WO2006058617A2 - Diesel internal combustion engine - Google Patents

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WO2006058617A2 PCT/EP2005/012328 EP2005012328W WO2006058617A2 WO 2006058617 A2 WO2006058617 A2 WO 2006058617A2 EP 2005012328 W EP2005012328 W EP 2005012328W WO 2006058617 A2 WO2006058617 A2 WO 2006058617A2
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Annette Jooss
Gerhard König
Alois Raab
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • a surface of the trough interior comes about which prevents fuel enrichment, in particular in the trough edge region and on the trough bottom, due to the detachment effects in the trough bottom region.
  • An effective reduction of the particle formation during the combustion is made possible, and a necessary post-oxidation of possibly already formed soot particles comes about in time.
  • 1 is a schematic representation of an inventive combustion chamber configuration of an internal combustion engine with auto-ignition
  • a fuel injector 6 is arranged with an injection nozzle 6a in the cylinder head 2, which has a plurality of injection holes, not shown.
  • the injection nozzle may comprise a plurality of superimposed injection well rows, at least one series including injection wells having a steep spray cone angle of between about 70 ° and 90 °, and another series including injection wells having a flat cone angle between about 100 ° and 120 °.
  • the diameters of the steep injection-well bores are smaller than those of the flat injection-well bores, the number of steep injection-well bores preferably being smaller than the number of flat injection-well bores.
  • the design concept of the piston recess 4 aims at using the combustion chamber configuration according to the invention to guide the fuel jets 8 introduced into the combustion chamber 5 at least partially along the depression bottom contour 11 between the compression projection 10 and the depression rim 15 such that sufficient fuel components are removed by a detachment projection 16, in particular in shape a slope change or a convex designed area in the trough bottom 14 are detached from a trough bottom surface.
  • the jump-off or separation region provided for this purpose lies in a trough bottom section which has a distance A from the cylinder axis 19 which is approximately 30% to 70%, in particular 50%, of the piston radius.
  • the proposed combustion chamber configuration is also suitable for carrying out a post-injection, which is preferably injected conically into the combustion chamber with a spray-hole cone angle ⁇ between 80 ° and 140 ° or between 80 ° and 120 °.
  • a post-injection which is preferably injected conically into the combustion chamber with a spray-hole cone angle ⁇ between 80 ° and 140 ° or between 80 ° and 120 °.
  • the after-injection for example, injected in a crank angle range between 0 KW 3O and 15O 0 CA after top dead center
  • a regeneration of a downstream NOx storage catalytic converter are initiated.
  • the post-injected fuel jets are vaporized by the proposed combustion chamber configuration in conjunction with the intended injection strategy before reaching the cylinder wall.

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine comprising at least one cylinder (1) in which a combustion chamber (5) is defined between a piston (3) and a cylinder head (2), a fuel injector (6) arranged in the cylinder head (2), and a piston cavity (4) arranged in the piston (3). Fuel is injected into the combustion chamber (5) during a working cycle, by means of an injection nozzle (6a), in the form of a plurality of partial quantities as a pre-injection, main injection and/or secondary injection. When the fuel meets the piston cavity (4), it is guided at least partially along a cavity bottom contour (11) between a compression projection (10) and a cavity edge (15), and the fuel parts guided along the cavity bottom contour (11) are at least partially separated from a cavity bottom surface or deviated by means of a change (16) in the incline of the cavity bottom (14) or by a convex region (R2) in the cavity bottom (14).

Description

Dieselbrennkraftmaschine Diesel engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung, insbesondere eine selbstzündende direkteinspritzende Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and to a device, in particular a self-igniting direct-injection internal combustion engine, according to the preamble of claim 10.
Bei konventionellen Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung wird zunächst Verbrennungsluft komprimiert und anschließend Kraftstoff beispielsweise in Form mehrerer Strahlen eingespritzt, der mittels der Kompressionswärme gezündet wird. Die Vermischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass während des Einspritzvorgangs eine Mischung der brennenden Einspritz- strahlen mit dem umgebenden sauerstoffreichen Gas erfolgt. In der Regel treffen die Einspritzstrahlen mit hohem Impuls auf eine in einem Kolbenboden eingelassene Mulde auf, von der die Kraftstoffstrahlen umgelenkt werden. Daraus ergibt sich eine intensive turbulente Ladungsbewegung, durch die eine vollständige Vermischung des eingespritzten Kraftstoffes mit der Brennraumluft erzielt werden soll. Ziel ist es dabei, die Entstehung von kraftstoffreichen Zonen im Brennraum zu verhindern und somit die Bildung von Rußpartikeln zu reduzieren.In conventional internal combustion engines with auto-ignition combustion air is first compressed and then injected fuel, for example in the form of a plurality of jets, which is ignited by the heat of compression. The mixing of fuel and combustion air is essentially achieved by mixing the burning injection jets with the surrounding oxygen-rich gas during the injection process. In general, the injection jets with high momentum impinge on a recessed in a piston head trough, from which the fuel jets are deflected. This results in an intense turbulent charge movement, by which a complete mixing of the injected fuel with the combustion chamber air is to be achieved. The aim is to prevent the formation of fuel-rich zones in the combustion chamber and thus to reduce the formation of soot particles.
Zur Optimierung einer Dieselverbrennung werden unterschiedliche Kolbenmuldenformen eingesetzt sowie lastabhängige Einspritzstrategien durchgeführt, mit denen eine gezielte Brennraumkonfiguration zur Beeinflussung der Verbrennung im Brennraum festgelegt wird. Dementsprechend können die Gemischaufbereitung im Brennraum intensiviert, die Emissionsbildung im Abgas verbessert und die Funktion einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlung optimiert werden.To optimize a diesel combustion different piston molds are used as well as load-dependent injection strategies performed, with which a specific combustion chamber configuration is set to influence the combustion in the combustion chamber. Accordingly, the mixture preparation can be intensified in the combustion chamber, the Emission formation in the exhaust gas improved and optimized the function of a downstream exhaust aftertreatment.
Aus der DE 10213025 Al ist ein Brennverfahren bekannt, bei dem ein Teil des Kraftstoffes vor dem Einsetzen der Selbstzündung zur Erzielung eines homogenen Vorgemisches in den Brennraum eingespritzt wird. Zur Einstellung eines hohen Mitteldruckes der Brennkraftmaschine wird nach der zuerst einsetzenden Homogenverbrennung eine weitere KraftstoffStoffmenge in den Brennraum eingebracht, die nach einem kurzen Zündverzug schnell entflammt. Bei diesem kombinierten Homogen/Heterogen-Brennverfahren, ebenfalls als HCCI- oder CHHC-Betrieb bekannt, werden die thermische Stickoxidbildung und die Bildung von Partikeln minimiert, wobei CHHC als Abkürzung für "Combined Homogeneous Heterogeneous Combustion" verwendet wird. Bei der nach der homogenen Verbrennungsphase folgenden heterogenen Verbrennungsphase soll die Stickoxidbildung durch eine späte Lage der Kraftstoffeinspritzung und aufgrund einer reduzierten Sauerstoffkonzentration durch den vorangegangenen homogenen Verbrennungsanteil sowie eines Betriebes mit Abgasrückführung (AGR) deutlich vermindert werden. Außerdem soll aufgrund einer Verringerung der heterogenen Kraftstoffeinspritzmenge die Bildung von kraftstoffreichen bzw. fetten Gemischzonen im Brennraum, insbesondere am Ende der Einspritzung reduziert bzw. vermieden werden.From DE 10213025 Al a combustion method is known in which a portion of the fuel is injected into the combustion chamber before the onset of auto-ignition to achieve a homogeneous premix. To set a high mean pressure of the internal combustion engine, after the first onset of homogeneous combustion, a further amount of fuel is introduced into the combustion chamber, which quickly ignites after a brief ignition delay. This combined homogeneous / heterogeneous combustion process, also known as HCCI or CHHC operation, minimizes thermal nitric oxide formation and particulate formation using CHHC as an abbreviation for Combined Homogeneous Heterogeneous Combustion. In the following after the homogeneous combustion phase heterogeneous combustion phase, the nitrogen oxide formation is to be significantly reduced by a late position of the fuel injection and due to a reduced oxygen concentration by the previous homogeneous fraction of combustion and an operation with exhaust gas recirculation (EGR). In addition, due to a reduction in the heterogeneous fuel injection quantity, the formation of fuel-rich or rich mixture zones in the combustion chamber, in particular at the end of the injection, should be reduced or avoided.
Aus der DE 10213025 Al ist eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer Kolbenmuldenform bekannt, mit der sowohl ein homogener als auch ein heterogener Dieselbetrieb ermöglicht. Die in der DE 10213025 Al vorgeschlagene Kolbenmulde ist annähernd tellerförmig ausgebildet, wobei sich aus der Mitte der Kolbenmulde ein Vorsprung in Richtung der Einspritzdüse erstreckt. Mit der tellerartigen Grundform wird versucht, in der Kolbenmulde enge Radien an der Oberfläche zu vermeiden und Querschnittssprünge im Kolbenmaterial zu minimieren, so dass sich die im Betrieb der Brennkraftmaschine auf die Mulde auftreffenden Kraftstoffstrahlen schnell mit der Luft vermischen. Dennoch können während eines CHHC-Betriebs, insbesondere während der heterogenen Verbrennungsphase, kraftstoffreiche Zonen im Bereich des Muldenbodens entstehen. Diese führen insbesondere bei hohen Drehzahl- und Last- bereichen zu einer verstärkten Rußbildung.From DE 10213025 Al a diesel internal combustion engine with a piston recess shape is known, with which allows both a homogeneous and a heterogeneous diesel operation. The proposed in DE 10213025 Al piston recess is formed approximately plate-shaped, extending from the center of the piston recess, a projection in the direction of the injection nozzle. With the plate-like basic form is trying to avoid in the piston recess tight radii on the surface and to minimize cross-sectional jumps in the piston material, so that in the operation of the internal combustion engine on the trough quickly mix impinging fuel jets with air. Nevertheless, during a CHHC operation, especially during the heterogeneous combustion phase, fuel-rich zones can arise in the area of the trough bottom. These lead to increased formation of soot, especially at high speed and load ranges.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung bereitzustellen, bei der die Gemischbildung sowie die Verbrennung im Brennraum verbessert werden. Diese wird erfindungsgemäß jeweils durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The invention is therefore based on the object to provide an internal combustion engine with auto-ignition, in which the mixture formation and combustion in the combustion chamber can be improved. This is inventively achieved in each case by a method having the features of claim 1 or by a device having the features of claim 10.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 dadurch aus, dass der Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse in den Brennraum während eines Arbeitsspiels in Form von mehreren Teilmengen als Vor-, Haupt-, und/oder Nacheinspritzung eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff beim Auftreffen auf die Kolbenmulde zumindest teilweise entlang einer Muldenboden- kontur zwischen einem Kompressionsvorsprung und einem Muldenrand geführt wird, und die entlang der Muldenboden- kontur geführten Kraftstoffanteile durch einen Steigungs- wechsel im Muldenboden oder durch einen konvex ausgestalteten Bereich im Muldenboden mindestens teilweise von einer Muldenbodenoberfläche abgelöst oder abgelenkt werden.According to a first aspect of the invention, the inventive method according to claim 1 characterized in that the fuel is injected by means of an injection nozzle in the combustion chamber during a cycle in the form of multiple subsets as pre-, main, and / or post-injection, wherein the Fuel is at least partially guided along a trough bottom contour between a compression projection and a trough edge when hitting the piston trough, and the fuel components guided along the trough bottom contour are at least partially offset by a change in pitch in the trough bottom or by a convexly configured region in the trough bottom Trough bottom surface to be detached or deflected.
Die durch den Steigungswechsel bzw. durch den konvex ausgebildeten Abschnitt im Muldenboden erzielten Ablδsungs- effekte ermöglichen eine gezielte Vorwärtsbewegung der Kraftstofftropfchen bzw. des KraftstoffStrahls oder des weitgehend verdampften Kraftstoffes in Richtung einer heißen Kompressionszone in einem Quetschbereich zwischen dem äußeren Kolbenbodenbereich und dem Zylinderkopf. Somit wird auch bei kleineren Kraftstoffmengen, insbesondere wenn die Gesamt- kraftstoffmenge in einer Vor-, Haupt-, und/oder Nacheinspritzung aufgeteilt wird, durch den konvex ausgebildeten Bereich im Muldenboden eine optimierte Führung des eingespritzten Kraftstoffes innerhalb der Kolbenmulde erzielt. Dadurch findet eine intensive Vermischung des Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft vor und/oder während der Verbrennung statt.The dissolution effects achieved by the change in pitch or by the convex section in the trough bottom enable targeted forward movement of the fuel droplets or the fuel jet or the largely vaporized fuel in the direction of a hot compression zone in a pinch region between the outer piston crown region and the cylinder head. Thus, even with smaller amounts of fuel, especially when the total fuel quantity in a pre-, main, and / or Subsequent injection is divided, achieved by the convex portion in the trough bottom optimized guidance of the injected fuel within the piston recess. As a result, intensive mixing of the fuel with the combustion air takes place before and / or during the combustion.
Die vorgesehene Muldenform eignet sich aufgrund der erzielten Effekte besonders für einen CHHC-Betrieb, bei dem die jeweils eingespritzten Kraftstoffmengen innerhalb der erfindungsgemäßen Kolbenmulde sowohl für eine homogene Gemischbildungsphase als auch für eine heterogene Verbrennungsphase günstig aufbereitet werden. Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäße Muldenform ebenfalls für eine späte Nacheinspritzung, die dazu dient, den Betrieb einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlungsanlage zu optimieren.The proposed trough shape is due to the effects achieved especially for a CHHC operation in which the injected fuel quantities are treated within the piston recess according to the invention both for a homogeneous mixture formation phase and for a heterogeneous combustion phase favorably. Furthermore, the trough mold according to the invention is also suitable for a late post-injection, which serves to optimize the operation of a downstream exhaust aftertreatment system.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen konvexen Bereich innerhalb des Muldenbodens kommt eine Oberfläche des Muldeninneren zustande, mit der durch die Ablösungseffekte im Muldenbodenbereich eine Kraftstoffanreicherung insbesondere im Muldenrandbereich sowie am Muldenboden verhindert wird. Eine effektive Reduzierung der Partikelbildung während der Verbrennung wird ermöglicht, und eine notwendige Nachoxidation von gegebenenfalls bereits gebildeten Rußpartikeln kommt rechtzeitig zustande.By virtue of the convex region provided according to the invention within the trough bottom, a surface of the trough interior comes about which prevents fuel enrichment, in particular in the trough edge region and on the trough bottom, due to the detachment effects in the trough bottom region. An effective reduction of the particle formation during the combustion is made possible, and a necessary post-oxidation of possibly already formed soot particles comes about in time.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Vor-, Haupt- und/oder Nacheinspritzung mit einem unterschiedlichen Spritzlochkegelwinkel in den Brennraum kegelförmig eingespritzt. Dabei kann für die homogene Gemischbildungs- phase ein steiler Spritzlochkegelwinkel verwendet werden, so dass der Kraftstoffstrahl im Wesentlichen auf die Kolbenmulde auftrifft. Folglich wird ein Kraftstoffauftrag auf die Zylinderwand vermieden. Aufgrund der offenen Form der Mulde sowie durch den vorgesehenen konvexen Bereich innerhalb des Muldenbodens bewegt sich die Gemischzone ferner nach außen, so dass eine Kraftstoffkonzentration in einem begrenzten Teilvolumen des Brennraumes minimiert wird, wird die Gemischverteilung durch den konvex ausgebildeten Bereich im Muldenboden in einer Spätphase der Homogenisierung unterstützt. Vorzugsweise wird der Kraftstoff bei der nachfolgenden heterogenen Verbrennungsphase sowohl im Fall der Teillast als auch bei Volllast mit flacherem Spritzkegel- winkel als bei der homogenen Gemischbildungsphase eingespritzt. Durch die erfindungsgemäße Muldenform ergibt sich bei der heterogenen Verbrennungsphase eine zweckdienliche Brennraumerfassung und infolgedessen eine verbesserte und nahezu vollständige Heterogenverbrennung mit geringer Rußemission.In one embodiment of the invention, the pilot, main and / or post-injection are injected in a cone shape with a different spray hole cone angle in the combustion chamber. In this case, a steep spray-hole cone angle can be used for the homogeneous mixture-forming phase, so that the fuel jet essentially impinges on the piston recess. Consequently, a fuel application is avoided on the cylinder wall. Due to the open shape of the trough as well as through the intended convex area within the Further down the mixture zone, the mixture zone moves outward so that a fuel concentration in a limited partial volume of the combustion chamber is minimized, the mixture distribution is supported by the convex portion in the trough bottom in a late phase of the homogenization. Preferably, the fuel is injected in the subsequent heterogeneous combustion phase, both in the case of partial load and at full load with a flatter spray cone angle than in the homogeneous mixture formation phase. The well shape according to the invention results in the heterogeneous combustion phase, an appropriate combustion chamber detection and consequently an improved and almost complete heterogeneous combustion with low soot emissions.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Voreinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel von 50° bis 100°, vorzugsweise von 70° bis 90° in den Brennraum kegelförmig eingespritzt. Im erfindungsgemäß vorgesehenen Bereich für den Spritzlochkegelwinkel werden günstige Voraussetzungen für ein optimiertes Auftreffen der Kraftstoffstrahlen auf die vorgesehene Kolbenmulde bei gleichzeitiger Verringerung eines Kraftstoffwandauftrags, so dass eine gezielte und vorteilhafte Kraftstoffführung im Sinne der Erfindung innerhalb der Kolbenmulde erzielt wird. Vorzugsweise wird die Voreinspritzung zur Bildung des homogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 13O0KW bis 300KW vor einem oberen Totpunkt eingespritzt.In a further embodiment of the invention, the pilot injection is injected conically into the combustion chamber with a spray-hole cone angle of 50 ° to 100 °, preferably of 70 ° to 90 °. In accordance with the invention provided for the spray hole angle angle favorable conditions for an optimized impact of the fuel jets on the intended piston recess while reducing a fuel wall order, so that a targeted and advantageous fuel guide within the meaning of the invention within the piston recess is achieved. Preferably, the pre-injection is injected to form the homogeneous mixture in a crank angle range from 13O 0 KW to 30 0 KW before top dead center.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Haupteinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel von 90° bis 140° oder 100° bis 120° in den Brennraum kegelförmig eingespritzt. Mithilfe der Kolbenmulde wird so ein angepasster CHHC-Betrieb entsprechend der erfindungsgemäßen Kraftstoffführung entlang der Kolbenmuldenkontur durchgeführt und im Hinblick auf die Abgasemissionen optimiert. Vorzugsweise wird die Haupteinspritzung zur Bildung eines heterogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 2O0KW vor dem oberen Totpunkt bis 4O0KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt.In a further embodiment of the invention, the main injection is injected conically into the combustion chamber with a spray-hole angle of 90 ° to 140 ° or 100 ° to 120 °. By means of the piston recess, an adapted CHHC operation according to the fuel guide according to the invention along the piston recess contour is thus carried out and optimized with regard to the exhaust emissions. Preferably, the main injection is to form a heterogeneous mixture in a crank angle range from 2O 0 KW before the top dead center to 4O 0 KW injected after top dead center.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Nacheinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel von 80° bis 140°, vorzugsweise von 80° bis 120° oder 90° bis 120° in den Brennraum kegelförmig eingespritzt. Insbesondere bei der Vornahme der Nacheinspritzung mit einem Spritzkegelwinkel von 80° bis 120° in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kolbenmulde werden die Einspritzstrahlen der Nacheinspritzung vom heißen Gasgemisch der Hauptverbrennung bzw. von der heterogenen Verbrennung erfasst. Denn die heißen Gase werden aufgrund der der Ablösungseffekte im Muldenbodenbereich in einen Bereich des Brennraumes konzentriert bzw. transportiert, in den die Kraftstoffstrahlen der Nacheinspritzung hineindringen. Dadurch wird der Verdampfungsprozess des nacheingespritzten Kraftstoffs beschleunigt.According to a further embodiment of the invention, the post-injection is injection-molded cone-shaped with a spray-hole angle of 80 ° to 140 °, preferably from 80 ° to 120 ° or 90 ° to 120 ° in the combustion chamber. In particular, when carrying out the post-injection with a spray cone angle of 80 ° to 120 ° in combination with the piston recess according to the invention, the injection jets of the post-injection are detected by the hot gas mixture of the main combustion or of the heterogeneous combustion. Because the hot gases are concentrated or transported due to the detachment effects in the trough bottom area in a region of the combustion chamber, in which penetrate the fuel jets of the post-injection. This accelerates the evaporation process of the post-injected fuel.
Insbesondere wenn die Nacheinspritzung in einem Kurbelwinkel- bereich von 300KW bis 1500KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird, werden die nacheingespritzten Kraftstoffmengen vor Erreichen der Zylinderwand verdampft. Folglich wird eine lastabhängig optimierte Erzeugung eines unter- stöchiometrischen bzw. angereicherten Gemisches im Abgas einer Dieselbrennkraftmaschine ermöglicht, das zur einer NOx- Regeneration bzw. einer Desulphatisierung von NOx-Speicher- katalysatoren, zur Onboard-Erzeugung von NH3 für die Regeneration eines SCR-Katalysators bei einer selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxidemissionen und/oder zur thermischen Regeneration eines Dieselpartikelfilters verwendet werden kann.In particular, if the post-injection is injected in a crank angle range from 30 0 KW to 150 0 KW after top dead center, the nacheingespritzten fuel quantities are evaporated before reaching the cylinder wall. Consequently, a load-dependent optimized generation of a stoichiometric or enriched mixture in the exhaust gas of a diesel internal combustion engine is enabled, for NOx regeneration or desulphation of NOx storage catalysts, for onboard generation of NH3 for the regeneration of an SCR catalyst can be used in a selective catalytic reduction of nitrogen oxide emissions and / or for the thermal regeneration of a diesel particulate filter.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil der eingespritzten KraftStoffmenge zur Bildung des heterogenen Gemisches im Vergleich zu einer Gesamtkraft- stoffmenge zwischen 60% und 100% bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen bzw. bei Volllast und zwischen 30% und 70%, oder um 50% bei niedrigen bzw. mittleren Drehzahl- und Lastbereichen. Durch die vorgesehene Kraftstoffaufteilung wird ein auf die vorgesehene Kolbenmulde angepasster CHHC- Betrieb entsprechend der erfindungsgemäßen Kraftstoffführung entlang der Kolbenmuldenkontur effizient durchgeführt und im Hinblick auf die Abgasemissionen optimiert. Demnach kann eine in etwa vollständige Umsetzung des Kraftstoffes im Muldenbereich unter Vermeidung von Rußpartikelbildung erzielt werden.In a further embodiment of the invention, the proportion of injected fuel quantity to form the heterogeneous mixture in comparison to a total fuel amount between 60% and 100% at higher speed and Load ranges or at full load and between 30% and 70%, or by 50% at low and medium speed and load ranges. Due to the proposed fuel distribution, a CHHC operation adapted to the intended piston recess is carried out efficiently along the piston recess contour according to the fuel guide according to the invention and is optimized with regard to the exhaust emissions. Accordingly, an approximately complete conversion of the fuel in the trough area can be achieved while avoiding the formation of soot particles.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch aus, dass der Kraftstoff in den Brennraum mittels einer Einspritzdüse eingespritzt wird, die derart ausgebildet ist, dass der Kraftstoff während eines Arbeitsspiels in Form von mehreren Teilmengen in den Brennraum eingespritzt wird und die Teilmengen wahlweise mit unterschiedlichen Spritzloch- kegelwinkeln aus der Einspritzdüse austreten. Weiterhin ist vorgesehen, dass im Kolben eine Kolbenmulde angeordnet ist, die einen Muldenboden mit einer Muldentiefe aufweist, wobei sich der Muldenboden von einem Kompressionsvorsprung bis zu einem Muldenrand erstreckt. Zwischen dem Kompressionsvorsprung und dem Muldenrand sind ferner mindestens drei abgerundete Übergangsbereiche ausgebildet, wobei der erste Übergangsbereich konkav ausgebildet ist bzw. einen ersten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist, der zweite Übergangsbereich konvex ausgebildet ist bzw. einen zweiten Radius mit einem Mittelpunkt unterhalb der Muldenoberfläche aufweist und der dritte Übergangsbereich konkav ausgebildet ist bzw. einen dritten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist. Weiterhin sind die drei Übergangsbereiche ausgehend vom Kompressionsvorsprung oder von einer Kolbenmittellinie in radialer Richtung nach Außen bzw. in Richtung des Muldenrandes in einer Reihe angeordnet . Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbens wird eine schnelle Kraftstoffmassenausbreitung innerhalb der Kolbenmulde hervorgerufen und somit eine rasche Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft erzielt. Eine Kraftstoff- teilchenführung in Richtung des Quetschbereiches des Kolbens wird mittels einer durch den konvex ausgebildeten zweiten Übergangsbereich hervorgerufenen Ablösung der Kraftstoff- massenströmung optimiert. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff "Ablösung" ebenfalls die Ablenkung des Kraftstoffes in den freien Raum des Kolbens zu verstehen.According to a second aspect of the invention, the device according to the invention according to claim 10 characterized in that the fuel is injected into the combustion chamber by means of an injection nozzle which is designed such that the fuel is injected during a cycle in the form of multiple subsets into the combustion chamber and the sub-quantities optionally emerge from the injection nozzle with different injection hole cone angles. Furthermore, it is provided that a piston recess is arranged in the piston, which has a trough bottom with a bowl depth, wherein the trough bottom extends from a compression projection to a trough edge. Furthermore, at least three rounded transition regions are formed between the compression projection and the depression edge, wherein the first transition region is concave or has a first radius with a center above the depression surface, the second transition region is convex or a second radius with a center below Trough surface and the third transition region is concave or has a third radius with a center above the trough surface. Furthermore, the three transition regions are arranged starting from the compression projection or from a piston center line in the radial direction to the outside or in the direction of the trough edge in a row. The inventive design of the piston rapid fuel mass propagation is caused within the piston recess and thus achieved a rapid mixing of the fuel with the air. A fuel particle guide in the direction of the pinch region of the piston is optimized by means of a separation of the fuel mass flow caused by the convex second transition region. For the purposes of the invention, the term "detachment" also means the deflection of the fuel into the free space of the piston.
Insbesondere bei der Verwendung einer variablen Einspritzdüse, die eine Einspritzung des Kraftstoffes in Form von Teilmengen mit unterschiedlichen Spritzlochkegelwinkeln aus der Einspritzdüse ermöglicht, kann eine verbesserte Kraft- Stoffablösung bzw. eine Kraftstoffablenkung von der Mulden- bodenoberflache weg ins Kolbenmuldeninnere lastpunktabhängig erzielt werden. Hierdurch ergibt sich innerhalb der Mulde eine verstärkte Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft.In particular, when using a variable injection nozzle, which allows injection of the fuel in the form of subsets with different spray hole cone angles from the injection nozzle, an improved fuel separation or a fuel diversion from the trough bottom surface into the piston trough interior can be achieved depending on the load point. This results within the trough increased mixing of the fuel with the combustion air.
Daher eignet sich die vorgesehene Brennraumkonfiguration sowohl für den Einsatz einer Einspritzdüse mit einem steilen Spritzkegelwinkel als auch für den Einsatz einer Einspritzdüse mit einem flachen Spritzkegelwinkel oder für den Einsatz einer Einspritzdüse, die wahlweise unterschiedliche Spritz- lochkegelwinkel ermöglicht.Therefore, the proposed combustion chamber configuration is suitable both for the use of an injection nozzle with a steep spray cone angle and for the use of an injection nozzle with a flat spray cone angle or for the use of an injection nozzle, which optionally allows different injection cone angle.
Folglich kann durch die erfindungsgemäße Brennraumkonfiguration beispielsweise bei einem CHHC-Betrieb eine vorteilhafte Verbrennung erzielt werden, insbesondere in Kombination mit einer Einspritzdüse mit schaltbarer variabler Geometrie. Solche Einspritzdüsen, auch als Variodüsen bekannt, sind z.B. in der DE 199 16 485 C2 oder in der DE 199 22 964 C2 beschrieben. Bei solchen Variodüsen sind mehrere selektiv wählbare und frei schaltbare Spritzlochbohrungs- reihen vorgesehen. Diese Spritzlochbohrungsreihen sind unterschiedlich ausgebildet, so dass je nach Bedarf der Kraftstoff innerhalb eines Arbeitsspiels unter Freischaltung einer bestimmten frei wählbaren Spritzlochbohrungsreihe mit unterschiedlichen Spritzkegelwinkeln zu unterschiedlichen Zeitpunkten in den Brennraum eingebracht werden kann. Mit dem Einsatz einer Variodüse kann in Kombination mit der vorgesehenen Muldengeometrie eine vorteilhafte Verteilung der Verbrennungszonen erzielt werden, so dass eine optimierte Regelung des Verbrennungsablaufs innerhalb des Brennraums bei der Vornahme einer Vor- Haupt- und/oder Nacheinspritzung ermöglicht wird. Eine solche Verteilung der Verbrennungszonen kann vorzugsweise in Kombination mit einem entsprechenden Drall lastpunktsabhängig auch im Hinblick auf eine Regelung einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung optimiert werden.Consequently, by the combustion chamber configuration according to the invention, for example in a CHHC operation, an advantageous combustion can be achieved, in particular in combination with an injector with switchable variable geometry. Such injection nozzles, also known as Vario nozzles, are described, for example, in DE 199 16 485 C2 or in DE 199 22 964 C2. In such vario nozzles, a plurality of selectively selectable and freely switchable injection-hole boring provided for rows. These spray hole rows are designed differently, so that, depending on requirements, the fuel can be introduced into the combustion chamber at different times within a work cycle with activation of a specific, freely selectable spray hole bore row with different spray cone angles. With the use of a Variodüse can be achieved in combination with the intended Muldengeometrie an advantageous distribution of the combustion zones, so that an optimized control of the combustion process within the combustion chamber in the making a pre-main and / or post-injection is made possible. Such a distribution of the combustion zones can preferably be optimized in dependence on the load point in combination with a corresponding swirl also with regard to a regulation of a downstream exhaust gas aftertreatment device.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie den zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:Further advantages will become apparent from the following description and the accompanying drawings. In the drawings, embodiments of the invention are shown. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs- gemäßen Brennraumkonfiguration einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung,1 is a schematic representation of an inventive combustion chamber configuration of an internal combustion engine with auto-ignition,
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Brennraumkonfiguration nach Fig. 1,FIG. 2 shows a further schematic representation of the combustion chamber configuration according to FIG. 1, FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer frühenFig. 3 is a schematic representation of an early
Kraftstoffeinspritzung mit einem Spritzlochkegel- winkel von ca. 80° auf eine Kolbenmulde nach Fig. 1 undFuel injection with a Spritzlochkegel- angle of about 80 ° on a piston recess according to Fig. 1 and
Fig. 4 eine schematische Darstellung einerFig. 4 is a schematic representation of a
Haupteinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel von ca. 120° auf eine Kolbenmulde nach Fig. 1.Main injection with a spray hole cone angle of about 120 ° on a piston recess according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine abgebildet, die mindestens einen Zylinder 1 und einen Zylinderkopf 2 aufweist. Innerhalb des Zylinders 1 ist ein Brennrautn 5 zwischen einem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 2 begrenzt. Gemäß Fig. 2 ist im Zylinderkopf 2 ein Kraftstoffinjektor 6 mit einer Einspritzdüse 6a angeordnet, welche mehrere nicht dargestellte Einspritzbohrungen aufweist. Die Einsspritzdüse kann mehrere übereinander liegende Einspritzlochbohrungs- reihen aufweisen, wobei mindestens eine Reihe Spritzlochbohrungen mit einem steilen Spritzkegelwinkel zwischen ca. 70° und 90° umfasst, und eine andere Reihe Spritzlochbohrungen mit einem flachen Spritzkegelwinkel zwischen ca. 100° und 120° umfasst. Die Durchmesser der steilen Spritzlochbohrungen sind kleiner ausgebildet als die der flachen Spritzlochbohrungen, wobei die Anzahl der steilen Spritzlochbohrungen vorzugsweise kleiner ist als die Anzahl der flachen Spritzlochbohrungen.In Fig. 1, an internal combustion engine is shown, the at least one cylinder 1 and a cylinder head. 2 having. Within the cylinder 1 a Brennrautn 5 between a piston 3 and the cylinder head 2 is limited. 2, a fuel injector 6 is arranged with an injection nozzle 6a in the cylinder head 2, which has a plurality of injection holes, not shown. The injection nozzle may comprise a plurality of superimposed injection well rows, at least one series including injection wells having a steep spray cone angle of between about 70 ° and 90 °, and another series including injection wells having a flat cone angle between about 100 ° and 120 °. The diameters of the steep injection-well bores are smaller than those of the flat injection-well bores, the number of steep injection-well bores preferably being smaller than the number of flat injection-well bores.
Aus den Einspritzbohrungen treten im Betrieb mehrere Kraftstoffstrahlen 8 aus, wobei die im Brennraum 5 nahezu mittig positionierte Einspritzdüse 6a vorzugsweise zwei übereinander angeordnete selektiv wählbare Einspritz- bohrungsreihen aufweist. Der Kraftstoff wird hierdurch in einer entsprechenden Zahl von Kraftstoffstrahlen 8 direkt in den Brennraum 5 eingespritzt, so dass eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine realisiert ist. Vorzugsweise wird in den Brennraum 5 ein Dieselkraftstoff eingespritzt, so dass eine selbstzündende Verbrennung eingeleitet wird.During operation, a plurality of fuel jets 8 emerge from the injection bores, wherein the injection nozzle 6a positioned almost centrally in the combustion chamber 5 preferably has two selectively selectable injection bore rows arranged one above the other. The fuel is thereby injected in a corresponding number of fuel jets 8 directly into the combustion chamber 5, so that a directly injecting internal combustion engine is realized. Preferably, a diesel fuel is injected into the combustion chamber 5, so that a self-igniting combustion is initiated.
Eine im Kolbenboden 7 vorgesehene Kolbenmulde 4 befindet sich an der dem Zylinderkopf 2 zugewandten Seite des Kolbens 3 und ist von einer ringförmigen Muldenwand bzw. einem solchen Muldenrand 15 nach außen hin begrenzt. Der Kolben 3 weist einen Kolbendurchmesser Db auf, wobei die Kolbenmulde 4 innerhalb eines Muldenranddurchmessers Dm eingeschlossen ist. Bei einem flachen Kolbenboden 7, der gemäß Fig. 4 am Muldenrand 15 angrenzt, wird am Ende eines Kompressionstakts zwischen dem Kolbenboden 7 und dem Zylinderkopf 2 ein Quetschbereich 12 gebildet . Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Kolbenmulde 4 einen nahezu mittig positionierten, sich in Richtung des Zylinderkopfes 2 erstreckenden Kompressionsvorsprung 10 auf. Die Kolbenmulde 4 ist derart ausgebildet, dass eine Mittelachse des Kompressionsvorsprungs 10 vorzugsweise mit einer Zylinderachse 19 und einer Mittelachse des Kraftstoffinjektors 6 zusammenfällt. Der vorzugsweise in Form einer kegelförmigen Erhebung ausgeführte Vorsprung 10 weist einen Vorsprungskegelwinkel αh und eine abgerundete Kegelspritze auf. Die ausgebildete Erhebung 10 ist nicht auf eine kegelförmige Struktur beschränkt. Sie kann beispielsweise auch als ein kugelförmiger Vorsprung ausgebildet sein. Eine hohe Temperaturbelastung wird in der Kegelspitze dadurch vermieden. Der Abstand Ak der abgerundeten Kegelspitze vom Zylinderkopf 2 beträgt bei einer Kolbenstellung um einen oberen Totpunkt etwa 4% bis 6% des Kolbendurchmessers Db, vorzugsweise um 5%. Der KompressionsvorSprung 10 weist dabei einen Kegelwinkel αh auf, der in etwa dem des verwendeten Spritzkegelwinkels der Einspritzdüse 6a entspricht, d.h. etwa zwischen 70° und 130°, vorzugsweise um 100°.A provided in the piston head 7 piston recess 4 is located on the cylinder head 2 facing side of the piston 3 and is bounded by an annular trough wall or such a trough edge 15 to the outside. The piston 3 has a piston diameter Db, the piston recess 4 being enclosed within a bowl rim diameter Dm. In the case of a flat piston head 7, which adjoins the depression edge 15 according to FIG. 4, a pinch region 12 is formed at the end of a compression stroke between the piston crown 7 and the cylinder head 2. As shown in Fig. 1, the piston recess 4 has a nearly centrally positioned, extending in the direction of the cylinder head 2 compression projection 10. The piston recess 4 is formed such that a central axis of the compression projection 10 preferably coincides with a cylinder axis 19 and a center axis of the fuel injector 6. The preferably executed in the form of a conical projection projection 10 has a projection cone angle αh and a rounded cone syringe. The formed elevation 10 is not limited to a conical structure. It can also be designed, for example, as a spherical projection. A high temperature load is thereby avoided in the apex. The distance Ak of the rounded conical tip from the cylinder head 2 is at a piston position around a top dead center about 4% to 6% of the piston diameter Db, preferably by 5%. The compression projection 10 in this case has a cone angle αh which corresponds approximately to that of the spray cone angle of the injection nozzle 6a used, ie approximately between 70 ° and 130 °, preferably around 100 °.
In Fig. 3 ist eine Kolbenstellung bei etwa 5O0KW nach bzw. vor einem oberen Totpunkt OT dargestellt. Gemäß Fig. 3 erstreckt sich ausgehend vom Kompressionsvorsprung 10 eine Muldenkontur 11 in Richtung eines Muldenbodens 14 und dann weiter in Richtung des Muldenrandes 15. Unter dem Muldenrand 15 ist das Ende bzw. der äußerste Bereich der Kolbenmulde 4 zu verstehen. Die Kolbenbodenoberfläche 7 grenzt unmittelbar am Muldenrand 15 an. An dieser Grenze wird der maximale Muldendurchmesser Dm gemäß Fig. 2 gemessen.In Fig. 3, a piston position at about 5O 0 KW is shown after or before a top dead center OT. According to FIG. 3, starting from the compression projection 10, a trough contour 11 extends in the direction of a trough bottom 14 and then further in the direction of the trough edge 15. The trough edge 15 is to be understood as the end or outermost region of the piston trough 4. The piston crown surface 7 directly adjoins the bowl rim 15. At this limit, the maximum bowl diameter Dm according to FIG. 2 is measured.
Gemäß Fig. 2 ist die Einspritzdüse 6a oberhalb der Kolbenmulde 4 angeordnet. Vorzugsweise ist die Kolbenmulde 4 im Brennraum 5 der Brennkraftmaschine mittig angeordnet. Die Muldenkontur 11 weist in einem zum Kompressionsvorsprung 10 benachbarten Bereich einen abgerundeten ersten Übergangs- bereich Rl auf. Innerhalb des ersten Übergangsbereichs Rl befindet sich vorzugsweise der tiefste Punkt der Kolbenmulde 4 mit einem maximalen Abstand t vom Kolbenboden 7. Durch den vorgesehenen Abstand t bleibt für die entlang der Muldenkontur 11 geführten Kraftstoffanteile genügend Freiraum. Somit kann sich die vom Kompressionsvorsprung 10 abgelenkte bzw. geführte Kraftstoffmenge optimal verteilen. Der Transport des Kraftstoffes in Richtung des Muldenrands 15 wird durch die Ausgestaltung des Muldenbodens 14 und die Abmessung des Muldendurchmessers Dm im Vergleich zum Kolbendurchmesser Db optimiert.According to FIG. 2, the injection nozzle 6a is arranged above the piston recess 4. Preferably, the piston recess 4 is arranged centrally in the combustion chamber 5 of the internal combustion engine. The depression contour 11 has, in a region adjacent to the compression projection 10, a rounded first transitional region. area Rl on. Within the first transition region Rl is preferably the lowest point of the piston recess 4 with a maximum distance t from the piston head 7. By the provided distance t remains for the guided along the trough contour 11 fuel portions enough space. Thus, the amount of fuel deflected or guided by the compression projection 10 can be optimally distributed. The transport of the fuel in the direction of the trough edge 15 is optimized by the configuration of the trough bottom 14 and the dimension of the bowl diameter Dm in comparison to the piston diameter Db.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Ausgestaltung des Muldenbodens 14 und/oder ein Verhältnis Dm/Db von Muldendurchmesser Dm zu Kolbendurchmesser Db vor, die zur Folge hat, dass die Bildung von kraftstoffreichen Zonen zur Unterdrückung von Rußpartikelbildung minimiert wird. Vorzugsweise beträgt der Muldendurchmesser Dm unter Berücksichtigung der nachfolgend aufgeführten Gestaltungs- kriterien etwa 75% bis 90%, vorzugsweise 83% des Kolbendurchmessers Db.The present invention proposes an embodiment of the well bottom 14 and / or a ratio Dm / Db of bowl diameter Dm to piston diameter Db, which has the consequence that the formation of fuel-rich zones for suppressing soot particle formation is minimized. Preferably, the bowl diameter Dm is about 75% to 90%, preferably 83% of the piston diameter Db taking into account the design criteria listed below.
Das Gestaltungskonzept der Kolbenmulde 4 zielt darauf ab, mittels der erfindungsgemäßen Brennraumkonfiguration die in den Brennraum 5 eingebrachten Kraftstoffstrahlen 8 zumindest teilweise entlang der Muldenbodenkontur 11 zwischen dem Kompressionsvorsprung 10 und dem Muldenrand 15 derart zu führen, dass genügend Kraftstoffanteile durch einen Ablösungsvorsprung 16, insbesondere in Form eines Steigungswechsels oder eines konvex ausgestalteten Bereichs im Muldenboden 14 von einer Muldenbodenoberflache abgelöst werden. Der hierfür vorgesehene Absprungs- bzw. Ablösungs- bereich liegt in einem Muldenbodenabschnitt, der einen Abstand A zur Zylinderachse 19 aufweist, welcher etwa 30% bis 70%, insbesondere um 50% des Kolbenradius beträgt. Somit wird ein eingespritzter Kraftstoffstrahl 8 entlang der erfindungsgemäßen Muldenbodenkontur 11 geführt und rechtzeitig von der Muldenbodenoberflache abgelöst. Gleichzeitig werden hierdurch die abgelösten Kraftstoffanteile intensiv mit der verdichteten Verbrennungsluft vermischt und die Lage der Verbrennungszone in einen äußeren freien Bereich der Kolbenmulde 4 bzw. des Brennraums 5 verlagert, in dem sich die größeren Volumenanteile befinden. Das resultiert in eine rußpartikelarme Verbrennung. In Fig. 4 ist eine Kolbenstellung bei etwa 1O0KW vor bzw. nach dem oberen Totpunkt OT dargestellt. Mit Hilfe der vorliegenden Brennraumkonfiguration wird eine mögliche Entstehung von kraftstoffreichen Zonen innerhalb der Kolbenmulde 4 vermieden. Infolgedessen findet die selbstzündende Verbrennung mit einer intensiven Rußpartikelnachoxidation statt. Dies ist insbesondere bei Betriebspunkten mit großen Kraftstoffmassen, beispielsweise im Volllastbetrieb von großer Bedeutung und vorteilhaft, da hierdurch beim Betrieb der Brennkraftmaschine in oberen Drehzahl- und Lastbereichen eine besonders rußpartikelfreie Verbrennung ermöglicht wird.The design concept of the piston recess 4 aims at using the combustion chamber configuration according to the invention to guide the fuel jets 8 introduced into the combustion chamber 5 at least partially along the depression bottom contour 11 between the compression projection 10 and the depression rim 15 such that sufficient fuel components are removed by a detachment projection 16, in particular in shape a slope change or a convex designed area in the trough bottom 14 are detached from a trough bottom surface. The jump-off or separation region provided for this purpose lies in a trough bottom section which has a distance A from the cylinder axis 19 which is approximately 30% to 70%, in particular 50%, of the piston radius. Thus, an injected fuel jet 8 is guided along the trough bottom contour 11 according to the invention and detached in time from the trough bottom surface. At the same time thereby the separated fuel components are intensively mixed with the compressed combustion air and the position of the combustion zone in an outer free area of the piston bowl 4 and the combustion chamber 5 displaced, in which there are the larger volume fractions. This results in a soot particulate combustion. In FIG. 4, a piston position at about 1O 0 KW before or after the top dead center TDC is shown. With the help of the present combustion chamber configuration, a possible formation of fuel-rich zones within the piston recess 4 is avoided. As a result, autoignition combustion takes place with intensive soot particle oxidation. This is particularly important at operating points with large fuel masses, for example, in full load operation of great importance and advantageous, since thereby a particularly soot-free combustion is possible during operation of the internal combustion engine in the upper speed and load ranges.
Ausgehend vom Kompressionsvorsprung 10 schließt sich in radialer Richtung daran der erste Übergangsbereich Rl an, so dass ein stetiger Übergang in eine flach nach außen ansteigende Muldenkontur 11 ausgebildet ist. Der Scheitelpunkt beim ersten abgerundeten Übergangsbereich Rl stellt den tiefsten Punkt der Kolbenmulde 4 dar. Dabei beträgt der Abstand t zwischen 10% und 20%, vorzugsweise um 14% des Brennraumdurchmessers Db. Der erste Übergangsbereich Rl weist einen Radius von etwa 8% bis 15%, vorzugsweise um 11% des Brennraumdurchmessers Db auf. Durch die Positionierung des kegelförmigen Kompressionsvorsprungs 10 im zentralen Bereich der Mulde 4 wird eine vorteilhafte Umlenkung der Kraftstoffstrahlen 8 entlang der Muldenkontur 11 erzielt. Außerdem wird eine Reduktion des Volumens in einem Bereich erzielt, der unzureichend von den Verbrennungszonen erfasst wird. Um einen möglichst parallelen Einspritzverlauf zum Vorsprungsverlauf zu vermeiden, ist vorzugsweise der Vorsprungskegelwinkel αh um ca. 10° größer oder kleiner als der Kegelwinkel ß, wenn der Kegelwinkel ß steil ist oder z.B. ca. 90° beträgt. Die Ausgestaltung des Kompressionsvorsprungs 10 führt demnach zu einer Vermeidung eines frühen Ansaugens der Kraftstoffstrahlen 8, bekannt als Walljet-Effekt. Die sich an den Übergangsbereich Rl nach außen hin anschließende, vorzugsweise flach ansteigende Kontur stellt einen Mulden- bodeninnenbereich 17 in Form einer Oberfläche eines ersten Kegels Kl bzw. eines trichterförmigen Abschnitts dar, der einen Winkel αkl zwischen ca. 130° und 160°, vorzugsweise um 145° aufweist.Starting from the compression projection 10, the first transition region Rl adjoins it in the radial direction, so that a continuous transition into a trough contour 11 which rises in a flat manner towards the outside is formed. The vertex at the first rounded transition region Rl represents the lowest point of the piston recess 4. The distance t is between 10% and 20%, preferably 14% of the combustion chamber diameter Db. The first transition region Rl has a radius of about 8% to 15%, preferably about 11% of the combustion chamber diameter Db. By positioning the conical compression projection 10 in the central region of the trough 4, an advantageous deflection of the fuel jets 8 along the trough contour 11 is achieved. In addition, a reduction of the volume is achieved in an area that is insufficiently detected by the combustion zones. In order to avoid a possible parallel injection course to the projection course, the projection cone angle αh is preferably greater or smaller than the cone angle β by approximately 10 °, when the cone angle β is steep or is approximately 90 °, for example. The design of the compression projection 10 thus results in avoiding early suction of the fuel jets 8, known as the Walljet effect. The adjoining the transition region Rl outwardly, preferably flat rising contour represents a trough bottom inner region 17 in the form of a surface of a first cone Kl or a funnel-shaped portion having an angle αkl between about 130 ° and 160 °, preferably around 145 °.
Bei etwa der Hälfte des Kolbendurchmessers Db ist ein zweiter Übergangsbereich R2 angeordnet, der von der ansteigenden Muldenkontur 11 mit einem Radius zwischen etwa 5% und 15%, vorzugsweise ca. 8% des Kolbendurchmessers Db in einen im Vergleich zum Muldenbodeninnenbereich 17 flacheren Mulden- bodenaußenbereich 18 übergeht. Diese Zone stellt ebenfalls einen kurzen Abschnitt einer Oberfläche eines zweiten Kegels K2 dar, der einen Winkel αk2 zwischen ca. 140° und 180° vorzugsweise ca. 170° aufweist.At about half of the piston diameter Db, a second transition region R2 is arranged, which of the rising trough contour 11 with a radius between about 5% and 15%, preferably about 8% of the piston diameter Db in a lower compared to the trough bottom inner region 17 trough bottom outer region 18 passes. This zone likewise represents a short section of a surface of a second cone K2, which has an angle αk2 between approximately 140 ° and 180 °, preferably approximately 170 °.
Der zweite Übergangsbereich R2 wirkt als ein kleiner Höcker 16 bzw. als eine Absprungskante. Nach außen hin folgt dann ein dritter in Richtung des Zylinderkopfs 2 abgerundeter Übergangsbereich R3 mit einem Radius von etwa 4% bis 10%, vorzugsweise um 7% des Kolbendurchmessers Db. Die flache kegelförmige Zone zwischen dem zweiten Übergangsbereich R2 und dem dritten Übergangsbereich R3 kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung derart verkürzt werden, so dass die Übergangsbereiche R2 und R3 ineinander übergehen bzw. mit einer gemeinsamen Tangente verbunden werden.The second transition region R2 acts as a small bump 16 or as a takeoff edge. Outwardly then follows a third in the direction of the cylinder head 2 rounded transition region R3 with a radius of about 4% to 10%, preferably 7% of the piston diameter Db. The flat conical zone between the second transition region R2 and the third transition region R3 can be shortened according to a further advantageous embodiment such that the transition regions R2 and R3 merge into one another or are connected to a common tangent.
Der dritte Übergangsbereich R3 geht wiederum in den steil ansteigenden Muldenrand 15 über. Der Muldenrandbereich stellt wiederum einen Abschnitt einer Oberfläche eines dritten Kegels K3 dar, der einen Winkel αk3 von ca. 30° bis 100° vorzugsweise ca. 60° aufweist. Alternativ ist der Muldenrand 15 in etwa parallel zur Zylinderachse 19 ausgebildet.The third transition region R3 in turn merges into the steeply rising trough edge 15. The Muldenrandbereich provides again a portion of a surface of a third cone K3, which has an angle αk3 of about 30 ° to 100 °, preferably about 60 °. Alternatively, the trough edge 15 is formed approximately parallel to the cylinder axis 19.
Der Muldenrand 15 geht in einen vierten abgerundeten Übergangsbereich R4 über, der am ebenen Kolbenboden 7 im Bereich des Quetschbereichs 12 angrenzt. Der vierte Übergangsbereich R4 weist einen Radius zwischen etwa 1% und 10%, vorzugsweise ca. 3% des Kolbendurchmessers Db auf. Bei einem steilen Verlauf vom Muldenrand 15 und bei kleinen Radien am vierten Übergangsbereich R4 bildet sich radial außerhalb des Übergangs eine Rezirkulationszone aus. Die vom Muldenrand 15 umgelenkten bzw. geführten Kraftstoffstrahlen 8 treten somit verstärkt aus der Mulde 4 in Richtung des Quetschbereichs 12 bzw. Quetschspaltes heraus. Ein etwas steilerer Anstieg des Muldenrands 15 im äußeren Bereich, d.h. beim Übergang zum Kolbenboden 7, führt zu einer verstärkten Umlenkung der an der Muldenkontur 11 gleitenden Kraftstoffstrahlen 8 nach oben in Richtung des Zylinderkopfs 2, insbesondere bei größeren Einspritzmengen beispielsweise in einem heterogenen Betrieb. Somit wird ein Auftreffen des Kraftstoffes an der Zylinderwand bei späteren Einspritzzeitpunkten vermieden, insbesondere wenn der Kolben 3 schon weiter unterhalb des Zylinderkopfes 2 steht.The trough edge 15 merges into a fourth rounded transition region R4, which adjoins the flat piston head 7 in the region of the pinch region 12. The fourth transition region R4 has a radius between about 1% and 10%, preferably about 3% of the piston diameter Db. With a steep course from the trough edge 15 and at small radii at the fourth transition region R4, a recirculation zone forms radially outside the transition. The deflected or guided by the trough edge 15 fuel jet 8 thus occur more intensified out of the trough 4 in the direction of the pinch region 12 and squish gap out. A somewhat steeper slope of the trough rim 15 in the outer area, i. at the transition to the piston head 7, leads to an increased deflection of the sliding at the trough contour 11 fuel jet 8 upwards in the direction of the cylinder head 2, especially for larger injection quantities, for example, in a heterogeneous operation. Thus, an impact of the fuel on the cylinder wall is avoided at later injection times, in particular when the piston 3 is already below the cylinder head 2.
Die vorliegende Brennraumkonfiguration eignet sich insbesondere für einen CHHC-Betrieb, bei dem ein Teil des Kraftstoffes in Form einer Voreinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel ß von ca. 70° bis 90° in den Brennraum kegelförmig eingespritzt wird. Diese Voreinspritzung findet unter Freischaltung bzw. einer Inbetriebnahme einer Spritz- lochbohrungsreihe mit dem steilen Spritzkegelwinkel in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 1300KW und 300KW vor einem oberen Totpunkt statt. Danach wird eine weitere Kraftstoffstoffmenge als eine Haupteinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel ß zwischen 100° und 120°in den Brennraum eingebracht. Die Haupteinspritzung findet unter Inbetriebnahme einer weiteren Spritz- lochbohrungsreihe mit dem flachen Spritzkegelwinkel in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 2O0KW vor dem oberen Totpunkt und 400KW nach dem oberen Totpunkt statt. Beim CHHC-Betrieb wird der Anteil der homogen sowie der heterogen eingespritzten KraftStoffmenge lastabhängig angepasst.The present combustion chamber configuration is particularly suitable for a CHHC operation, in which a portion of the fuel in the form of a pilot injection with a spray hole cone angle ß of about 70 ° to 90 ° is injected conically into the combustion chamber. This pre-injection takes place with activation or commissioning of a spray hole series with the steep spray cone angle in a crank angle range between 130 0 KW and 30 0 KW before a top dead center. Thereafter, a further amount of fuel is introduced as a main injection with a spray hole angle ß between 100 ° and 120 ° in the combustion chamber. The main injection takes place by commissioning another injection hole series with the flat spray cone angle in a crank angle range between 2O 0 KW before top dead center and 40 0 KW after top dead center. In CHHC operation, the proportion of homogeneous and heterogeneously injected fuel quantity is adjusted depending on the load.
Für die homogene Gemischbildungsphase gelangt der Kraftstoffstrahl gemäß Fig. 3 im Wesentlichen in die Mulde. Vorteilhaft ist dabei, dass ein Kraftstoffauftrag auf die Zylinderwand vermieden wird und eine große freie Länge der Einspritzstrahlen 8 eingestellt werden kann. Aufgrund der offenen Form der Mulde kann sich dabei die Gemischzone auch nach außen bewegen, so dass die Konzentration in einem begrenzten Teilvolumen des Brennraumes vermieden wird. Der angedeutete Höcker 16 gemäß Fig. 3 unterstützt die Gemischverteilung in einer späten Phase der Homogenisierung.For the homogeneous mixture-forming phase, the fuel jet of FIG. 3 essentially reaches the trough. It is advantageous that a fuel order is avoided on the cylinder wall and a large free length of the injection jets 8 can be adjusted. Due to the open shape of the trough, the mixture zone can also move outward, so that the concentration in a limited partial volume of the combustion chamber is avoided. The indicated hump 16 according to FIG. 3 assists the mixture distribution in a late phase of the homogenization.
Für die nachfolgende heterogene Verbrennungsphase wird der Kraftstoff vorzugsweise sowohl im Fall der Teillast als auch bei Volllast mit flacherem Spritzkegelwinkel ßzwischen ca. 120° und 130° gemäß Fig. 4 eingespritzt. Bei der heterogenen Verbrennungsphase ergeben sich dabei eine gute Brennraumerfassung und somit eine optimierte und eine nahezu vollständige Verbrennung der Haupteinspritzung mit geringer Rußemission.For the subsequent heterogeneous combustion phase, the fuel is preferably injected both in the case of partial load and at full load with a shallow spray cone angle ßbetween about 120 ° and 130 ° as shown in FIG. In the heterogeneous combustion phase, this results in a good combustion chamber detection and thus optimized and almost complete combustion of the main injection with low soot emissions.
Im Fall eines rein heterogenen Betriebes wird der Kraftstoff als eine Haupteinspritzung beispielsweise bei Volllast mit heterogener Gemischbildung ebenfalls in einem Intervall von ca. 200KW vor dem oberen Totpunkt bis ca. 40° nach den oberen Totpunkt. Wird der Kraftstoff mit einem flachen Spritzkegel- winkel ß von ca. 120° eingespritzt, dann ergeben sich ebenfalls eine zweckdienliche Brennraumerfassung und eine nahezu vollständige Heterogenverbrennung mit geringer Rußemission.In the case of a purely heterogeneous operation of the fuel as a main injection, for example, at full load with heterogeneous mixture formation also in an interval of about 20 0 KW before top dead center to about 40 ° after top dead center. If the fuel is injected at a flat injection angle β of about 120 °, then there is also a useful combustion chamber detection and a almost complete heterogeneous combustion with low soot emissions.
Wird die Anzahl der Spritzlochbohrungen mit einem steilen Spritzkegelwinkel ß kleiner gewählt als die Anzahl der Spritzlochbohrungen mit dem steilen Spritzkegelwinkel ß, dann ergeben sich unterschiedliche hydraulische Durchflüsse, d.h., unterschiedliche HD-Werte für die jeweilige Reihe. Vorzugsweise wird der HD-Wert der Reihe für die Voreinspritzung kleiner gewählt als der HD-Wert der Spritzlochbohrungen für die Haupteinspritzung bzw. für die Heterogenverbrennung.If the number of injection hole bores having a steep spray cone angle β is chosen to be smaller than the number of injection hole bores having the steep spray cone angle β, different hydraulic flows result, that is, different HD values for the respective row. Preferably, the HD value of the series for the pilot injection is selected to be smaller than the HD value of the injection ports for the main injection or for the heterogeneous combustion.
Die vorgesehene Brennraumkonfiguration eignet sich ferner für die Vornahme einer Nacheinspritzung, die vorzugsweise mit einem Spritzlochkegelwinkel ß zwischen 80° und 140° oder zwischen 80° und 120° in den Brennraum kegelförmig eingespritzt wird. Wird die Nacheinspritzung beispielsweise in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 3O0KW und 15O0KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt, dann kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Regeneration eines nachgeschalteten NOx-Speicher-Katalysators eingeleitet werden. Die nacheingespritzten Kraftstoffstrahlen werden durch die vorgeschlagene Brennraumkonfiguration in Verbindung mit der vorgesehenen Einspritzstrategie vor Erreichen der Zylinderwand verdampft.The proposed combustion chamber configuration is also suitable for carrying out a post-injection, which is preferably injected conically into the combustion chamber with a spray-hole cone angle β between 80 ° and 140 ° or between 80 ° and 120 °. Is the after-injection, for example, injected in a crank angle range between 0 KW 3O and 15O 0 CA after top dead center, then, according to an embodiment of the invention, a regeneration of a downstream NOx storage catalytic converter are initiated. The post-injected fuel jets are vaporized by the proposed combustion chamber configuration in conjunction with the intended injection strategy before reaching the cylinder wall.
Die Nacheinspritzung wird zur Erhöhung der Kraftstoffanteile im Abgas vorgenommen, so dass ein unterstöchiometrisches bzw. ein angereichertes Abgas erzeugt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Nacheinspritzung zur Onboard-Erzeugung von NH3 dienen, um einen SCR- Katalysator zu regenerieren. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Nacheinspritzung ebenfalls dazu dienen, einen nachgeschalteten Partikelfilter durch Anhebung der Abgastemperatur zu regenerieren, wobei die oben genannten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. Vorzugsweise wird bei der Nacheinspritzung mindestens eine Spritzlochbohrungsreihe mit einem Spritzlochkegelwinkel ß zwischen 80° und 140° gewählt, so dass in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kolbenmulde 4 und einem niedrigen Drall, vorzugsweise mit einer Drallziffer unter eins, eine optimale Verdampfung der nacheingespritzten Kraftstoffmengen stattfindet. Im Sinne der Erfindung ist mit niedrigem Drall eine Drallziffer nach Tippelmann gemeint, die kleiner als eines ist. Dementsprechend gelangt durch den im Muldenboden 14 angeordneten Höcker 16 die heiße Gemischwolke der Hauptverbrennung bzw. der heterogenen Verbrennung aufgrund einer turbulenten Strömung im Quetschbereiches 12 in die Umgebung des Zylinderkopf 2, so dass das heiße Verbrennungsgas zum Zeitpunkt der Nacheinspritzung in einer bestmöglichen Position relativ zur Strahlachse der nacheingespritzten Kraftstoffmenge verweilt.The post-injection is carried out to increase the fuel components in the exhaust gas, so that a substoichiometric or an enriched exhaust gas is generated. According to another embodiment of the invention, the post-injection may be for on-board generation of NH3 to regenerate an SCR catalyst. According to a further embodiment of the invention, the post-injection can also serve to regenerate a downstream particulate filter by raising the exhaust gas temperature, wherein the above-mentioned embodiments can be combined with each other. Preferably, in the post-injection, at least one spray hole bore row with a spray hole angle β between 80 ° and 140 ° is selected, so that in combination with the piston bowl 4 according to the invention and a low twist, preferably with a twist less than one, optimum evaporation of the re-injected fuel quantities takes place. For the purposes of the invention is meant a low twist spin number according to Tippelmann, which is smaller than one. Accordingly, due to the turbulent flow in the pinch region 12, the hot mixture cloud of the main combustion or heterogeneous combustion passes into the vicinity of the cylinder head 2 through the bump 16 arranged in the well bottom 14, so that the hot combustion gas is at the best possible position relative to the jet axis at the time of post-injection the nacheingespritzten fuel quantity lingers.
Ferner kann die nacheingespritzte Kraftstoffmenge vorzugsweise mittels einer Blockeinspritzung im Expansionshub in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 300KW und 15O0KW nach dem oberen Totpunkt vorgenommen werden, wobei alternativ die Nacheinspritzung in Form einer zwei- bis siebenfachen getakteten Einspritzung in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 30° KW und 150° KW nach dem oberen Totpunkt vorgenommen werden kann. Dabei kann die Taktdauer während der Nacheinspritzung variiert werden, so dass die Kraftstoffteilmengen der Nacheinspritzung unterschiedlich bemessen werden. Vorzugsweise nimmt die Taktdauer der einzeln nacheingespritzten Teilmengen der Nacheinspritzung mit steigender Taktzahl ab, falls der Einspritzdruck nach der Haupteinspritzung abnimmt. Alternativ kann bei einer konstanten Taktdauer der Einspritzdruck auf ein geringeres Niveau als bei der Haupteinspritzung gesenkt werden. Zur Vermeidung eines Anstiegs einer eventuell während der Nacheinspritzung gebildeten Rußpartikelemission kann wahlweise gemäß der Erfindung der erste Nacheinspritztakt gegenüber dem darauf folgenden Nacheinspritztakt bezüglich der Einspritzmenge reduziert werden, wobei dann die weiteren Nacheinspritztakte mit kontinuierlich abnehmender Kraftstoffmenge durchgeführt werden. Further, the nacheingespritzte fuel amount can preferably be made by means of a block injection in the expansion stroke in a crank angle range between 30 0 KW and 15O 0 KW after top dead center, where alternatively the post-injection in the form of a two- to seven-fold clocked injection in a crank angle range between 30 ° KW and 150 ° CA after top dead center can be made. In this case, the cycle duration during the post-injection can be varied so that the fuel sub-quantities of the post-injection are dimensioned differently. Preferably, the cycle time of the individually nacheingespritzten subsets of the post-injection decreases with increasing number of cycles, if the injection pressure decreases after the main injection. Alternatively, at a constant duty cycle, the injection pressure may be lowered to a lower level than the main injection. In order to avoid an increase in any soot particle emission possibly formed during the post-injection, the first post-injection cycle can optionally be selected according to the invention are reduced with respect to the subsequent Nacheinspritzitzakt with respect to the injection quantity, in which case the further Nacheinspritzakte be performed with continuously decreasing amount of fuel.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche DaimlerChrysler AGPatent claims
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1) , in dem ein Brennraum (5) zwischen einem Kolben (3) und einem Zylinderkopf (2) begrenzt ist, einem im Zylinderkopf (2) angeordneten Kraftstoffinjektor (6) und einer im Kolben (3) angeordneten Kolbenmulde (4) , wobei1. A method for operating an internal combustion engine with at least one cylinder (1), in which a combustion chamber (5) between a piston (3) and a cylinder head (2) is limited, in the cylinder head (2) arranged fuel injector (6) and a in the piston (3) arranged piston recess (4), wherein
- Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse (6a) in den Brennraum (5) während eines Arbeitsspiels in Form von mehreren Teilmengen als Vor-, Haupt-, und/oder Nacheinspritzung eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass- Fuel is injected by means of an injection nozzle (6a) into the combustion chamber (5) during a cycle in the form of multiple subsets as a pre-, main, and / or post-injection, characterized in that
- der Kraftstoff beim Auftreffen auf die Kolbenmulde (4) zumindest teilweise entlang einer Muldenboden- kontur (11) zwischen einem Kompressionsvorsprung- The fuel when hitting the piston recess (4) at least partially along a trough bottom contour (11) between a compression projection
(10) und einem Muldenrand (15) geführt wird, und(10) and a trough edge (15) is guided, and
- die entlang der Muldenbodenkontur (11) geführten Kraftstoffanteile durch einen Steigungswechsel (16) im Muldenboden (14) oder durch einen konvex ausgestalteten Bereich (R2) im Muldenboden (14) mindestens teilweise von einer Muldenbodenoberflache abgelöst oder abgelenkt werden.- The fuel along the trough bottom contour (11) guided fuel components by a pitch change (16) in the trough bottom (14) or by a convex configured region (R2) in the trough bottom (14) are at least partially detached or deflected by a trough bottom surface.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- Haupt- und/oder Nacheinspritzung wahlweise mit einem unterschiedlichen Spritzlochkegelwinkel (ß) in den Brennraum (5) kegelförmig eingespritzt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the pre-main and / or post-injection optionally with a different spray hole angle (ß) in the combustion chamber (5) are injected cone-shaped.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel (ß) von 50° bis 100° oder 70° bis 90° in den Brennraum (5) kegelförmig eingespritzt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the pre-injection with a spray hole angle (ß) of 50 ° to 100 ° or 70 ° to 90 ° in the combustion chamber (5) is injected conically.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupteinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel {ß) von 90° bis 140° oder 100° bis 120° in den Brennraum (5) kegelförmig eingespritzt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the main injection with a spray hole angle {ß) from 90 ° to 140 ° or 100 ° to 120 ° in the combustion chamber (5) is injected conically.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung mit einem Spritzlochkegelwinkel (/?) von 80° bis 140° oder 90° bis 120° in den Brennraum (5) kegelförmig eingespritzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the post-injection with a spray hole angle (/?) From 80 ° to 140 ° or 90 ° to 120 ° in the combustion chamber (5) is injected cone-shaped.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzung zur Bildung eines homogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 1300KW bis 300KW vor einem oberen Totpunkt eingespritzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the pilot injection is injected to form a homogeneous mixture in a crank angle range from 130 0 KW to 30 0 KW before top dead center.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupteinspritzung zur Bildung eines heterogenen Gemisches in einem Kurbelwinkelbereich von 200KW vor dem oberen Totpunkt bis 400KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the main injection is injected to form a heterogeneous mixture in a crank angle range of 20 0 KW before top dead center to 40 0 KW after top dead center.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung in einem Kurbelwinkelbereich von 300KW bis 15O0KW nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the post-injection is injected in a crank angle range from 30 0 KW to 15O 0 KW after top dead center.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der eingespritzten KraftStoffmenge zur Bildung eines heterogenen Gemisches im Vergleich zu einer Gesamtkraftstoffmenge zwischen 60% und 100% bei höheren Drehzahl- und Lastbereichen sowie bei VoIHast und zwischen 30% und 70% bei niedrigen bzw. mittleren Drehzahl- und Lastbereichen beträgt.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the proportion of the injected fuel quantity to form a heterogeneous mixture compared to a total amount of fuel between 60% and 100% at higher speed and load ranges and VoIHast and between 30% and 70% at low and medium speed and load ranges.
10. Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit10. internal combustion engine, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 9, with
- mindestens einem Zylinder (1) , in dem ein Brennraum- At least one cylinder (1), in which a combustion chamber
(5) zwischen einem Kolben (3) und einem Zylinderkopf (2) begrenzt ist,(5) is delimited between a piston (3) and a cylinder head (2),
- einer Einspritzdüse, die derart ausgebildet ist, dass der Kraftstoff während eines Arbeitsspiels in Form von mehreren Teilmengen in den Brennraum eingespritzt wird und die Teilmengen wahlweise mit unterschiedlichen Spritzlochkegelwinkeln aus der Einspritzdüse austreten, und- An injection nozzle, which is designed such that the fuel is injected during a cycle in the form of multiple subsets into the combustion chamber and the subsets selectively exit with different injection hole angle from the injection nozzle, and
- einer im Kolben angeordneten Kolbenmulde (4) , die einen Muldenboden (14) mit einer Muldentiefe (t) aufweist, wobei sich der Muldenboden (14) von einem Kompressionsvorsprung (10) bis zu einem Muldenrand (15) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass- A arranged in the piston piston recess (4) having a trough bottom (14) having a bowl depth (t), wherein the trough bottom (14) from a compression projection (10) extends to a trough edge (15), characterized in that
- zwischen dem Kompressionsvorsprung (10) und dem Muldenrand (15) mindestens drei abgerundete Übergangsbereiche ausgebildet sind, wobei- Between the compression projection (10) and the trough edge (15) at least three rounded transition areas are formed, wherein
- der erste Übergangsbereich (Rl) konkav ausgebildet ist bzw. einen ersten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist,- The first transition region (Rl) is concave or has a first radius with a center above the trough surface,
- der zweite Übergangsbereich (R2) konvex ausgebildet ist bzw. einen zweiten Radius mit einem Mittelpunkt unterhalb der Muldenoberfläche aufweist und der dritte Übergangsbereich (R3) konkav ausgebildet ist bzw. einen dritten Radius mit einem Mittelpunkt oberhalb der Muldenoberfläche aufweist, und wobei die drei Übergangsbereiche ausgehend vom Kompressionsvorsprung (10) oder von einer Kolbenmittellinie (19) in radialer Richtung nach Außen bzw. in Richtung des Muldenrandes (15) in einer Reihe angeordnet sind. - The second transition region (R2) is convex or has a second radius with a center below the trough surface and the third transition region (R3) is concave or has a third radius with a midpoint above the trough surface, and wherein the three transitional regions extend radially outward from the compression projection (10) or from a piston centerline (19) Muldenrandes (15) are arranged in a row.
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