsfront und die zweite Teilmenge (44) eine zweite Verbrennungsfront ausbildet, wobei die jeweils gemeinsam nach innen umgelenkten dritten Teilmengen (46) eine dritte Verbrennungsfront radial nach innen in eine Lücke (50) zwischen den Einspritzstrahlen (40) ausbilden, und wobei mittels einer resultierenden, zumindest aus einem Drall (52), einer Quetschspaltströmung (54) und einer Strahlströmung (56) gebildeten Strömung (58) die Einspritzstrahlen (40) strahlauf der Strahlteilerkontur (34) in Richtung des Kolbens (20) abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass: - die Einspritzstrahlen (40) mittels erster Umlenkmittel (62) in der Kolbenstufe (32) in dritten Teilmengen (46) aufteilbar sind und/oder die dritten Teilmengen (46) mittels zweiter Umlenkmittel (62') in der Kolbenstufe (32) von der Umfangsrichtung (48) in radialer Richtung (18) nach innen umlenkbar sind, - die Einspritzstrahlen (40) jeweils mit einem ersten Strahlaufbruch (α₁) ausgebildet sind; - zusätzlich zu den ersten Einspritzstrahlen (40) zweite Einspritzstrahlen (68) direkt in den Brennraum (14) einspritzbar sind; - die zweiten Einspritzstrahlen (68) jeweils mit einem vom ersten Strahlaufbruch (α₁) unterschiedlichen zweiten Strahlaufbruch (α₂) einspritzbar sind; und - mittels der zweiten Einspritzstrahlen (68) jeweils eine vierte Teilmenge einspritzbar ist und mittels der vierten Teilmengen jeweils eine vierte Verbrennungsfront ausbildbar ist.