EP1573192A1 - Brennkraftmaschine mit selbstz ndung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit selbstz ndung

Info

Publication number
EP1573192A1
EP1573192A1 EP03779965A EP03779965A EP1573192A1 EP 1573192 A1 EP1573192 A1 EP 1573192A1 EP 03779965 A EP03779965 A EP 03779965A EP 03779965 A EP03779965 A EP 03779965A EP 1573192 A1 EP1573192 A1 EP 1573192A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
fuel
cylinder head
combustion chamber
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03779965A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Zöller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1573192A1 publication Critical patent/EP1573192A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/04—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being subdivided into two or more chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/063—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion the combustion space in the piston interacting fluid dynamically with the cylinder head, the injector body or the cylinder wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621—Squish flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0669—Details related to the fuel injector or the fuel spray having multiple fuel spray jets per injector nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with direct fuel injection with the features of the preamble of claim 1.
  • the fuel is injected directly into the combustion chamber by means of an injection nozzle in the form of several fuel jets in such a way that the fuel hits the piston crown and is then distributed in the combustion chamber.
  • a piston bowl is provided in the piston crown today, which influences the distribution of the fuel in the combustion chamber. As a result, the mixing of the fuel introduced into the combustion chamber with the combustion air can be improved.
  • a combustion chamber of a diesel engine with direct injection in which the piston has a trough in which a recess is provided in the trough wall in order to detach the fuel in the circumferential direction of the trough as quickly as possible from the trough wall.
  • the reflected fuel in the combustion chamber is deflected towards the cylinder head, so that emissions and soot particles remain high.
  • the invention has for its object to develop an internal combustion engine with direct injection according to the preamble of claim 1 so that an improved Zer- Dusting of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine is achieved.
  • the internal combustion engine according to the invention is characterized by a cylinder, a combustion chamber which is delimited by a cylinder head and a piston having a piston recess, and a fuel injection device with which fuel is introduced directly into the combustion chamber, so that at least some of the fuel is applied to the piston recess strikes, with at least one recess being arranged on the combustion chamber-side cylinder head surface.
  • the fuel components reflected by the piston are atomized further in the direction of the cylinder head within the recess or through the recess. This minimizes wetting of the surface of the cylinder head on the combustion chamber with fuel during combustion, thus reducing the particle emissions.
  • the recess is arranged on the cylinder head surface on the combustion chamber in such a way that at least part of the fuel introduced into the combustion chamber is reflected by the piston recess in the direction of the cylinder head and is at least partially deflected in the direction of the recess.
  • a further embodiment of the invention is at least one recess on the combustion chamber side cylinder head ⁇ surface arranged above a bowl edge area of the piston recess. Since the fuel components reflected in the direction of the cylinder head are predominantly deflected or scattered from a trough edge region in the direction of the cylinder head, it is very advantageous to provide the recess in the region into which the fuel components reach.
  • the arrangement of the recess is preferably such that a center line of the recess coincides with a center line of the piston bowl rim. The deflection of the reflected fuel into the interior of the recesses further increases the atomization of the deflected fuel components when the fuel is injected into the combustion chamber in the form of several fuel jets.
  • several recesses are arranged on the cylinder head surface on the combustion chamber side.
  • several recesses are provided. They are arranged in such a way that the deflected fuel components from each jet at least partially get into at least one of the recesses.
  • these fuel components are mixed or atomized and vaporized more intensively with combustion air, so that they can participate in the combustion without any notable formation of soot particles.
  • the shape of the recess in cross section is preferably designed as part of a circle and / or an ellipse, wherein the recess in cross section can likewise or alternatively be formed as part of a polygon.
  • the recess preferably has a depth of between 1 and 10 millimeters. Further characteristics and combinations of characteristics result from the description. Specific exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and are explained in more detail in the description below. Show it:
  • FIG. 1 shows a cross section of a combustion chamber of a direct-injection internal combustion engine with auto-ignition
  • FIG. 2 shows a schematic top view of a combustion head-side cylinder head surface of the internal combustion engine according to FIG. 1,
  • Fig. 3a shows a section along the section line A-A
  • Fig. 3b shows a section along the section line B-B
  • FIG. 4 shows a schematic cross section of a combustion chamber of an internal combustion engine with direct fuel injection
  • FIG. 6 shows a plan view of a second embodiment of a cylinder head surface on the combustion chamber side.
  • An exemplary self-igniting internal combustion engine with direct fuel injection has at least one cylinder, in which a combustion chamber 4 is located between one in the cylinder slidably held piston 2 and a cylinder head 1 is formed.
  • the internal combustion engine works on the 4-stroke principle.
  • combustion air is supplied to the combustion chamber 4 via two inlet valves 8, the piston 4 moving in a downward movement to a bottom dead center.
  • the piston 4 moves in an upward movement such that the combustion air is compressed and at the end of the compression stroke, the fuel is injected into the combustion chamber by means of a fuel injection nozzle 5 arranged in the combustion chamber.
  • the fuel injection nozzle 5 is designed as a multi-hole injection nozzle, which is preferably arranged centrally in the cylinder head 1.
  • the fuel injection nozzle 5 is controlled by an electronic control unit (not shown) via a signal line (not shown) and an actuator, for example a piezo actuator.
  • the piston then expands in a third expansion stroke before the exhaust gases formed during combustion are pushed out of the combustion chamber 4 via an exhaust valve 7 in a subsequent fourth stroke.
  • a recess 6 arranged on the cylinder head surface la on the combustion chamber serves to ensure that part of the fuel introduced into the combustion chamber and reflected by the piston recess 3 in the direction of the cylinder head 1 is received there by the recess 6, so that the deflected fuel is still homogenized before combustion is guaranteed. It is therefore advantageous to cut the recess 6 in the cylinder head 1 or to be positioned above a piston area from which the fuel is deflected in the direction of the cylinder head 1.
  • the recess 6 is arranged on the cylinder head surface la on the combustion chamber side above a bowl edge region 3a of the piston bowl 3.
  • the recess 6 is arranged on the cylinder head surface la on the combustion chamber side, wherein several recesses can be made.
  • the fuel injection nozzle 5 is designed as a multi-hole nozzle. 4 with a position of the piston at the end of the compression stroke on the deflecting wall of the piston recess 3, so that the deflected fuel 10 mixes partly with the combustion air within the piston recess and on the other side is reflected in the direction of the recess 6, as a result of which the fuel components deflected in the direction of the cylinder head 1 are further homogenized within or by a swirl formed by the recess 6.
  • the fuel injection can be clocked, alternatively a fuel pre-injection can be carried out during the intake stroke and / or in the compression stroke. It is conceivable that a pre-injection is carried out, which can also be clocked. Due to the mixture formation of a pre-injected fuel quantity achieved in the intake stroke and / or compression stroke, significant soot formation is avoided during combustion with a high excess of air, since the fuel is distributed finely and over a wide area in the entire combustion chamber. In the case of a further main injection, the piston bowl shape, in cooperation with the recesses provided, causes the deflected fuel components to experience a further intensive and turbulent mixing within the recesses. As a result, the homogenization of the reflected fuel components in Direction of the cylinder head ensures that soot formation is significantly reduced for the combustion phase of the main injection.
  • a swirl is provided for the intake of combustion air, which increases the atomization and the homogenization of the fuel.
  • the combustion air is compressed between an edge region of the piston crown, where there is no recess in the piston crown 2a, and the cylinder head 1 with the aid of a pinch gap 15a and at the same time is displaced into the central region of the combustion chamber 4, that there is further intensification of fuel atomization.
  • the transition areas of the recess 6 in the direction of the squeezing flow 15 to a cylinder head surface la on the combustion chamber side are provided with radii 6a, so that the compressed combustion air displaced in the direction of the center of the combustion chamber 4 is free of interference can flow along the combustion chamber-side cylinder head surface la in the direction of the center of the combustion chamber 4.
  • FIG. 4 shows how the injected fuel jets 9 are partly deflected into the interior of the piston recess 3, partly in the form of a first fuel cloud 10, and partly in the form of a further fuel cloud 10a in the direction of the cylinder head.
  • these fuel cloud components are deflected by a trough edge region of the trough wall 3a into the interior of the recess 6 and are further mixed there with combustion air . It is advantageous if a center line 6b of the recess 6 coincides with a tangent 3b or a center line of the piston skirt edge 3a or is at least not more than five millimeters apart.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber in the form of a plurality of fuel jets, it is advantageous to arrange a plurality of recesses in the cylinder head according to FIG. 6 such that the fuel reflected by the piston 2 in the direction of the cylinder head 1 is at least partially reflected into the interior of the recesses 6.
  • the recesses 6 extend above the areas from which the fuel is deflected in the direction of the cylinder head 1.
  • the recesses 6 can be located in the immediate vicinity of the valve seat areas arranged in the cylinder head 1.
  • the recesses provided in the cylinder head can have different shapes and different shapes according to FIGS. 5a-5d.
  • the shape of the recess can be semicircular in cross section. However, it is conceivable to design the shape of the recess in cross section as part of a polygon. Furthermore, the shape of the recess can be circular in a plan view. Alternatively, it is also conceivable for the shape of the recess to be elliptical in a plan view. The shape of the recess can also be polygonal in a plan view.
  • the recess preferably has a maximum depth t of between 1 and 10 millimeters.
  • the invention is based on an internal combustion engine in which the fuel is injected directly into the combustion chamber by means of a fuel injection nozzle 5 in the form of a plurality of fuel jets 9, the wetting of the cylinder head surface on the combustion chamber side being minimized by the provision of recesses. It arrives Part of the fuel which is reflected by the piston in the direction of the cylinder head when the piston is in a position during a compression and / or expansion stroke, at least partially into the recesses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht von einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung aus, bei der der Kraftstoff mittels einer Kraftstoffeinspritzdüse in Form von mehreren Kraftstoffstrahlen direkt in den Brennraum (4) eingespritzt wird, wobei die Benetzung der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche (1a) durch die Anbringung von Ausnehmungen (6) minimiert wird. Dabei gelangt ein Teil des Kraftstoffes, der bei einer Stellung des Kolbens (2) während eines Verdichtungs- und/oder Expansionshubes durch den Kolben in Richtung des Zylinderkopfes (1) reflektiert wird, zumindest teilweise in die Ausnehmungen (6).

Description

Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Kraft- stoffdirekteinspritzung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei modernen selbstgezündeten Brennkraftmaschinen mit Kraft- Stoffdirekteinspritzung wird der Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse in Form von mehreren Kraftstoffstahlen direkt in den Brennraum derart eingespritzt, dass der Kraftstoff auf den Kolbenboden auftrifft und sich dann im Brennraum verteilt. Um die Verbrennung zu optimieren, wird heutzutage im Kolbenboden eine Kolbenmulde vorgesehen, mit der die Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum beeinflusst wird. Dadurch kann die Vermischung des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft verbessert werden.
Aus der Patentschrift DE 40 33 822 C2 ist ein Brennraum eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung bekannt, bei dem der Kolben eine Mulde aufweist, bei der eine Ausnehmung in der Muldenwand vorgesehen ist, um den Kraftstoff in Umfangsrichtung der Mulde möglichst rasch von der Muldenwand abzulösen. Trotz der optimierten Kolbenmulde wird der reflektierte Kraftstoff im Brennraum in Richtung des Zylinderkopfes abgelenkt, so dass die Emissionenbildung sowie Rußpartikel weiterhin hoch bleibt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, dass eine verbesserte Zer- stäubung von Kraftstoff im Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich aus durch einen Zylinder, einen Brennraum, der durch einen Zylinderkopf und einen eine Kolbenmulde aufweisenden Kolben begrenzt ist, und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit der Kraftstoff in den Brennraum direkt eingebracht wird, so dass zumindest ein Teil des Kraftstoffes auf die Kolbenmulde auftrifft, wobei mindestens eine Ausnehmung auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche angeordnet ist. Durch die im Zylinderkopf vorgesehene Ausnehmung werden die durch den Kolben reflektierten Kraftstoffanteile in Richtung des Zylinderkopfes innerhalb der Ausnehmung bzw. durch die Ausnehmung weiter zerstäubt. Dadurch wird eine Benetzung der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche mit Kraftstoff während der Verbrennung minimiert, womit die Partikelemissionen reduziert werden.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist die Ausnehmung auf der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche derart angeordnet, dass mindestens ein Teil des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffes durch die Kolbenmulde in Richtung des Zylinderkopfes reflektiert und zumindest teilweise in Richtung der Ausnehmung abgelenkt wird. Somit wird beim Zerstäuben des Kraftstoffes im Brennraum gewährleistet, dass wenn mindestens ein Teil des Kraftstoffes bei einer Stellung des Kolbens während eines Verdichtungs- und/oder Expansionshubes durch die Kolbenmulde und/oder einen Kolbenboden in Richtung des Zylinderkopfes reflektiert wird, der abgelenkte Kraftstoff teilweise in die im Zylinderkopf angeordnete Ausnehmung gelangt. Dadurch findet eine optimale Homogenisierung des reflektierten Kraftstoffes statt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Ausnehmung auf der brennraumseitigen Zylinderkopf¬ oberfläche oberhalb eines Muldenrandbereiches der Kolbenmulde angeordnet. Da die in Richtung des Zylinderkopfes reflektierten Kraftstoffanteile vorwiegend von einem Muldenrandbereich in Richtung des Zylinderkopfes abgelenkt bzw. zerstreut werden, ist es sehr vorteilhaft, die Ausnehmung in jenem Bereich vorzusehen, in den die Kraftstoffanteile gelangen. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung der Ausnehmung derart, dass eine Mittellinie der Ausnehmung mit einer Mittellinie des Kolbenmuldenrands übereinstimmt bzw. zusammenfällt. Durch die Ablenkung des reflektierten Kraftstoffes ins Innere der Ausnehmungen wird bei der Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum in Form von mehreren Kraftstoffstrahlen die Zerstäubung der abgelenkten Kraftstoffanteile weiter verstärkt.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind mehrere Ausnehmungen auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche angeordnet. Um bei der Verwendung einer Mehrlochdüse bei jedem eingespritzten Kraftstoffstrahl die reflektierten Kraftstoffanteile in Richtung des Zylinderkopfes eine optimale Homogenisierung zu ermöglichen, werden mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Sie sind derart angeordnet, dass die abgelenkten Kraftstoffanteile von jedem Strahl zumindest teilweise in mindestens eine der Ausnehmungen gelangen. Dadurch werden diese Kraftstoffanteile mit Verbrennungsluft intensiver vermischt bzw. zerstäubt und verdampft, so dass sie an der Verbrennung ohne nennenswerte Rußpartikelbildung teilnehmen können.
Vorzugsweise ist die Form der Ausnehmung im Querschnitt als ein Teil eines Kreises und/oder einer Ellipse ausgebildet, wobei die Ausnehmung im Querschnitt ebenfalls oder alternativ als ein Teil eines Vieleckes ausgebildet sein kann. Dabei weist die Ausnehmung vorzugsweise eine Tiefe zwischen 1 und 10 Millimeter auf. Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Brennraumquerschnitt einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit Selbstzündung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer brennraumseitigen ZyinderkopfOberfläche der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1,
Fig. 3a einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A nach
Fig. 2,
Fig. 3b einen Schnitt gemäß der Schnittlinie B-B nach
Fig. 2,
Fig. 4 einen schematischen Brennraumquerschnitt einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung,
Fig. 5a-5b verschiedene Formen der erfindungsgemäßen Ausnehmungen im Querschnitt,
Fig. 5c-5d verschiedene Formen der erfindungsgemäßen Ausnehmungen in der Draufsicht und
Fig. 6 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche .
Eine beispielhafte selbstzündende Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung weist mindestens einen Zylinder auf, in dem ein Brennraum 4 zwischen einem im Zylinder längs verschieblich gehaltenen Kolben 2 und einem Zylinderkopf 1 gebildet ist.
Die Brennkraftmaschine arbeitet nach dem 4-Takt-Prinzip. In einem ersten Ansaughub wird dem Brennraum 4 über zwei Einlassventile 8 Verbrennungsluft zugeführt, wobei sich der Kolben 4 in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt bewegt. In einem nachfolgenden Verdichtungshub bewegt sich der Kolben 4 in einer Aufwärtsbewegung derart, dass die Verbrennungsluft komprimiert wird und am Ende des Kompressionshubes mittels einer im Brennraum angeordneten Kraftstoffeinspritzdüse 5 der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 5 ist als eine Mehrlocheinspritzdüse ausgebildet, die vorzugsweise im Zylinderkopf 1 zentral angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 5 wird über eine nicht dargestellte Signalleitung und einen Aktuator, beispielsweise einen Piezoaktuator, von einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit angesteuert. Der Kolben expandiert dann in einem dritten Expansionshub, bevor in einem darauf folgenden vierten Hub die bei der Verbrennung gebildeten Abgase aus dem Brennraum 4 über ein Auslassventil 7 ausgeschoben werden.
In den in Fig. 1 dargestellten Brennraum 4, der durch den Zylinderkopf 1 und den Kolben 2 begrenzt ist, wird Kraftstoff mittels der Kraftstoffeinspritzdüse 5 direkt eingespritzt, so dass zumindest ein Teil auf die Kolbenmulde 3 bzw. auf eine Kolbenmuldenwand 3b auftrifft. Eine auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche la angeordnete Ausnehmung 6 dient dazu, dass ein Teil des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffes und durch die Kolbenmulde 3 in Richtung des Zylinderkopfes 1 reflektiert wird, dort von der Ausnehmung 6 aufgenommen wird, so dass eine Homogenisierung des abgelenkten Kraftstoffes noch vor der Verbrennung gewährleistet ist. Daher ist es vorteilhaft, die Ausnehmung 6 im Zylinderkopf 1 o- berhalb eines Kolbenbereiches zu positionieren, von dem der Kraftstoff in Richtung des Zylinderkopfes 1 abgelenkt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 6 auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche la oberhalb eines Muldenrandbereichs 3a der Kolbenmulde 3 angeordnet .
Gemäß Fig. 2 ist die Ausnehmung 6 auf der brennraumseitigen Zylinderkopffläche la angeordnet, wobei mehrere Ausnehmungen erfolgen können. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Kraftstoffeinspritzdüse 5 als eine Mehrlochdüse ausgebildet ist. Dabei treffen die aus der Einspritzdüse austretenden Kraftstoffstrahlen 9 gemäß Fig. 4 bei einer Stellung des Kolbens am Ende des Verdichtungshubs auf die Umlenkwand der Kolbenmulde 3, so dass sich der abgelenkte Kraftstoff 10 zum Teil innerhalb der Kolbenmulde mit der Verbrennungsluft vermischt und auf der anderen Seite in Richtung der Ausnehmung 6 reflektiert wird, wodurch die in Richtung des Zylinderkopfes 1 abgelenkten Kraftstoffanteile innerhalb oder durch eine gebildete Verwirbelung durch die Ausnehmung 6 weiter homogenisiert werden.
Die Kraftstoffeinspritzung kann getaktet erfolgen, wobei alternativ eine Kraftstoffvoreinspritzung während des Ansaughubes und/oder im Verdichtungshub vorgenommen werden kann. Es ist denkbar, dass eine Voreinspritzung vorgenommen wird, welche ebenfalls getaktet erfolgen kann. Durch die im Ansaughub und/oder Verdichtungshub erzielte Gemischbildung einer voreingespritzten Kraftstoffmenge wird bei der Verbrennung bei einem hohen Luftüberschuß eine nennenswerte Rußbildung vermieden, da der Kraftstoff fein und weiträumig im gesamten Brennraum verteilt wird. Bei einer weiteren Haupteinspritzung bewirkt die Kolbenmuldenform im Zusammenwirken mit den vorgesehenen Ausnehmungen, dass die abgelenkten Kraftstoffanteile durch die Kolbenmulde eine weitere intensive und turbulente Vermischung innerhalb der Ausnehmungen erfahren. Dadurch ist die Homogenisierung der reflektierten Kraftstoffanteile in Richtung des Zylinderkopfes gewährleistet, so dass für die Verbrennungsphase der Haupteinspritzung eine Rußbildung deutlich vermindert wird.
Um die Verbrennung des gebildeten Kraftstoffluftgemisches zu intensivieren, ist bei der angesaugten Verbrennungsluft ein Drall vorgesehen, durch den die Zerstäubung sowie die Homogenisierung des Kraftstoffes verstärkt wird. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens in Richtung des Zylinderkopfes im Verdichtungshub wird die Verbrennungsluft zwischen einem Randbereich des Kolbenbodens, wo keine Vertiefung des Kolbenbodens 2a vorliegt, und dem Zylinderkopf 1 mit Hilfe eines Quetschspaltes 15a derart verdichtet und gleichzeitig in den zentralen Bereich des Brennraumes 4 verdrängt, dass eine weitere Intensivierung der KraftstoffZerstäubung stattfindet. Um diesen Vorgang durch die vorgesehene Ausnehmung nicht negativ zu beeinflussen, sind werden die Übergangsbereiche der Ausnehmung 6 in Richtung der Quetschströmung 15 zu einer brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche la hin mit Radien 6a versehen, so dass die komprimierte und in Richtung des Zentrums des Brennraumes 4 verdrängte Verbrennungsluft störungsfrei entlang der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche la in Richtung der Mitte des Brennraumes 4 strömen kann.
In Fig. 4 ist gezeigt, wie die eingespritzten Kraftstoffstrahlen 9 teilweise ins Innere der Kolbenmulde 3 zum Teil in Form einer ersten Kraftstoffwolke 10 abgelenkt werden, und zum Teil in Form einer weiteren Kraftstoffwolke 10a in Richtung des Zylinderkopfes reflektiert werden. Um den Weg der in Richtung des Zylinderkopfes reflektierten Kraftstoffanteile zu verlängern und somit die Vermischung bzw. Homogenisierung der gebildeten Kraftstoffwolke 10 mit der Verbrennungsluft zu intensivieren, werden diese Kraftstoffwolkenanteile durch einen Muldenrandbereich der Muldenwand 3a ins Innere der Ausnehmung 6 abgelenkt und dort weiter mit Verbrennungsluft vermischt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Mittellinie 6b der Ausnehmung 6 mit einer Tangente 3b bzw. einer Mittellinie des Kolbenmuldenrandes 3a zusammenfallen oder zumindest nicht weiter als fünf Millimeter auseinander liegen. Somit werden bei der Verbrennung des Kraftstoffes weniger Rußpartikel ge¬ bildet und im allgemeinen eine optimierte Verbrennung mit weniger Abgasemissionen erzielt. Bei der Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum in Form mehrerer Kraftstoffstrahlen ist es vorteilhaft, mehrere Ausnehmungen im Zylinderkopf gemäß Fig. 6 derart anzuordnen, dass der durch den Kolben 2 in Richtung des Zylinderkopfes 1 reflektierte Kraftstoff zumindest teilweise ins Innere der Ausnehmungen 6 reflektiert wird. Die Ausnehmungen 6 erstrecken sich dabei oberhalb der Bereiche, von denen der Kraftstoff in Richtung des Zylinderkopfs 1 abgelenkt wird. Dabei können sich die Ausnehmungen 6 in unmittelbarer Nähe zu den im Zylinderkopf 1 angeordneten Ventilsitzbereichen befinden.
Die im Zylinderkopf vorgesehenen Ausnehmungen können gemäß den Fig. 5a-5d verschiedene Formen sowie unterschiedliche Gestalten aufweisen. Dabei kann die Form der Ausnehmung im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sein. Es ist jedoch denkbar, die Form der Ausnehmung im Querschnitt als ein Teil eines Vieleckes auszubilden. Weiterhin kann die Form der Ausnehmung in einer Draufsicht kreisförmig ausgebildet sein. Alternativ ist es ebenfalls denkbar, die Form der Ausnehmung in einer Draufsicht ellipsenförmig auszubilden. Die Form der Ausnehmung kann ebenfalls in einer Draufsicht vieleckig ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Ausnehmung eine maximale Tiefe t zwischen 1 und 10 Millimeter auf.
Die Erfindung geht von einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung aus, bei der der Kraftstoff mittels einer Kraftstoffeinspritzdüse 5 in Form von mehreren Kraftstoffstrahlen 9 direkt in den Brennraum eingespritzt wird, wobei die Benetzung der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche durch die Anbringung von Ausnehmungen minimiert wird. Dabei gelangt ein Teil des Kraftstoffes, der bei einer Stellung des Kolbens während eines Verdichtungs- und/oder Expansionshubes durch den Kolben in Richtung des Zylinderkopfes reflektiert wird, zumindest teilweise in die Ausnehmungen.
Es ist denkbar, die o.g. Brennraumkonfiguration mit den erfindungsgemäßen Ausnehmungen in einem modifizierten Ausführungsbeispiel für eine selbstzündende Zweitaktbrennkraftma- schinen mit Direkteinspritzung zu verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Brennraum, der durch einen Zylinderkopf und einen eine Kolbenmulde aufweisenden Kolben begrenzt ist, und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit der Kraftstoff in den Brennraum direkt eingebracht wird, so dass zumindest ein Teil des Kraftstoffes auf die Kolbenmulde auftrifft, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens eine Ausnehmung auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung auf der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche derart angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffes durch die Kolbenmulde in Richtung des Zylinderkopfes reflektiert und zumindest teilweise in Richtung der Ausnehmung abgelenkt wird.
3. Brennkraftmaschine nach 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung im Zylinderkopf oberhalb eines Kolbenbereiches positioniert ist, von dem der Kraftstoff in Richtung des Zylinderkopfes abgelenkt wird.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Ausnehmungen auf der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche angeordnet sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens eine Ausnehmung auf der brennraumseitigen ZylinderkopfOberfläche oberhalb eines Muldenrandbereichs der Kolbenmulde angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Form der Ausnehmung im Querschnitt als ein Teil eines Kreises und/oder einer Ellipse ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Form der Ausnehmung im Querschnitt als ein Teil eines Vieleckes ausgebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Form der Ausnehmung in einer Draufsicht kreis- oder ellipsenförmig ausgebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Form der Ausnehmung in einer Draufsicht viel-e- ckig ausgebildet ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung eine Tiefe zwischen 1 und 10 Millimeter aufweist.
EP03779965A 2002-12-20 2003-11-18 Brennkraftmaschine mit selbstz ndung Withdrawn EP1573192A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10261181A DE10261181A1 (de) 2002-12-20 2002-12-20 Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
DE10261181 2002-12-20
PCT/EP2003/012872 WO2004059154A1 (de) 2002-12-20 2003-11-18 Brennkraftmaschine mit selbstzündung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1573192A1 true EP1573192A1 (de) 2005-09-14

Family

ID=32404321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03779965A Withdrawn EP1573192A1 (de) 2002-12-20 2003-11-18 Brennkraftmaschine mit selbstz ndung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7073478B2 (de)
EP (1) EP1573192A1 (de)
JP (1) JP2006510844A (de)
DE (1) DE10261181A1 (de)
WO (1) WO2004059154A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7111593B2 (en) * 2004-01-29 2006-09-26 Ford Global Technologies, Llc Engine control to compensate for fueling dynamics
US7353797B1 (en) 2007-02-28 2008-04-08 University Of Washington Combustion chamber for internal combustion engine
DE102007031581A1 (de) * 2007-07-06 2009-01-08 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben einer Brennkraftmaschine mit einer erhöhten Schrägstellung der Kastenwände des Kolbens
CN102032036B (zh) * 2010-12-10 2013-03-27 中国第一汽车集团公司 重型柴油机用双唇口燃烧室
JP2013053572A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Isuzu Motors Ltd 直噴式エンジンの燃焼室構造
CN102661193B (zh) * 2012-05-16 2013-09-04 大连理工大学 直喷式柴油机双层分流燃烧系统
KR101996085B1 (ko) * 2012-09-14 2019-07-03 두산인프라코어 주식회사 질소 산화물 저감을 위한 직접 분사식 디젤 엔진의 연소실
WO2016186620A1 (en) 2015-05-15 2016-11-24 Cummins Inc. Power cylinder apparatus for reducing unburnt hydrocarbon emissions

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61283719A (ja) * 1985-06-11 1986-12-13 Nissan Motor Co Ltd デイ−ゼルエンジンの燃焼室
JPH05141244A (ja) * 1991-11-18 1993-06-08 Hino Motors Ltd 直接噴射式デイーゼルエンジン

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2076030A (en) * 1929-08-05 1937-04-06 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Injection combustion power machine with jet atomization and auxiliary chamber
US2505999A (en) * 1944-09-22 1950-05-02 Frank J Smith Diesel engine for aircraft
DE1751370A1 (de) * 1968-05-17 1971-07-08 Daimler Benz Ag Gemischansaugende Brennkraftmaschine mit im Brennraum kreisender Ladung
JPS58170820A (ja) * 1982-03-31 1983-10-07 Sanshin Ind Co Ltd ２サイクル内燃機関
DE3873184T2 (de) * 1987-05-30 1993-03-04 Isuzu Motors Ltd Waermeisolierter brennkraftmaschinenaufbau.
CN1015395B (zh) * 1988-02-08 1992-02-05 胡国栋 柴油机直接喷射式燃烧室装置
JPH01267351A (ja) * 1988-04-19 1989-10-25 Mazda Motor Corp 直噴ディーゼルエンジン
JPH0765509B2 (ja) * 1989-04-07 1995-07-19 日産自動車株式会社 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室
JP2501886Y2 (ja) * 1989-12-21 1996-06-19 トヨタ自動車株式会社 直噴式ディ―ゼル機関の燃焼室
WO1991019083A1 (fr) * 1990-06-04 1991-12-12 Nippon Clean Engine Research Institute Co., Ltd. Moteur a combustion interne du type a allumage par impact contre une surface chaude et allumage d'un tel moteur par impact du carburant contre une surface chaude
US5555869A (en) * 1993-08-27 1996-09-17 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Multi-valve engine
FR2723763A1 (fr) * 1994-08-19 1996-02-23 Lemaitre Patrick Louis Rene Moteurs "diesel" ou "semi-diesel ameliores", a injection directe a hautes turbulences, restant chauds a l'arret.
JPH10141063A (ja) * 1996-11-14 1998-05-26 Isuzu Motors Ltd 直噴式ディーゼルエンジンにおける燃焼室構造
SE521018C2 (sv) * 1998-04-01 2003-09-23 Scania Cv Ab Förbränningsmotor med direktinsprutning

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61283719A (ja) * 1985-06-11 1986-12-13 Nissan Motor Co Ltd デイ−ゼルエンジンの燃焼室
JPH05141244A (ja) * 1991-11-18 1993-06-08 Hino Motors Ltd 直接噴射式デイーゼルエンジン

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2004059154A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US7073478B2 (en) 2006-07-11
US20050229897A1 (en) 2005-10-20
WO2004059154A1 (de) 2004-07-15
DE10261181A1 (de) 2004-07-01
JP2006510844A (ja) 2006-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69100803T2 (de) Brennkraftmaschine.
DE19804161C2 (de) Viertakt-Brennkraftmaschine
EP0899432B1 (de) Brennkraftmaschine mit Fremdzündung
DE10012969B4 (de) Einspritzdüse und ein Verfahren zur Bildung eines Kraftstoff-Luftgemischs
EP1319822B9 (de) Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
DE69801464T2 (de) Direkteinspritzbrennkraftmaschine mit Zündvorrichtung
EP0661447A1 (de) Einspritzdüse
EP0900324B1 (de) Einspritzvorrichtung und verbrennungsverfahren für eine brennkraftmaschine
EP0897052B1 (de) Brennkraftmaschine mit Fremdzündung
DE69400175T2 (de) Verbrennungskammerstruktur für eine Brennkraftmaschine
DE102015202361A1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE10231583A1 (de) Kraftstoffeinspritzdüse einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzdüse
DE10012970A1 (de) Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoff-Luftgemischs
EP1573192A1 (de) Brennkraftmaschine mit selbstz ndung
WO2004007944A1 (de) Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine
DE10354827A1 (de) Brennstoffeinspritzsystem
DE3004580C2 (de) Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE19621635A1 (de) Diesel-Brennkraftmaschine
EP1481159B1 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE3901183A1 (de) Kraftstoffstrahlteiler im brennraum einer selbstzuendenden diesel-brennkraftmaschine
DE10106887A1 (de) Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Brennkraftmaschine
DE3025943A1 (de) Selbstzuendende brennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen kolbenmulde
WO2006048129A1 (de) Brennkraftmaschine
WO2006048128A1 (de) Brennraum einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzung
DE102015224867A1 (de) Verfahren zur räumlichen Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit spezifischer Düsen- und Zylinderkolbenkonfiguration der Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20050528

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20061124

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20070209