DE102022115682A1 - COMBUSTION SYSTEM FOR AN AIR COMPRESSING ENGINE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verbrennungssystem für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit zumindest einem hin- und hergehenden Kolben (1) mit einer rotationssymmetrischen Brennraummulde (3), welche einen Muldenboden (4) mit einer konusartigen Erhebung (5) und eine umlaufende Muldenwand (6) aufweist.Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist vorgesehen, dassa. die Brennkraftmaschine ein Kompressionsverhältnis (CR) von mindestens 17,5:1 und maximal 25:1 aufweist;b. der erste Muldendurchmesser (d1) 48% bis 62% eines maximalen Durchmessers (D) des Kolbens (1) beträgt;c. der zweite Muldendurchmesser (d2) 88% bis 100% des ersten Muldendurchmesser (d1) beträgt;d. der dritte Muldendurchmesser (d3) 120% bis 190% des ersten Muldendurchmesser (d1) beträgt;e. die maximale Muldentiefe (t1) 22% bis 35% des ersten Muldendurchmesser (d1) beträgt;f. der zweite Abschnitt (6b) in einem Abstand (t2) zwischen 7% und 16% des ersten Muldendurchmesser (d1) von der Kolbenstirnfläche (7) angeordnet ist;g. -eine erste Tangente (T1) auf die konkave Ringfläche (8) mit der Kolbenstirnfläche (7) einen ersten Winkel (Φ) zwischen 25° und 90° einschließt.The invention relates to a combustion system for an air-compressing internal combustion engine with at least one reciprocating piston (1) with a rotationally symmetrical combustion bowl (3) which has a bowl base (4) with a cone-like elevation (5) and a surrounding bowl wall (6). to achieve high efficiency, it is provided thata. the internal combustion engine has a compression ratio (CR) of at least 17.5:1 and at most 25:1;b. the first bowl diameter (d1) is 48% to 62% of a maximum diameter (D) of the piston (1);c. the second trough diameter (d2) is 88% to 100% of the first trough diameter (d1);d. the third trough diameter (d3) is 120% to 190% of the first trough diameter (d1);e. the maximum trough depth (t1) is 22% to 35% of the first trough diameter (d1); f. the second section (6b) is arranged at a distance (t2) of between 7% and 16% of the first bowl diameter (d1) from the piston face (7);g. - a first tangent (T1) on the concave annular surface (8) with the piston end face (7) encloses a first angle (Φ) between 25° and 90°.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbrennungssystem für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit zumindest einem hin- und hergehenden Kolben mit einer zu einer Kolbenachse im Wesentlichen rotationssymmetrischen Brennraummulde, welche einen Muldenboden, der eine maximale Muldentiefe aufweist, mit einer im Wesentlichen konusartigen oder kuppelartigen Erhebung und eine umlaufende Muldenwand aufweist, wobei die Muldenwand einen an den Muldenboden anschließenden, im Wesentlichen torusartigen ersten Abschnitt mit einem maximalen inneren ersten Muldendurchmesser, daran anschließend einen eine Einschnürung ausbildenden zweiten Abschnitt mit einem minimalen inneren zweiten Muldendurchmesser, welcher kleiner ist als der innere erste Muldendurchmesser, und daran anschließend einen einen Muldenrandbereich bildenden dritten Abschnitt mit einem maximalen dritten Muldendurchmesser ausbildet, wobei - in einem Meridianschnitt des Kolbens betrachtet - der erste Abschnitt einen konkaven ersten Krümmungsradius und der zweite Abschnitt einen konvexen zweiten Krümmungsradius aufweist, und wobei der dritte Abschnitt zumindest eine an den zweiten Abschnitt direkt oder indirekt anschließende und geneigt zu einer Normalebene auf die Kolbenachse angeordnete zumindest im Wesentlichen konkave Ringfläche ausbildet, wobei insbesondere die Ringfläche ab einem Wendepunkt in eine konvexe Ringfläche übergeht, die im Bereich einer Kolbenstirnfläche ausgebildet ist. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungssystem der genannten Art.The invention relates to a combustion system for an air-compressing internal combustion engine with at least one reciprocating piston with a combustion bowl that is essentially rotationally symmetrical to a piston axis and has a bowl bottom that has a maximum bowl depth, with a substantially cone-like or dome-like elevation and a circumferential bowl wall , wherein the trough wall has a substantially toroidal first section which adjoins the trough base and has a maximum inner first trough diameter, followed by a second section which forms a constriction and has a minimum inner second trough diameter which is smaller than the inner first trough diameter, and then a forms a third section forming a bowl edge region with a maximum third bowl diameter, wherein—viewed in a meridian section of the piston—the first section has a concave first wheel of curvature ius and the second section has a convex second radius of curvature, and wherein the third section forms at least one at least essentially concave annular surface which is directly or indirectly adjacent to the second section and is arranged inclined to a plane normal to the piston axis, the annular surface in particular starting at a turning point in a convex annular surface which is formed in the region of a piston end face. The invention also relates to an internal combustion engine with a combustion system of the type mentioned.
Aus der
Die
Weiters offenbart die
Die
Die
Aus den Dokumenten
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbrennungssystem für luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.The object of the invention is to provide a highly efficient combustion system for air-compressing internal combustion engines.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass
- a. die Brennkraftmaschine ein Kompressionsverhältnis von mindestens 17,5:1 und maximal 25:1, vorzugsweise mindestens 20,1:1 und maximal 23,1:1, aufweist;
- b. der erste Muldendurchmesser mindestens 48% und maximal 62%, vorzugsweise mindestens 50% und maximal 55%. eines maximalen Durchmessers des Kolbens beträgt;
- c. der zweite Muldendurchmesser mindestens 88% und maximal 100%, vorzugsweise mindestens 90% und maximal 96%, des ersten Muldendurchmesser beträgt;
- d. der dritte Muldendurchmesser mindestens 120% und maximal 190%, vorzugsweise mindestens 125% und maximal 150%, des ersten Muldendurchmesser beträgt;
- e. die maximale Muldentiefe mindestens 22% und maximal 35%, vorzugsweise mindestens 25% und maximal 30%, des ersten Muldendurchmesser beträgt;
- f. in einem Meridianschnitt betrachtet - ein Punkt des zweite Abschnitt mit minimalem inneren zweiten Muldendurchmesser in einem Abstand von einer Kolbenstirnfläche entfernt angeordnet ist, welcher mindestens 7% und maximal 16%, vorzugsweise mindestens 10% und maximal 13%, des ersten Muldendurchmesser beträgt;
- g. im Meridianschnitt des Kolbens betrachtet - eine erste Tangente auf die konkave Ringfläche mit der Kolbenstirnfläche einen ersten Winkel von mindestens 25° und maximal 90°, vorzugsweise mindestens 40° und maximal 60°, einschließt, wobei
- i. im Falle einer sich mit der Kolbenstirnfläche schneidenden konkaven Ringfläche - die erste Tangente im Schnittpunkt der konkaven Ringfläche mit der Kolbenstirnfläche oder
- ii. - im Falle einer konkaven Ringfläche mit einer radial außerhalb anschließenden konvexen Ringfläche - in einem ersten Wendepunkt zwischen der konkaven Ringfläche und der konvexen Ringfläche
- a. the internal combustion engine has a compression ratio of at least 17.5:1 and no more than 25:1, preferably at least 20.1:1 and no more than 23.1:1;
- b. the first trough diameter at least 48% and at most 62%, preferably at least 50% and at most 55%. a maximum diameter of the piston is;
- c. the second trough diameter is at least 88% and a maximum of 100%, preferably at least 90% and a maximum of 96% of the first trough diameter;
- i.e. the third trough diameter is at least 120% and a maximum of 190%, preferably at least 125% and a maximum of 150% of the first trough diameter;
- e. the maximum trough depth is at least 22% and a maximum of 35%, preferably at least 25% and a maximum of 30% of the first trough diameter;
- f. Viewed in a meridian section - a point of the second section with minimum internal second bowl diameter is located at a distance from a piston face which is at least 7% and no more than 16%, preferably at least 10% and no more than 13% of the first bowl diameter;
- G. viewed in the meridian section of the piston - a first tangent on the concave annular surface with the piston end face includes a first angle of at least 25° and at most 90°, preferably at least 40° and at most 60°, wherein
- i. in the case of a concave annular surface intersecting with the piston face - the first tangent at the point of intersection of the concave annular surface with the piston face or
- ii. - in the case of a concave annular surface with a radially outward adjoining convex annular surface - in a first turning point between the concave annular surface and the convex annular surface
Überraschender Weise hat sich herausgestellt, dass durch die Kombination der genannten Merkmale der effektive Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine wesentlich gesteigert werden kann.Surprisingly, it has been found that the effective efficiency of the internal combustion engine can be significantly increased through the combination of the features mentioned.
Unter Meridianschnitt des Kolbens wird ein Schnitt entlang der Kolbenachse des Kolbens verstanden, der normal zur Brennraummulde verläuft. Der Meridianschnitt ergibt damit eine Meridianebene, die normal zur Brennraummulde steht und parallel zur bzw. zusammenfallend mit der Kolbenachse ist.A meridian section of the piston is understood to be a section along the piston axis of the piston, which runs normal to the combustion bowl. The meridian section thus results in a meridian plane that is normal to the combustion bowl and is parallel to or coincident with the piston axis.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Einspritzeinrichtung im Bereich der Kolbenachse so angeordnet ist, dass zumindest ein Kraftstoffstrahl in zumindest einer Hubstellung des Kolbens auf den zweiten Abschnitt trifft und der Kraftstoffstrahl durch den zweiten Abschnitt in einen zum ersten Abschnitt gerichteten ersten Strahlteil und einen zum dritten Abschnitt gerichteten zweiten Strahlteil aufteilbar ist.In one embodiment variant of the invention, it is provided that an injection device is arranged in the area of the piston axis in such a way that at least one fuel spray hits the second section in at least one stroke position of the piston and the fuel spray passes through the second section into a first spray part directed towards the first section and a second beam part directed towards the third section can be divided.
In aufwendigen Versuchen und Berechnungen hat sich gezeigt, dass in Kombination mit den eingangs genannten Merkmalen Stagnationszonen an den Muldenwänden im dritten Abschnitt vermieden werden können, wenn in einem Meridianschnitt des sich im oberen Totpunkt befindenden Kolbens betrachtet - zumindest eine Strahlachse der Einspritzeinrichtung die Kolbenmulde in einen an den Muldenboden des Kolbens grenzenden unteren Bereich und einen daran in Richtung der Brennraumdecke anschließenden oberen Bereich unterteilt, wobei der untere Bereich etwa 54 bis 62%, vorzugsweise 56% und der obere Bereich etwa 38 bis 46%, vorzugsweise 44%, der gesamten Brennraummulde beträgt.Extensive tests and calculations have shown that, in combination with the features mentioned above, stagnation zones on the bowl walls in the third section can be avoided if, in a meridian section of the piston located at top dead center, at least one jet axis of the injection device divides the piston bowl into a the lower area adjoining the bowl bottom of the piston and an upper area adjoining it in the direction of the combustion chamber ceiling, with the lower area covering about 54 to 62%, preferably 56%, and the upper area about 38 to 46%, preferably 44%, of the entire combustion chamber bowl amounts to.
Dadurch, dass der innere zweite Muldendurchmesser mindestens 88% und maximal 100% des ersten Muldendurchmesser beträgt, wird eine ausgeprägte Aufteilung in zwei Strahlteile erreicht. Für eine Aufteilung des Kraftstoffstrahles ist es günstig, wenn - bezogen auf einen größten Durchmesser des Kolbens - der zweite Krümmungsradius 0,02 ±50% beträgt.Due to the fact that the inner second trough diameter is at least 88% and at most 100% of the first trough diameter, a pronounced division into two beam parts is achieved. For splitting up the fuel jet, it is favorable if--related to a largest diameter of the piston--the second radius of curvature is 0.02±50%.
Der Kraftstoffstrahl wird entlang der zumindest einen Ringfläche in Richtung der Zylinderwand geleitet, wobei der direkte Kontakt mit der Zylinderwand vermieden werden kann. Dies unterstützt die maximale Erfassung von verfügbarer Frischgasladung für eine vollständige emissionsarme Verbrennung. Dabei erzeugt der Kraftstoffimpuls eine Ladungsbewegung, die sich in Form einer Rotation entgegen des Einspritzstrahles ausbildet. Dies erfolgt sowohl im Bereich zwischen dem Kolben und der durch das Feuerdeck des Zylinderkopfes gebildeten Brennraumdecke als auch zwischen Kolben und Muldenboden. Die somit entstehenden rotierenden Walzen werden durch die Kraftstoffstrahlen noch weiter angefacht und ermöglichen dadurch ein annähernd homogenes Kraftstoff/Luftgemisch. Dadurch kann eine gute und emissionsarme Verbrennung erzielt werden.The fuel jet is guided along the at least one annular surface in the direction of the cylinder wall, with direct contact with the cylinder wall being able to be avoided. This supports the maximum capture of available fresh gas charge for complete low-emission combustion. The fuel impulse generates a charge movement, which develops in the form of a rotation against the injection jet. This occurs both in the area between the piston and through the fire deck of the cylinder head formed combustion chamber ceiling and between the piston and bowl floor. The resulting rotating rollers are fanned even further by the fuel jets and thus enable an almost homogeneous fuel/air mixture. As a result, good and low-emission combustion can be achieved.
Vorzugsweise weist die Einspritzeinrichtung mindestens 7 und maximal 12, insbesondere 8, Einspritzöffnungen auf.The injection device preferably has at least 7 and at most 12, in particular 8, injection openings.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn - in einem Meridianschnitt des sich im oberen Totpunkt befindenden Kolbens betrachtet - zumindest eine Strahlachse der Einspritzeinrichtung mit der Kolbenachse einen Kraftstoffsprühkegelwinkel
Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass die Einspritzdauer mindestens 12° und maximal 22°, vorzugsweise mindestens 14° und maximal 20°, Kurbelwinkel beträgt.In the context of the invention, it is further provided that the injection duration is at least 12° and at most 22°, preferably at least 14° and at most 20°, crank angle.
Um eine zum Muldenboden gerichtete ausgeprägte erste Wirbelwalze zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn - bezogen auf einen größten Durchmesser des Kolbens - der erste Krümmungsradius 0,06 ± 50% (d.h., das 0,06-fache des größten Durchmessers des Kolbens) beträgt.In order to generate a pronounced first vortex roller directed towards the bowl bottom, it is advantageous if - based on a largest diameter of the piston - the first radius of curvature is 0.06 ± 50% (i.e. 0.06 times the largest diameter of the piston). .
Der Kolben eignet sich für Brennkraftmaschinen mit einer drallbehafteten Einlasskanalstruktur, wobei eine Drallzahl der Strömung im Brennraum um die Kolbenachse mindestens 1, also größer 1, und maximal 2 beträgt. Unter Einlassstruktur ist die Form und Anordnung der Einlasskanäle im Zylinderkopf gemeint, welche so ausgebildet sind, dass beim Einströmen der Luft in den Brennraum ein Drall mit einer Drallzahl zwischen 1 und 2, also größer 1 und maximal 2, generiert wird.The piston is suitable for internal combustion engines with a swirling intake port structure, with a swirl number of the flow in the combustion chamber around the piston axis being at least 1, ie greater than 1, and at most 2. The intake structure means the shape and arrangement of the intake ports in the cylinder head, which are designed in such a way that when the air flows into the combustion chamber, a swirl with a swirl number between 1 and 2, i.e. greater than 1 and a maximum of 2, is generated.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Meridianschnitt in einer ersten Ausführungsvariante; -
2 die Kolbenmulde dieses Kolbens in einem Meridianschnitt; -
3 diesen Kolben in einer Draufsicht; -
4 eine Einlasskanalstruktur in einer Draufsicht und -
5 eine Kolbenmulde eines Kolbens einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Meridianschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante; -
6 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Meridianschnitt in einer dritten Ausführungsvariante -
7a dasDetail VII aus 2 ; -
7b dasDetail VII aus 2 in einer Ausführungsvariante; -
8a dasDetail VIII aus 5 ; -
8b dasDetail VIII aus 5 in einer Ausführungsvariante; -
8c dasDetail VIII aus 5 in einer weiteren Ausführungsvariante; -
9a dasDetail IX aus 1 ; -
9b dasDetail IX aus 1 in einer Ausführungsvariante und -
10 dasDetail X aus 4 .
-
1 a piston of an internal combustion engine according to the invention in a meridian section in a first embodiment; -
2 the piston bowl of this piston in a meridian section; -
3 this piston in a plan view; -
4 an intake port structure in a plan view and -
5 a piston recess of a piston of an internal combustion engine according to the invention in a meridian section in a second embodiment variant; -
6 a piston of an internal combustion engine according to the invention in a meridian section in a third embodiment -
7a detail VII2 ; -
7b detail VII2 in an embodiment variant; -
8a the detail VIII out5 ; -
8b the detail VIII out5 in an embodiment variant; -
8c the detail VIII out5 in a further embodiment variant; -
9a detail IX 1 ; -
9b detail IX 1 in one embodiment and -
10 the detail X off4 .
In den Kolben 1 ist eine zur Kolbenachse 2 rotationssymmetrisch ausgebildete Brennraummulde 3 eingeformt. Die zumindest einen großen Teil des Brennraumes bildende Brennraummulde 3 des Kolbens 1 besteht aus einem Muldenboden 4 mit einer konusartigen zentralen Erhebung 5, und einer umlaufenden Muldenwand 6. Beginnend vom Muldenboden 4 weist die Muldenwand 6 einen ersten Abschnitt 6a, einen daran anschließenden zweiten Abschnitt 6b, sowie einen an den zweiten Abschnitt 6b anschließenden dritten Abschnitt auf 6c, wobei der dritte Abschnitt 6c an die dem nicht weiter dargestellten Zylinderkopf zugewandte Kolbenstirnfläche 7 grenzt und einen Muldenrandbereich 12 bildet. Der zweite Abschnitt 6b hat die Funktion eines Sprühteilers für die Kraftstoffstrahlen S.In the piston 1 a
Im ersten Abschnitt 6a ist die Muldenwand 6 zumindest teilweise kreistorusförmig gestaltet, wobei - in einem Meridianschnitt des Kolbens 1 betrachtet - der konkave erste Krümmungsradius R1 des ersten Abschnittes 6a etwa 0,06 ± 50% des größten Durchmesser D des Kolbens 1 beträgt. Im Bereich des ersten Abschnittes 6a weist die Brennraummulde 3 einen inneren ersten Durchmesser d1 auf, welcher mindestens 48% und maximal 62 % des maximalen Durchmessers D des Kolbens 1 beträgt. Im Bereich des zweiten Abschnittes 6b ist die Muldenwand 6 eingezogen und überhängend ausgebildet, wobei der im Bereich des zweiten Abschnittes 6b gemessene innere zweite Muldendurchmesser d2 mindestens 88% und maximal etwa 100% des inneren ersten Muldendurchmessers d1 beträgt. Bezogen auf den maximalen Kolbendurchmesser D beträgt der innere erste Muldendurchmesser d1 also etwa 0,42 bis 0,62.In the
Der dritte Abschnitt 6c der Muldenwand 6 weist zumindest eine konkave Ringfläche 8 mit einem dritten Krümmungsradius R3 auf, welche bei der in
In den in den
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die maximale Muldentiefe 13 mindestens 22% und maximal 35% des ersten Muldendurchmessers d1.In the exemplary embodiment shown, the maximum depression depth 13 is at least 22% and at most 35% of the first depression diameter d1.
Die im Bereich der zentralen Erhebung 5 gemessene minimale Muldentiefe t3 beträgt etwa 4% bis 8%, insbesondere 6%, des maximalen Durchmesser D des Kolbens 1. Ein von der Kolbenstirnfläche 7 in Richtung der Kolbenachse 2 weg gemessener Abstand t2 des zweiten Abschnittes 6b beträgt mindestens 7% und maximal 16% des ersten Muldendurchmessers d1. Die konische Erhebung 5 spannt mit der Kolbenachse 2 einen dritten Winkel δ von etwa 20° bis 40° - im Beispiel etwa 30° - auf. Die Erhebung 5 weist einen zentralen Krümmungsradius RZ auf, welcher beispielsweise etwa 6% des größten Durchmessers D des Kolbens 1 beträgt.The minimum depression depth t3 measured in the area of the
Wie in
Die Geometrie des Kolbens 1 und die Einspritzrichtung der Einspritzeinrichtung 10 sind so aufeinander abgestimmt, dass - in einem Meridianschnitt des sich im oberen Totpunkt OT befindenden Kolbens 1 betrachtet - zumindest eine Strahlachse Sa eines Einspritzstrahles der Einspritzeinrichtung 10, die auf den Punkt P des zweiten Abschnitts 6b mit minimalem inneren zweiten Muldendurchmesser d2 trifft, die Brennraummulde 3 in einen unteren Bereich 3a und einen oberen Bereich 3b unterteilt, wobei der untere Bereich 3a etwa 54% bis 62%, vorzugsweise 56% und der obere Bereich 3b etwa 38% bis 46%, vorzugsweise 44%, des gesamten Bereichs der Brennraummulde 3 beträgt (
Die in
Bei der in
Das erfindungsgemäße drallgestützte Verbrennungssystem für kompressionsgezündete bzw. luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit einem definierten Drallniveau mit einer Drallzahl zwischen 1 und 2 kombiniert ein hohes Verdichtungsverhältnis CR mit einer kurzen Einspritzdauer, was zu einem erhöhten thermodynamischen Wirkungsgrad und damit zu eine höheren effektiven Wirkungsgrad (BTE=Break Thermal Efficiency) führt. Das Verdichtungsverhältnis CR sollte zwischen 17,5:1 und 25:1, insbesondere zwischen 20:1 und 23:1, liegen, während die Einspritzdauer in einem Kurbelwinkelbereich CA von 12° bis 22°, insbesondere vorzugsweise 14° bis 20° liegen sollte.The swirl-supported combustion system according to the invention for compression-ignited or air-compressing internal combustion engines with a defined swirl level with a swirl number between 1 and 2 combines a high compression ratio CR with a short injection duration, which leads to increased thermodynamic efficiency and thus to higher effective efficiency (BTE=Break Thermal Efficiency ) leads. The compression ratio CR should be between 17.5:1 and 25:1, in particular between 20:1 and 23:1, while the injection duration should be in a crank angle range CA of 12° to 22°, particularly preferably 14° to 20° .
Das Verbrennungssystem kann durch den Zylinderbohrungsdurchmesser bzw. den maximalen Kolbendurchmesser D, den ersten Muldendurchmesser d1, den zweiten Muldendurchmesser d2, den dritten Muldendurchmesser d3, die die Brennraumtiefe definierende maximale Muldentiefe t1, die durch den Abstand t2 von der Kolbenstirnfläche 7 definierte Tiefe des Sprühteilers 11 am Punkt P des zweiten Abschnitts 6b mit minimalen inneren zweiten Muldendurchmesser d2, den ersten Winkel Φzwischen dem Muldenrandbereich 12 und der Kolbenstirnfläche 7 und dem Kraftstoffsprühkegelwinkel α beschrieben werden, wie in den
Die Hauptmerkmale des Verbrennungssystems lassen sich durch den Sprühteiler 11, der die Kraftstoffstrahlen S jeweils in einen ersten Strahlteil S1 und einen zweiten Strahlteil S2 aufteilt, einen vergrößerten dritten Muldendurchmesser d3 im Bereich des Muldenrandbereiches 12, der sich oberhalb des Sprühteilers 11 befindet, um den Kraftstoff in Richtung Zylinderkopf und Laufbuchse zu leiten, und den Bereich unterhalb des Sprühteilers 11, der den Kraftstoff zur Mitte der Brennraummulde 3 leitet, beschreiben (siehe
Um ein hohes Verdichtungsverhältnis CR bei ausreichender Muldentiefe t1 zu erreichen, ist eine schmale Kolbenmuldenkonstruktion erforderlich. Der erste Muldendurchmesser d1 sollte in einem Bereich zwischen 48% bis 62%, insbesondere 50% bis 55%, bezogen auf den maximalen Kolbendurchmesser D liegen.In order to achieve a high compression ratio CR with sufficient bowl depth t1, a narrow piston bowl design is required. The first depression diameter d1 should be in a range between 48% and 62%, in particular 50% and 55%, based on the maximum piston diameter D.
Bei der kurzen Einspritzdauer und dem kleinen Volumen des Brennraums aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses CR verbessert diese Brennraummulde 3 die Vermischung des Kraftstoffs mit der Ladeluft für eine verbesserte Verbrennungseffizienz.With the short injection duration and small volume of the combustion chamber due to the high compression ratio CR, this
Der Sprühverteiler 11 teilt der die eingespritzten Kraftstoffstrahlen S jeweils in zwei Strahlteile S1, S2 auf und unterstützt die Kraftstoffausbreitung zu den gewünschten Stellen während der sehr kurzen Einspritzdauer. Er ist gekennzeichnet durch das die Strahlaufteilung und -umlenkung definierende Verhältnis des zweiten Muldendurchmessers d2 zum ersten Muldendurchmesser d1, welches zwischen 88% und 100%, vorzugsweise 90% bis 96% beträgt sowie den Abstand t2 Strahlteilers 11 von der Kolbenstirnfläche 7, welcher zwischen 7% und 16%, vorzugsweise zwischen 8% und 13% des ersten Muldendurchmessers d1 beträgt, wie in den
Der vergrößerte dritte Muldendurchmesser d3 gibt die Möglichkeit, den verdampften Kraftstoff in Richtung des Zylinderkopf-Feuerdecks und der Zylinderlaufbuchse zu leiten, um eine bessere Vermischung mit der Ladeluft aus diesem Bereich zu erreichen, was zu einem verbesserten Verbrennungswirkungsgrad führt, wie die Beispiele in
Die Erhebung 5, die konusförmig oder leicht kuppelförmig sein kann, ermöglicht eine bessere Brennstoffausbreitung und Vermischung mit der Luftladung zur Mitte der Brennraummulden 3 hin.
Um einen hohen Verbrennungswirkungsgrad zu erreichen, sollte das Verhältnis der maximalen Muldentiefe t1 zum ersten Muldendurchmesser d1 zwischen 22% und 35%, vorzugsweise 24% bis 32% liegen.In order to achieve high combustion efficiency, the ratio of the maximum depression depth t1 to the first depression diameter d1 should be between 22% and 35%, preferably 24% to 32%.
Die Anpassung des Kraftstoffsprühkegelwinkels α an die Form der Kolbenmulde 3 ist für eine hohe Verbrennungseffizienz unerlässlich. Da das beschriebene Verbrennungssystem kurze Einspritzdauern in der Nähe des oberen Totpunkts mit fast keiner vertikalen Bewegung des Kolbens kombiniert, muss die Aufspaltungswirkung des Kraftstoffstrahls S durch den Sprühverteiler 11 gewährleistet sein. Um einen hohen effektiven Wirkungsgrad zu gewährleisten, ist der halbe Kraftstoffsprühkegelwinkel α mit der Muldengeometrie über die Formel
Das erfindungsgemäße Verbrennungssystem beinhaltet eine Drallunterstützung in den Ansaugkanälen zur optimalen Nutzung der eingeschlossenen Luftladung und der Luft/Kraftstoff-Mischung. Die mit der hohen Kraftstoffeinspritzrate (kurze Einspritzdauer) zusammenhängende Sprühlochzahl ist optimal auf das induzierte Drallniveau abgestimmt und vervollständigt die Konfiguration des Verbrennungssystems für eine maximale Nutzung der eingeschlossenen Luftladung und Vermischung mit dem eingespritzten Kraftstoff.The combustion system according to the invention includes a swirl support in the intake ports for optimal use of the trapped air charge and the air/fuel mixture. The spray hole number associated with the high fuel injection rate (short injection duration) is optimally matched to the induced swirl level and completes the combustion system configuration for maximum utilization of the trapped air charge and mixing with the injected fuel.
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