DE102018210001A1 - Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Uwe Reisch
Peter Kawelke
Sebastian Heins
Torsten Scheller
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
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Abstract

Brennkammer (1); zumindest aufweisend ein Volumen (5), in das ein Kolben (4) nicht eindringt; wobei die Brennkammer (1) zumindest einen Injektor (6) mit einer durch einen Injektorstempel (7) verschließbaren Injektoröffnung (8) aufweist, über die zumindest ein Kraftstoff (9) in das Volumen (5) einleitbar ist; wobei der Injektorstempel (7) gegenüber der Injektoröffnung (8) entlang einer Längsachse (10) verlagerbar ist; wobei in dem Volumen (5) und im Wesentlichen fluchtend zu der Längsachse (10) zumindest ein Strömungskörper (11) zur Führung einer Strömung (12) zumindest des Kraftstoffs (9) angeordnet ist; wobei der Strömungskörper (11) sich ausgehend von einer Kontaktfläche (13) zwischen Injektoröffnung (8) und Injektorstempel (7) entlang der Längsachse (10) zumindest teilweise bis hin zu einem Ende (14) erstreckt, das in einem Abstand (15) von der Kontaktfläche (13) angeordnet ist, wobei der Abstand (15) mindestens 100 % eines größten ersten Durchmessers (16) des Injektorstempels (7) im Bereich der Kontaktfläche (13) beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere wird die Brennkammer über einen Injektor mit einem gasförmigen Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches befüllt, das in der Brennkammer durch Verbrennung umgesetzt wird. Infolge der Verbrennung wird ein Kolben angetrieben, über den eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Injektor umfasst regelmäßig eine Injektoröffnung, die durch einen Injektorstempel geöffnet und wieder verschlossen werden kann.
  • Bei der Anwendung von direkteinblasenden CNG (compressed natural gas)-Injektoren ist bei der Gemischbildung in der Brennkammer zu beobachten, dass der über die Injektoröffnung in die Brennkammer eintretende Gas-Jet eines nach außen (in den Brennraum hinein) öffnenden Gasinjektors zum großen Anteil an das Brennraumdach anlegt und / oder folgend auf die gegenüberliegende Brennkammerseite (Kolben, Zylinderwand) trifft und sich nicht direkt in der gesamten Brennkammer verteilt. Die weitere Verteilung des Kraftstoffes in der Brennkammer erfolgt durch die Umlenkung des Gas-Jets an der angeströmten Brennkammerwand (Kolben, Zylinderwand) und ggf. durch die Interaktion mit der Ladungsbewegungsströmung (z. B. Tumble oder Drall). Der Gas-Jet ist insbesondere ein Hohlstrahl, der durch die Ausbildung starker sekundärer Strömungen beeinflusst wird. Eine Verringerung der sekundären Strömungen ermöglicht eine gezielte Ausrichtung des Gas-Jets, so dass Ladungsbewegung und Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches verbessert werden können.
  • Die technische Herausforderung besteht darin, in sehr kurzer Zeit eine Vermischung zweier Gase (Luft und Kraftstoff) zu realisieren, damit zum Zündzeitpunkt ein möglichst homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt.
  • Aus der DE 10 2006 011 721 A1 ist ein Injektor zum Eindüsen eines Kraftstoffstroms in eine Verbrennungszone bekannt.
  • Aus der DE 10 2007 044 709 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Einbringung eines gasförmigen Kraftstoffs in eine Brennraum bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Brennkammer vorgeschlagen werden, durch die eine homogene Gemischbildung verbessert wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Brennkammer mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Es wird eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, in der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zum Antrieb eines Kolbens umsetzbar ist. Die Brennkammer weist zumindest ein Volumen auf, in das der (sich gegenüber der Brennkammer bewegbare) Kolben nicht eindringt. Die Brennkammer weist weiter zumindest einen Injektor mit einer durch einen Injektorstempel verschließbaren Injektoröffnung auf, über die zumindest ein Kraftstoff in das Volumen einleitbar ist. Der Injektorstempel ist gegenüber der Injektoröffnung entlang einer Längsachse verlagerbar (so dass die Injektoröffnung über den Injektorstempel freigegeben und wieder verschlossen werden kann). In dem Volumen und (im Wesentlichen) fluchtend zu der Längsachse ist zumindest ein Strömungskörper zur Führung einer Strömung zumindest des Kraftstoffs angeordnet. Der Strömungskörper erstreckt sich ausgehend von einer Kontaktfläche zwischen Injektoröffnung und Injektorstempel entlang der Längsachse zumindest teilweise bis hin zu einem Ende (des Strömungskörpers), das in einem ersten Abstand von der Kontaktfläche angeordnet ist. Der erste Abstand beträgt mindestens 100 %, insbesondere mindestens 150 %, bevorzugt mindestens 175 %, eines größten ersten Durchmessers des Injektorstempels im Bereich der Kontaktfläche.
  • Die Kontaktfläche ist insbesondere der Bereich an der Injektoröffnung bzw. an dem Injektorstempel, an dem sich im geschlossenen Zustand der Injektoröffnung der Injektorstempel und die Injektoröffnung zur Abdichtung der Injektoröffnung kontaktieren.
  • Das Volumen der Brennkammer ist (mindestens) der Bereich z. B. eines Zylinders, in dem der Kolben bewegbar angeordnet ist, in den der Kolben nicht eindringt. Das Volumen wird durch die Wandungen der Brennkammer (Zylinderwand, Kolben, Kolbendichtring, Injektor bzw. Injektorstempel, Brennraumdach) begrenzt. Ist der Injektor in der geöffneten Stellung, wird das Volumen auch durch eine Ebene begrenzt, die die Kontaktfläche zwischen Injektoröffnung und Injektorstempel umfasst.
  • Das Volumen der Brennkammer umfasst insbesondere zwischen 10 und 1.000 Kubikzentimeter. Es können aber auch deutlich größere Volumen der Brennkammer umfasst sein, z. B. bis zu 5.000 Liter (z. B. bei Schiffsmotoren).
  • Der Injektorstempel ist gegenüber der in der Wandung der Brennkammer (des Zylinders) angeordneten Injektoröffnung entlang einer Längsachse verlagerbar. Insbesondere wird der Injektorstempel ausgehend von einer geschlossenen Stellung von der Kontaktfläche weg und in die Brennkammer hinein bewegt, so dass die Injektoröffnung freigegeben wird.
  • Der Strömungskörper ist in dem Volumen angeordnet und dabei (im Wesentlichen) fluchtend zu der Längsachse. D. h. insbesondere, dass z. B. ein Teil des Strömungskörpers auf der Längsachse (bzw. fluchtend dazu) angeordnet ist.
  • Der Strömungskörper kann mit dem Injektorstempel verbunden oder beabstandet zu dem Injektorstempel angeordnet sein. In jedem Fall erstreckt sich der Strömungskörper bis hin zu dem Ende. Das Ende des Strömungskörpers ist in einem ersten Abstand von der Kontaktfläche angeordnet. Das Ende des Strömungskörpers ist insbesondere am weitesten entfernt von der Injektoröffnung angeordnet (gegenüber anderen Teilen des Strömungskörpers).
  • Der Strömungskörper weist entlang der Längsachse eine im Wesentlichen konvexe Oberfläche auf. Insbesondere ist zumindest 75 % einer Oberfläche des Strömungskörpers konvex geformt. Insbesondere kann der Strömungskörper die Form einer Kugel aufweisen.
  • Der Strömungskörper kann einteilig mit dem Injektorstempel ausgeführt sein.
  • Bei einer einteiligen Ausführung von Injektorstempel und Strömungskörper ist die Oberfläche des Strömungskörpers insbesondere (nur) die Oberfläche des Bauteils zwischen der Kontaktfläche und dem Ende. Die übrige Oberfläche des Bauteils wird dann dem Injektorstempel zugerechnet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsart kann der Strömungskörper an einer die Brennkammer bildenden Wandung befestigt sein. Insbesondere ist der Strömungskörper einteilig mit der Wandung ausgeführt. Insbesondere ist zwischen dem Strömungskörper und der Wandung ein Übergangsbereich angeordnet, durch den der Strömungskörper dauerfest in der Position fluchtend zu der Längsachse (und zu der Injektoröffnung) gehalten werden kann.
  • Bevorzugt ist der Strömungskörper tropfenförmig ausgebildet.
  • Tropfenförmig bezeichnet eine dreidimensionale Form, die an einem Ende kugelförmig und an dem anderen (gegenüberliegenden) Ende sich kontinuierlich verjüngend ausgebildet ist.
  • Insbesondere ist das sich kontinuierlich verjüngende Ende hin zu dem Ende orientiert, wobei das kugelförmige Ende hin zu dem Injektorstempel orientiert ist.
  • Der Strömungskörper weist insbesondere eine Symmetrieachse auf, die die sich durch eine größtmögliche Anzahl von Flächenschwerpunkten von Querschnitten des Strömungskörpers erstreckt. Ein größter dreidimensionaler und (rotations-)symmetrisch ausgebildeter Bereich des Strömungskörpers, der sich um die Symmetrieachse (und/ oder um die Längsachse) erstreckt, weist insbesondere ein Volumen zwischen 0,05 und 1 Kubikzentimetern (bei Schiffsmotoren zwischen 5 und 2.500 Kubikzentimetern) auf. Insbesondere wird dabei ein die Tropfenform mit der Wandung verbindender Übergangsbereich nicht berücksichtigt.
  • Insbesondere verjüngt sich der Strömungskörper ausgehend von einem größten zweiten Durchmesser des Strömungskörpers entlang der Längsachse bis zu dem Ende kontinuierlich.
  • Bei einer einteiligen Ausführung von Injektorstempel und Strömungskörper ist der größte zweite Durchmesser in einem zweiten Abstand von der Kontaktfläche angeordnet, wobei der zweite Abstand höchstens 25 %, insbesondere höchstens 10 %, des ersten Durchmessers beträgt.
  • Bei einer getrennten Ausführung von Injektorstempel und Strömungskörper ist der größte zweite Durchmesser in einem zweiten Abstand von der Kontaktfläche angeordnet, wobei der zweite Abstand höchstens 150 %, insbesondere höchstens 100 %, des ersten Durchmessers beträgt. Insbesondere beträgt der zweite Abstand mindestens 25 %, bevorzugt mindestens 50 %.
  • Bei einer getrennten Anordnung von Injektorstempel und Strömungskörper ist der Strömungskörper insbesondere in einem dritten Abstand von der Kontaktfläche angeordnet, wobei der dritte Abstand zwischen 10 % und 25 % des ersten Durchmessers beträgt.
  • Insbesondere ist das Ende
    • • punktförmig oder
    • • stumpf
    ausgebildet. Bei einer stumpfen Ausgestaltung des Endes weist der Strömungskörper am Ende eine Fläche mit einem dritten Durchmesser auf, der höchstens 75 %, insbesondere höchstens 50 % des zweiten Durchmessers beträgt.
  • Die stumpfe Ausbildung ist bevorzugt, da damit eine mögliche Überhitzung des Strömungskörpers an dem sonst spitz (sich kontinuierlich bis zu dem Punkt verjüngenden) zulaufenden Ende verhindert werden kann.
  • Insbesondere weist der Strömungskörper in einer Ebene senkrecht zur Längsachse einen größten zweiten Durchmesser auf, wobei der zweite Durchmesser mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 100 % des größten ersten Durchmessers beträgt.
  • Insbesondere beträgt der zweite Durchmesser höchstens 150 %, insbesondere höchstens 120 % des größten ersten Durchmessers.
  • Der Strömungskörper kann eine Symmetrieachse aufweisen, die sich durch eine größtmögliche Anzahl von Flächenschwerpunkten von Querschnitten des Strömungskörpers erstreckt. Die Symmetrieachse ist parallel zur Längsachse ausgerichtet oder verläuft um einen Winkel von höchstens 45 Winkelgrad, insbesondere von höchstens 25 Winkelgrad, bevorzugt von höchstens 15 Winkelgrad, geneigt gegenüber der Längsachse.
  • Der Strömungskörper hat die Funktion, zumindest den über die Injektoröffnung einströmenden Kraftstoff (bzw. das über die Injektoröffnung einströmende Fluid, insbesondere ein Gas, dass stromaufwärts der Injektoröffnung unter Druck stand und nun in der Brennkammer expandiert) entlang der Oberfläche des Strömungskörpers zu führen, insbesondere unter Ausnutzung des sogenannten Coanda-Effekts.
  • Der Coanda-Effekt bezeichnet insbesondere eine Tendenz eines Gasstrahls oder einer Flüssigkeitsströmung, an einer konvexen Oberfläche entlangzulaufen, anstatt sich abzulösen und sich in der ursprünglichen Fließrichtung weiterzubewegen.
  • Durch das Führen zumindest des Kraftstoffes entlang der Oberfläche des Strömungskörpers kann die Ausbildung eines Hohlkegelstrahls mit der daraus resultierenden intensiven sekundären Wirbelströmung verhindert werden. Eine gezielte Ausrichtung des Strömungskörpers kann zudem die Ladungsbewegung unterstützen.
  • Der Strömungskörper ermöglicht insbesondere eine vorteilhafte Interaktion zumindest des Kraftstoffes mit der Ladungsbewegung in der Brennkammer. Bevorzugt kann ggf. eine ungewollte störende Interaktion mit der Einlassströmung (z. B. der Luft) verhindert werden, so dass zum Zündzeitpunkt des Kraftstoff-Luft-Gemisches ein höheres Turbulenzniveau und damit eine homogenere Gemischbildung sowie ein kürzerer Zündverzug und eine kürzere Brenndauer erreicht werden kann.
  • Eine gezielte Ausrichtung des Strömungskörpers kann die durch das Einströmen der Luft in die Brennkammer induzierte Ladungsbewegung unterstützen.
  • Es wird weiter eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine zumindest die beschriebene Brennkammer sowie einen Kolben aufweist, der durch die Umsetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer antreibbar ist. Insbesondere wird dabei ein gasförmiger Kraftstoff eingesetzt.
  • Insbesondere wird die Brennkammer über den Injektor mit einem Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches befüllt, das in der Brennkammer durch Verbrennung umgesetzt wird. Infolge der Verbrennung wird ein Kolben angetrieben, über den eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Injektor umfasst regelmäßig eine Injektoröffnung, die durch einen Injektorstempel geöffnet und wieder verschlossen werden kann.
  • Insbesondere umfasst der Kraftstoff zumindest (oder ausschließlich) CNG (compressed natural gas) oder einen anderen gasförmigen Kraftstoff.
  • Die Ausführungen zu der Brennkammer sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt. Das Kraftfahrzeug umfasst insbesondere auch Schiffe und Luftfahrzeuge.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • 1: eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Brennkammer in einer Seitenansicht;
    • 2: eine erste Ausführungsvariante einer Brennkammer in einer Seitenansicht;
    • 3: eine zweite Ausführungsvariante einer Brennkammer in einer Seitenansicht;
    • 4: eine dritte Ausführungsvariante einer Brennkammer in einer Ansicht von unten;
    • 5: die dritte Ausführungsvariante nach 4 in einer Seitenansicht;
    • 6: eine vierte Ausführungsvariante einer Brennkammer in einer Seitenansicht;
    • 7: ein Diagramm;
    • 8: eine Darstellung der Turbulenzenergie in der Brennkammer ohne Strömungskörper; und
    • 9: eine Darstellung der Turbulenzenergie in der Brennkammer mit Strömungskörper.
  • 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 2 mit einer Brennkammer 1 in einer Seitenansicht. Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist die Brennkammer 1 sowie einen Kolben 4 auf, der durch die Umsetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches 3 in der Brennkammer 1 antreibbar ist.
  • Die Brennkammer 1 wird über den Injektor 6 mit einem Kraftstoff 9 zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches 3 befüllt, das in der Brennkammer 1 durch Verbrennung umgesetzt wird. Infolge der Verbrennung wird ein Kolben 4 angetrieben, über den eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 2 antreibbar ist. Der Injektor 6 umfasst eine Injektoröffnung 8, die durch einen Injektorstempel 7 geöffnet und wieder verschlossen werden kann.
  • Die Brennkammer 1 weist ein Volumen 5 (oberhalb der gestrichelten Linie) auf, in das der sich gegenüber der Brennkammer 1 bewegbare Kolben 4 nicht eindringt. Die Brennkammer 1 weist weiter einen Injektor 6 mit einer durch einen Injektorstempel 7 verschließbaren Injektoröffnung 8 auf, über die ein Kraftstoff 9 in das Volumen 5 einleitbar ist.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Brennkammer 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
  • Der Injektorstempel 7 ist gegenüber der Injektoröffnung 8 entlang einer Längsachse 10 verlagerbar, so dass die Injektoröffnung 8 über den Injektorstempel 7 freigegeben und wieder verschlossen werden kann. In dem Volumen 5 und (im Wesentlichen) fluchtend zu der Längsachse 10 ist ein Strömungskörper 11 zur Führung einer Strömung 12 des Kraftstoffs 9 angeordnet. Der Strömungskörper 11 erstreckt sich ausgehend von einer Kontaktfläche 13 zwischen Injektoröffnung 8 und Injektorstempel 7 entlang der Längsachse 10 zumindest teilweise bis hin zu einem Ende 14 des Strömungskörpers 11. Das Ende 14 ist in einem ersten Abstand 15 von der Kontaktfläche 13 angeordnet ist. Der erste Abstand 15 beträgt hier ca. 200 % eines größten ersten Durchmessers 16 des Injektorstempels 7 im Bereich der Kontaktfläche 13.
  • Der Injektorstempel 7 wird ausgehend von einer geschlossenen Stellung von der Kontaktfläche 13 weg und in die Brennkammer 1 hinein bewegt, so dass die Injektoröffnung 8 freigegeben wird.
  • Der Strömungskörper 11 ist in dem Volumen 5 angeordnet und dabei (im Wesentlichen) fluchtend zu der Längsachse 10. D. h., dass z. B. ein Teil des Strömungskörpers 11 auf der Längsachse 10 (bzw. fluchtend dazu) angeordnet ist.
  • Der Strömungskörper 11 weist entlang der Längsachse 10 eine im Wesentlichen konvexe Oberfläche 17 auf.
  • Der Strömungskörper 11 ist an einer die Brennkammer 1 bildenden Wandung 18 befestigt. Zwischen dem Strömungskörper 11 und der Wandung 18 ist ein Übergangsbereich 27 angeordnet, durch den der Strömungskörper 11 dauerfest in der Position fluchtend zu der Längsachse 10 (und zu der Injektoröffnung 8) gehalten werden kann.
  • Hier ist der Strömungskörper 11 tropfenförmig ausgebildet.
  • Der Strömungskörper verjüngt sich ausgehend von einem größten zweiten Durchmesser 19 des Strömungskörpers 11 entlang der Längsachse 10 bis zu dem Ende 14 kontinuierlich. Das Ende 14 ist punktförmig ausgebildet.
  • Der größte zweite Durchmesser 19 ist in einem zweiten Abstand 25 von der Kontaktfläche13 angeordnet
  • Der Strömungskörper ist in einem dritten Abstand 26 von der Kontaktfläche 13 angeordnet.
  • Der Strömungskörper 11 hat die Funktion, den über die Injektoröffnung 8 einströmenden Kraftstoff 9 entlang der Oberfläche 17 des Strömungskörpers 11 zu führen, unter Ausnutzung des sogenannten Coanda-Effekts.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Brennkammer 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu 1 und 2 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist hier ein stumpfes Ende 14 des Strömungskörpers 11 angedeutet. Bei einer stumpfen Ausgestaltung des Endes 14 weist der Strömungskörper 11 am Ende 14 eine Fläche mit einem dritten Durchmesser 20 auf.
  • Der Strömungskörper 11 weist eine Symmetrieachse 22 auf, die sich durch eine größtmögliche Anzahl von Flächenschwerpunkten von Querschnitten des Strömungskörpers erstreckt. Die Symmetrieachse 22 verläuft um einen Winkel 23 geneigt gegenüber der Längsachse 10 (hier ist die Längsachse 10 parallelverschoben dargestellt).
  • 4 zeigt eine dritte Ausführungsvariante (bzw. die zweite Ausführungsvariante nach 3) einer Brennkammer 1 in einer Ansicht von unten. 5 zeigt die dritte Ausführungsvariante nach 4 in einer Seitenansicht. Die 4 und 5 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 2 und 3 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist hier ein stumpfes Ende 14 des Strömungskörpers 11 dargestellt. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsvariante ist hier der Übergangsbereich 27 anders ausgestaltet. Der Übergangsbereich 27 erstreckt sich über die ganze Länge des Strömungskörpers 11 (Distanz zwischen erstem Abstand 15 und drittem Abstand 26).
  • 6 zeigt eine vierte Ausführungsvariante einer Brennkammer 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu 1 und 2 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist der Strömungskörper 11 mit dem Injektorstempel 7 verbunden also einteilig mit dem Injektorstempel 7 ausgeführt.
  • Der Strömungskörper 11 verjüngt sich ausgehend von einem größten zweiten Durchmesser 19 des Strömungskörpers 11 entlang der Längsachse 10 bis zu dem Ende 14 kontinuierlich.
  • Bei der einteiligen Ausführung von Injektorstempel 7 und Strömungskörper 11 ist der größte zweite Durchmesser 19 in einem zweiten Abstand 25 von der Kontaktfläche 13 angeordnet.
  • 7 zeigt ein Diagramm. Auf der vertikalen Achse ist die gemittelte turbulente kinetische Energie 28 in der Brennkammer 1, also des über die Injektoröffnung 8 eingebrachten Kraftstoffes 9 und der Luft, aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist der Kurbelwinkel 29 der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 2 aufgetragen. Die Injektoröffnung 8 und damit die Eindüsung des Kraftstoffes 9 erfolgt in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel 29 (und damit der Stellung des Kolbens 4 gegenüber der Brennkammer 1).
  • Der erste Verlauf 30 zeigt den Verlauf der turbulenten kinetischen Energie 28 bei der Eindüsung des Kraftstoffes 9 in eine Brennkammer 1 ohne Strömungskörper 11.
  • Der zweite Verlauf 31 zeigt den Verlauf der turbulenten kinetischen Energie 28 bei der Eindüsung des Kraftstoffes 9 in eine Brennkammer 1 mit tropfenförmigen Strömungskörper 11 z. B. gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsvariante.
  • Der dritte Verlauf 32 zeigt den Verlauf der turbulenten kinetischen Energie 28 bei der Eindüsung des Kraftstoffes 9 in eine Brennkammer 1 mit Strömungskörper 11 z. B. gemäß der dritten Ausführungsvariante.
  • 8 zeigt eine Darstellung der Turbulenz in der Brennkammer 1 ohne Strömungskörper 11 (und mit Zündkerze 24). 9 zeigt eine Darstellung der Turbulenz in der Brennkammer 1 mit Strömungskörper 11. Die 8 und 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • Erkennbar ist in 9 der Bereich höchster Turbulenz 33 des eingedüsten Kraftstoffes 9 größer als in 8.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkammer
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Kraftstoff-Luft-Gem isch
    4
    Kolben
    5
    Volumen
    6
    Injektor
    7
    Injektorstempel
    8
    Injektoröffnung
    9
    Kraftstoff
    10
    Längsachse
    11
    Strömungskörper
    12
    Strömung
    13
    Kontaktfläche
    14
    Ende
    15
    erster Abstand
    16
    erster Durchmesser
    17
    Oberfläche
    18
    Wandung
    19
    zweiter Durchmesser
    20
    dritter Durchmesser
    21
    Ebene
    22
    Symmetrieachse
    23
    Winkel
    24
    Zündkerze
    25
    zweiter Abstand
    26
    dritter Abstand
    27
    Übergangsbereich
    28
    turbulente kinetische Energie [Meter2/Sekunde2]
    29
    Kurbelwinkel
    30
    erster Verlauf
    31
    zweiter Verlauf
    32
    dritter Verlauf
    33
    Bereich höchster Turbulenz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006011721 A1 [0004]
    • DE 102007044709 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Brennkammer (1) einer Verbrennungskraftmaschine (2), in der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch (3) zum Antrieb eines Kolbens (4) umsetzbar ist, zumindest aufweisend ein Volumen (5), in das der Kolben (4) nicht eindringt, wobei die Brennkammer (1) zumindest einen Injektor (6) mit einer durch einen Injektorstempel (7) verschließbaren Injektoröffnung (8) aufweist, über die zumindest ein Kraftstoff (9) in das Volumen (5) einleitbar ist, wobei der Injektorstempel (7) gegenüber der Injektoröffnung (8) entlang einer Längsachse (10) verlagerbar ist, wobei in dem Volumen (5) und im Wesentlichen fluchtend zu der Längsachse (10) zumindest ein Strömungskörper (11) zur Führung einer Strömung (12) zumindest des Kraftstoffs (9) angeordnet ist, wobei der Strömungskörper (11) sich ausgehend von einer Kontaktfläche (13) zwischen Injektoröffnung (8) und Injektorstempel (7) entlang der Längsachse (10) zumindest teilweise bis hin zu einem Ende (14) erstreckt, das in einem ersten Abstand (15) von der Kontaktfläche (13) angeordnet ist, wobei der erste Abstand (15) mindestens 100 % eines größten ersten Durchmessers (16) des Injektorstempels (7) im Bereich der Kontaktfläche (13) beträgt.
  2. Brennkammer (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Strömungskörper (11) entlang der Längsachse (10) eine im Wesentlichen konvexe Oberfläche (17) aufweist.
  3. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Strömungskörper (11) einteilig mit dem Injektorstempel (7) ausgeführt ist.
  4. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 2, wobei der Strömungskörper (11) an einer die Brennkammer (1) bildenden Wandung (18) befestigt ist.
  5. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Strömungskörper (11) tropfenförmig ausgebildet ist.
  6. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei sich der Strömungskörper (11) ausgehend von einem größten zweiten Durchmesser (19) des Strömungskörpers (11) entlang der Längsachse (10) bis zu dem Ende (14) kontinuierlich verjüngt.
  7. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ende (14) • punktförmig oder • stumpf, und dann mit einem dritten Durchmesser (20) am Ende (14) ausgebildet ist, wobei der dritte Durchmesser (20) höchstens 75 % des zweiten Durchmessers (19) beträgt.
  8. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Strömungskörper (11) in einer Ebene (21) senkrecht zur Längsachse (10) einen größten zweiten Durchmesser (19) aufweist, wobei der zweite Durchmesser (19) mindestens 80 % des größten ersten Durchmessers (16) beträgt.
  9. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zweite Durchmesser (19) höchstens 150 % des größten ersten Durchmessers (16) beträgt.
  10. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Strömungskörper (11) eine Symmetrieachse (22) hat, die sich durch eine größtmögliche Anzahl von Flächenschwerpunkten von Querschnitten des Strömungskörpers (11) erstreckt; wobei die Symmetrieachse (22) parallel zur Längsachse (10) ausgerichtet ist oder um einen Winkel (23) von höchstens 25 Winkelgrad geneigt gegenüber der Längsachse (10) verläuft.
  11. Verbrennungskraftmaschine (2) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) zumindest eine Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche sowie einen Kolben (4) aufweist, der durch die Umsetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches (3) in der Brennkammer (1) antreibbar ist.
  12. Verbrennungskraftmaschine (2) nach Anspruch 11, wobei der Kraftstoff (9) zumindest CNG (compressed natural gas) umfasst.
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