WO2007082701A1

WO2007082701A1 - Brennraumanordnung

Info

Publication number: WO2007082701A1
Application number: PCT/EP2007/000284
Authority: WO
Inventors: Michael Krüger; Hartwig Busch; Thomas KÖRFER
Original assignee: Fev Motorentechnik Gmbh
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2007-07-26
Also published as: DE102006002672A1

Abstract

Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung sowie zugehöriges Verfahren zur Verbesserung einer Kraftstoffverteilung im Brennraum, umfassend einen Kolben (2) und wenigstens einen Zentralinjektor (5), mit welchem wenigstens ein erster (6) und ein zweiter Strahl (7) aus jeweils einer Austrittsöffnung des Zentralinjektors (5) in einen Brennraum einspritzbar sind und welcher einer Kolbenoberfläche des Kolbens (2) gegenüberliegt, wobei die Kolbenoberfläche wenigstens eine Mulde (3) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang des Kolbens (2) benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (5) konkave (12) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (11) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur (11) ein Hinterschnitt der Mulde (3) gebildet ist, wobei ein gemeinsamer Auftreffbereich (16) des ersten Strahls (6) und des zweiten Strahls (7) zwischen einem Scheitel (13) der konvexen Muldenkontur (11) und der konkaven Muldenkontur (12) oder an einem der konvexen Muldenkontur (11) fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur (12) vorgesehen ist, wobei die konkave Muldenkontur (12) so geformt ist, dass erster (6) und zweiter Strahl (7) zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors (5) zurückströmen.

Description

Brennraumanordnung

Die Erfindung betrifft eine Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung.

Brennraumanordnungen mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung werden insbesondere zur Optimierung eines Verbrennungsvorgangs hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und Leistungsentfaltung eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Verbindung ist es, eine verbesserte Kraftstoffverteilung im Brennraum zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennraumanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Kolben einer Brennraumanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 15, eine Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Brennraumanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 sowie ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung umfasst einen Kolben und wenigstens einen Zentralinjektor, mit welchem wenigstens ein erster und ein zweiter Strahl aus jeweils einer Austrittsöffnung des Zentralinjektors in einen Brennraum einspritzbar sind und welcher einer Kolbenoberfläche des Kolbens gegenüberliegt, wobei die Kolbenoberfläche wenigstens eine Mulde aufweist, welche auf einer zu einem Umfang des Kolbens benachbarten Seite wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors konkave und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur ein Hinterschnitt der Mulde gebildet ist, wobei ein gemeinsamer Auftreffbereich des ersten Strahles und des zweiten Strahles zwischen einem Scheitel der konvexen Muldenkontur und der konkaven Muldenkontur oder an einem der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur vorgesehen ist, wobei die konkave Muldenkontur so geformt ist, dass erster und zweiter Strahl zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors zurückströmen.

Überraschenderweise hat sich in Untersuchungen gezeigt, dass ein gemeinsamer Auftreffbereich des ersten und zweiten Strahles zu einer verbesserten Verteilung des Kraft- Stoffes im Brennraum und zu einer Verbesserung des Verbrennungsverhaltens hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und Leistungsentfaltung führt.

Als luftverteilendes Brennverfahren wird beispielsweise ein Drall- oder Tumble-Verfahren verwendet.

Der Zentralinjektor ist im wesentlichen längs der Zylinderlängsachse angeordnet. Eine Symmetrieachse des Zentralinjektors entspricht insbesondere zumindest in etwa der Zylinderlängsachse. Gemäß einer Ausgestaltung liegt der Zentralinjektor genau in der ZyMn- derlängsachse. Vorzugsweise weist der Zentralinjektor ein Spritzbild auf, welches im wesentlichen eine Rotationssymmetrie um die Zylinderlängsachse aufweist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind Auslassöffnungen des Zentralinjektors zumindest annähernd in einem Bereich um die Zylinderlängsachse angeordnet. Ein anderer Teil des Zentralinjektors kann dagegen zur Zylinderlängsachse geneigt angeordnet sein

Die konkave Muldenkontur ist in einem Zylinderlängsschnitt beispielsweise in etwa halbkreisbogenförmig ausgestaltet. Eine Länge des Kreisbogens kann hierbei jedoch auch in etwa von einer Länge eines Drittelkreisbogens bis zu einer Länge eines Dreiviertelkreisbogens ausgestaltet sein. In einer anderen Variante kann auch eine von einer Kreiskontur abweichende beispielsweise elliptische konkave Form verwendet werden. Insbesondere ist die konkave Muldenkontur in einem Zylinder-Längsschnitt in etwa trogförmig ausgestaltet.

Für die konvexe Muldenkontur gilt das vorstehend Gesagte sinngemäß, wobei jedoch die konvexe Muldenkontur zur konkaven Muldenkontur in etwa gespiegelt vorgesehen ist. Konvexe und konkave Muldenkonturen bilden so insbesondere einen S-förmig ausgestalteten Bereich einer Muldenkontur. Je nach betrachtetem Rand der Mulde kann die S- förmig geformte Muldenkontur dabei auch einem gespiegelten S entsprechen. Die konvexe Muldenkontur ist betrachtet von einer Oberfläche des Kolbens vorzugsweise oberhalb der konkaven Muldenkontur angeordnet, so dass durch die konvexe Muldenkontur ein Hinterschnitt der Mulde gebildet wird.

Abmessungen der konvexen und konkaven Muldenkontur können voneinander abweichen. Insbesondere ist die konvexe Muldenkontur kleiner als die konkave Muldenkontur ausgestaltet. Beispielsweise ist die konvexe Muldenkontur in etwa halb so groß bezogen auf eine Trogbreite bzw. einen Radius wie die konkave Muldenkontur. Die Mulde ist beispielsweise zumindest über einen Teilumfang rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Rotationsachse ausgestaltet, welche durch eine Längsachse des Kolbens gebildet wird. In einer anderen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, zumindest die konkave Muldenkontur in etwa kugelkappenförmig zum Zentralinjektor auszurichten, wo- bei ein Radius zwischen Zentralinjektor und konkaver Muldenkontur definiert ist. Es ist auch möglich, dass anstelle einer strengen Kugelkappenform auch eine zumindest geringfügig davon abweichende Trogform vorgesehen sein kann.

Als Scheitel der konvexen Muldenkontur ist insbesondere ein Punkt zu verstehen, welcher dem Zentralinjektor am nächsten gelegen ist. Ein auf den Scheitel der konvexen Muldenkontur auftreffender Strahl gleitet vorzugsweise gleichermaßen auf beide Seiten der konvexen Muldenkontur ab. Bei lediglich geringen Abweichung von diesem Auftreffpunkt auf dem Scheitel der konvexen Muldenkontur erfolgt ein Abgleiten des Strahles lediglich in eine der beiden möglichen Richtungen. Von der Kolbenoberfläche aus betrachtet liegt der Scheitel der konvexen Muldenkontur insbesondere oberhalb des Hinterschnittbereiches.

Ein Auftreffen des ersten und zweiten Strahles auf den Auftreffbereich zwischen dem Scheitel der konvexen Muldenkontur und der konkaven Muldenkontur bewirkt insbesondere ein Abgleiten der Strahlen in die konkave Muldenkontur.

Erster und zweiter Strahl werden vorzugsweise mittels einer Hochdruckeinspritzung in den Brennraum eingespritzt. Ein Druck beträgt vorzugsweise wenigstens 1 kbar, insbesondere wenigstens 1 ,5 kbar. Vorzugsweise ermöglicht dies eine definierte Strahlformung. Ein Strahl kann dabei insbesondere so ausgestaltet sein, dass eine Aufweitung zumindest weitestgehend minimiert wird. Entsprechend trifft der Strahl in etwa punktförmig auf die Muldenkontur auf.

Je nach Ausgestaltung der Austrittsöffnungen des Zentralinjektors kann auch ein zumindest leichter Öffnungswinkel des Strahles eingestellt werden, so dass eine Auftrefffläche des Strahles auf die Mulde im Vergleich zu einem nicht aufgeweiteten Strahl vergrößert ist. Der gemeinsame Auftreffbereich des ersten und zweiten Strahles ist dabei insbesondere so bemessen, dass er nicht wesentlich größer als die Auftreffpunkte der entsprechenden Strahlen ist. Dementsprechend treffen erster und zweiter Strahl im wesentlichen in einem gemeinsamen Punkt auf der Muldenkontur auf.

Der Auftreffbereich kann dabei insbesondere so ausgestaltet sein, dass auch bei Nichteinhaltung von Toleranzen oder Veränderung der Spritzlöcher aufgrund von Ablagerun- gen innerhalb eines Bereiches, welcher dort über einen Strahldurchmesser ausgedehnt ist, in einem vorbeschriebenen Winkel ausgerichtet ist.

Der Auftreffbereich kann unterschiedlich zum ersten und zweiten Strahl ausgerichtet sein. Beispielweise ist der Auftreffbereich im wesentlichen tangential zum ersten und zweiten Strahl ausgerichtet. In einer anderen Ausgestaltung kann der Auftreffbereich jedoch auch einen Winkel von beispielsweise bis zu in etwa 45° zu den Strahlen aufweisen. Vorzugsweise ermöglicht eine Einstellung der Neigung einer Einstellung eines Umlenkungs- bzw. Zerstäubungsgrades der darauf auftreffenden Strahlen. Insbesondere wird mit von der tangentialen zunehmend abweichenden Neigung ein Grad einer Zerstäubung erhöht.

Anstelle eines Auftreffbereiches im Bereich des Hinterschnittes kann auch ein Auftreffbereich an einem der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Mulden- kontur vorgesehen sein. Erster und zweiter Strahl treffen dabei insbesondere in etwa tan- gential auf den Auftreffbereich auf. Vorzugsweise ist zumindest ein flacher Winkel von insbesondere unterhalb 20° zwischen den Strahlen und der Oberfläche des Auftreffbereichs vorgesehen. Zur Ermittlung der Neigung des Auftreffbereichs bzw. des Winkels zu den Strahlen ist insbesondere ein Tangentialfläche der Muldenkontur im Auftreffpunkt heranzuziehen. Bei einem aufgeweiteten Auftreffpunkt ist insbesondere eine Mittelung über diesen aufgeweiteten Punkt zu betrachten.

Die Mulde ist insbesondere so ausgestaltet, dass aus Blickrichtung des Zentralinjektors kein Hinterschnitt gebildet ist.

Insbesondere ist vom Zentralinjektor jeder Punkt der konkaven Muldenkontur erreichbar.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass erster und zweiter Strahl in einem Winkel zueinander von weniger als 10° ausgerichtet sind. Erster und zweiter Strahl sind somit insbesondere konvergent aber annähernd parallel zueinander ausgerichtet. Ein Winkel der Strahlen zueinander wird insbesondere durch einen entsprechenden Abstand der zugehörigen Austrittsöffnungen des Zentralinjektors und deren Austrittswinkel eingestellt.

In einer Ausführungsform sind die Strahlen nach einem Auftreffen auf die Mulde divergent zueinander ausgerichtet. Insbesondere weiten sich die Strahlen jeweils auf.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Richtungsumkehr des ersten und/oder des zweiten Strahles zwischen Eintritt in die Mulde und Austritt aus der Mulde größer als 180° und bevorzugt größer als 210°. Beispielsweise liegen der Auftreffbereich an einem Hinterschnitt der Mulde und der der konvexen Muldenkontur fernliegende Rand ausgehend vom Zentralinjektor innerhalb eines Öffnungswinkels von etwa 40°. Ein am Hinterschnitt auf die konvexe Muldenkontur auftreffender Strahl erfährt somit beispielsweise eine Richtungs- umlenkung von etwa 200° bis 220°. Entsprechend wird ein an einem der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur auftreffender Strahl in etwa um 150° bis 180° umgelenkt.

Für eine Beeinflussung der Brennraumstrahl-Drallführung können unterschiedliche Aus- gestaltungen der Mulde vorgesehen sein. In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die konvexe Muldenkontur eine Basisbreite von weniger als V₅ eines Kolbendurchmessers aufweist. Die Basisbreite ist dabei insbesondere als Trogbreite einer trogförmi- gen konvexen Muldenkontur zu verstehen. Bei einer in etwa kreisbogenförmigen konvexen Muldenkontur ist die Basisbreite insbesondere in etwa der doppelte Radius des Kreisbogens.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die konvexe Muldenkontur eine Basisbreite von weniger als V₁₀ eines Kolbendurchmessers auf. Vorzugsweise entspricht eine Höhe der konvexen Muldenkontur in etwa einer Hälfte der Basisbreite der konvexen Muldenkontur.

Für die konkave Muldenkontur ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass diese einen Radius von weniger als V₅ eines Kolbendurchmessers aufweist. Bei einer nicht streng kreisbogenförmigen konkaven Muldenkontur ist als Radius insbesondere eine hälftige Trogbreite einer trogförmigen konkaven Muldenkontur zu verstehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die konkave Muldenkontur einen Radius von weniger als ¹Ai₀ eines Kolbendurchmessers auf.

In einer Ausgestaltung weist der Zentralinjektor wenigstens zwei Lochreihen für eine Er- zeugung jeweils eines Strahlenfächers auf, wobei der erste und der zweite Strahl jeweils einem Strahlenfächer zugehörig sind. Jeder Strahlenfächer weist dabei insbesondere eine Vielzahl von Einzelstrahlen auf. Entsprechend ist jedem dieser Einzelstrahlen eine Auftrefffläche zugeordnet. Hierbei ist eine Funktionsweise einer Umlenkung analog zu den vorstehend dargestellten Ausführungen betreffend den ersten und den zweiten Strahl.

Vorzugsweise sind die Strahlenfächer jeweils über wenigstens einen Kreissektor erstreckt um den Zentralinjektor angeordnet. Strahlenfächergeometrie und/oder Muldengeometrie sind dabei insbesondere innerhalb dieses Kreissektors zumindest in etwa rotationssymmetrisch bezogen auf eine Achse des Zentralinjektors angeordnet. Die Achse des Zentralinjektors fällt dabei insbesondere mit einer Rotationsachse des Kolbens zusammen.

Bezüglich der Lochreihen ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass diese eine unterschiedliche Lochgeometrie, insbesondere eine unterschiedliche Lochkonizität aufweisen. Dadurch können vorzugsweise unterschiedliche Strahlöffnungswinkel innerhalb der unterschiedlichen Strahlen bzw. Strahlenfächer erzielt werden. Bevorzugt kann anhand eines Öffnungswinkels bzw. Aufweitungswinkels eines Strahles ein Zerstäubungs- Vorgang bei einem Auftreffen auf die Mulde beeinflusst werden.

Die Muldengeometrie ist gemäß einer Weiterbildung an einen Lochdurchmesser des Zentralinjektors angepasst. Insbesondere ist die Muldengeometrie so eingestellt, dass auch unter Berücksichtigung einer Toleranz bzw. einer Veränderung eines Spritzloches - beispielsweise aufgrund von Ablagerungen - der aus dem Spritzloch in den Brennraum injizierte Strahl innerhalb des Auftreffbereiches in der Muldenkontur auftrifft. Vorzugsweise wird dadurch eine Zerstäubungs- und/oder Rückströmungscharakteristik des betreffenden Strahls von Toleranzen oder Ablagerungen zumindest weitestgehend vermindert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Brennraumanordnung ist vorgesehen, dass der größere der Winkel zwischen einer Hubrichtung des Kolbens und dem ersten Strahl sowie zwischen der Hubrichtung des Kolbens und dem zweiten Strahl größer als 80° und bevorzugt größer als 85° ist. Mit anderen Worten wird zumindest einer der beiden Strahlen annähernd senkrecht mit einem Winkel größer als 80° und bevorzugt größer als 85° bezogen auf eine dem Kolben zugeordnete Kolbenlauffläche in die Mulde eingespritzt. Somit ist insbesondere eine flache Strahlführung bezogen auf eine Kolbenoberfläche zumindest eines der beiden Strahlen gegeben. In einer weiteren Ausgestaltung des Brennraums weist eine Brennraumdicke eine Dachneigung von mehr als 80° und bevorzugt von mehr als 85° zu einer Hubrichtung des Kolbens auf. Dies ermöglicht insbesondere eine flache Bauweise des Brennraumes.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Brennraumanordnung gemäß wenigstens einer der vorstehend genannten Ausgestaltungen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine Brennraumanordnung gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen umfasst. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung, wobei eine den Brennraum begrenzende Kolbenober- fläche wenigstens eine Mulde aufweist, welche auf eine zu einem Umfang des Kolbens benachbarten Seite wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors konkave und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur ein Hinterschnitt gebildet ist, wobei wenigstens ein erster und ein zweiter Kraftstoffstrahl so auf die konvexe Muldenkontur oder auf einen der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur aus jeweils einer Einspritzöffnung eingespritzt werden, dass der erste und der zweite Kraftstoffstrahl im Wesentlichen in einem gemeinsamen Punkt der Mulde auftreffen und von der Kolbenoberfläche so umgelenkt werden, dass sie zumindest teilweise in einen zwischen der konkaven Muldenkontur und dem Zentralinjektor gelegenen Bereich des Brennraumes zurückströmen und zerstäubt werden. Der Brennraum ist dabei insbesondere ein Brennraum einer Brennraumanordnung gemäß wenigstens einer der vorstehend dargestellten Ausgestaltungen.

Insbesondere erfolgt bei einem Auftreffen des ersten und/oder des zweiten Strahles eine teilweise Zerstäubung desselbigen. Vorzugsweise dringen die Strahlen ein Stück weit ineinander ein. Bevorzugt wird dadurch eine Zerstäubung verbessert. Weiterhin ist ein Impuls der vereinten Strahlen insbesondere größer als der eines einzelnen Strahles. Vorzugsweise wird ein Kontaktbereich mit der Mulde im Vergleich zu einem Verfahren mit einem einzigen Strahl vergrößert. Des weiteren wird vorzugsweise eine Eindringtiefe eines aus der Mulde austretenden und sich insbesondere aufweitenden Strahles in Luft über der Mulde vergrößert. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren eine verbesserte Luftausnutzung sowie insbesondere eine verbesserte Durchmischung von Kraftstoff und Luft.

Ein dabei nicht zerstäubter Kraftstoffanteil wird dabei vorzugsweise von der konvexen und/oder konkaven Muldenkontur so umgelenkt, dass eine Zerstäubung dieses Kraftstoffanteils erst nach einem Austreten aus der Mulde erfolgt.

Vorzugsweise wird durch einen Auftreffwinkel der Strahlen auf die Mulde ein Zerstäubungsgrad beim Auftreffvorgang eingestellt. Ein Grad der Zerstäubung nimmt dabei ins- besondere mit einem von einer tangentialen abweichenden Auftreffrichtung zu. Entsprechend kann ein Auftreffwinkel verschieden ausgestaltet sein. In einer ersten Ausgestal- tung treffen erster und/oder zweiter Strahl unter einem Winkel von höchstens 45° auf der Muldenoberfläche auf.

In einer weiteren Ausgestaltung treffen der erste und/oder der zweite Strahl in etwa tan- gential auf der Mulde auf. Insbesondere wird dabei ein Zerstäubungsvorgang beim Auftreffen zumindest weitestgehend vermieden.

Gemäß einer Ausführungsform werden der erste und der zweite Strahl so umgelenkt, dass eine Richtungsänderung zwischen in die Mulde eintretenden und aus der Mulde aus- tretenden Strahlen jeweils größer als 160° und bevorzugt größer als 180° ist.

Für einen Einspritzvorgang ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass zusätzlich zum ersten Strahl eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem ersten Strahlenfächer und zusätzlich zum zweiten Strahl eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem zweiten Strahlen- fächer in die Mulde eingespritzt werden, wobei die Strahlenfächer jeweils über wenigstens einen Kreissektor erstreckt zum Zentralinjektor angeordnet sind. Eine Lage des Kreissektors ist dabei insbesondere an einen Einlass- und/oder Auslasskanal angepasst. Beispielsweise sind die Strahlenfächer in zwei oder mehr Kreissektoren um den Zentralinjektor herum eingestellt. Insbesondere ist dem entsprechenden Strahlenfächer ein zugehöri- ger Muldenkreissektor zugeordnet.

Gemäß seiner Ausgestaltung wird eine Lage des ersten und/oder des zweiten Strahles als Funktion des Kolbenhubs festgelegt. Insbesondere wird der erste und/oder der zweite Strahl so nachgeführt, dass er bei einem bewegten Kolben stets auf der gleichen gemein- samen Auftrefffläche des ersten und des zweiten Strahles auftrifft. Vorzugsweise ermöglicht dies eine von einer Kolbenstellung unabhängige Zerstäubung der Kraftstoffstrahlen. Eine Nachführung der Strahlen kann beispielsweise auch durch Verwendung verschiedener, unter verschiedenen Winkeln angeordneter Düsen vorgesehen sein, welche je nach Kolbenstellung selektiv verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Nachfüh- rung der Strahlen durch einen veränderlichen Hub einer Düse erreicht werden. Als Düse wird beispielsweise eine Variodüse, Vario-Schlitzdüse oder eine Registerdüse verwendet. Vorzugsweise wird eine üblicherweise bei einer Einspritzung verwendete Einspritzmenge bei einer Nachführung der Strahlen entsprechend auf den Nachführungsvorgang zeitlich verteilt und/oder abgestimmt.

Eine Drallzahl einer Ladungsbewegung beträgt gemäß einer Ausgestaltung zwischen 0 und 3. Eine Drallzahl ist dabei insbesondere als auf die mittlere Kolbengeschwindigkeit normierte Rotationsgeschwindigkeitskomponente der Luft definiert. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist insbesondere auf einen Kolbenabwärtshub bezogen.

Gemäß einer Weiterbildung wird für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors jeweils eine Einspritzrate festgelegt. Insbesondere können erster und zweiter Strahl bzw. die zugehörigen Nachbarstrahlen der entsprechenden Strahlenfächer unterschiedlich stark eingestellt werden. Vorzugsweise kann eine resultierende Zerstäubung bzw. Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum dadurch günstig beeinflusst werden.

Alternativ oder zusätzlich wird für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors jeweils ein Einspritzdruck festgelegt. Vorzugsweise können die Zerstäubungsraten des ersten und des zweiten Strahles bzw. der zugehörigen Nachbarstrahlen der zugehörigen Strahlenfächer unterschiedlich eingestellt werden. Insbesondere kann eine resultierende Kraftstoffverteilung der aus der Mulde ausgetretenen Kraftstoffstrahlen beeinflusst werden.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Kraftstoffstrahl zeitlich versetzt in dem gemeinsamen Punkt der Mulde auftreffen. Ein zeitlich versetztes Auftreffen wird beispielsweise mit Hilfe wenigstens einer Registerdüse eingestellt. Insbesondere überschneiden sich die jeweiligen Zeiträume, in denen eingespritzte Strahlenzü- ge mit dem gemeinsamen Punkt der Mulde in Kontakt sind, überschneiden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die Merkmale sind dort jeweils jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Zeichnung oder/und in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung angegebene Merkmale jeweils zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt, und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform 1 einer Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit Brennraumstrahl-Drallführung. In einem hälftig dargestellten Kolben 2 ist eine Mulde 3 angeordnet. Zentriert zu einer Längsachse 4 des Kolbens 2 ist ein Zentralinjektor 5 angeordnet, welcher ebenfalls nur hälftig dargestellt ist. Aus jeweils einer nicht im Einzelnen dargestellten Austrittsöffnung wird ein erster Strahl 6 und ein zweiter Strahl 7 in die Mulde 3 eingespritzt. Die Mulde 3 weist eine spezielle Muldenkontur 8 auf. Diese umfasst auf einer einem Umfang 9 des Kolbens 2 benachbarten Seite 10 eine konvexe Muldenkontur 11 und eine konkave Muldenkontur 12. Die konvexe Muldenkontur 11 weist einen Scheitel 13 auf, welcher ein dem Zentralinjektor nächstgelegener Punkt der konvexen Muldenkontur ist. Von einer Stirnfläche 14 des Kolbens aus betrachtet, ist durch die konvexe Muldenkontur 11 ein Hinterschnitt 15 gebildet.

Erster 6 und zweiter Strahl 7 treffen in einem gemeinsamen Auftreffbereich 16 an einem der konvexen Muldenkontur 11 fernliegenden Rand 17 der konkaven Muldenkontur 12 auf. Ein Auftreffwinkel 18 zwischen dem zweiten Strahl und dem gemeinsamen Auftreffbereich 16 beträgt in etwa 10°. Gleichermaßen gilt dies in etwa für den ersten Strahl 6. Beide Strahlen treffen somit in etwa tangential auf dem Auftreffbereich 16 auf. Ein Radius 18 der konkaven Muldenkontur beträgt in etwa ¹/io eines Durchmessers des Kolbens 2. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann der Radius beispielsweise auch größer oder kleiner aufgeführt sein. Eine Basisbreite 19 der konvexen Muldenkontur 11 beträgt in etwa V₁₀ des Durchmessers des Kolbens 2. Erster Strahl 6 und zweiter Strahl 7 werden in der konkaven Muldenkontur 12 umgelenkt und treten in etwa an einem Rand des Hinterschnitts 15 aus der Mulde 3 in einen Brennraum ein. Schematisch dargestellt ist dies durch einen ersten austretenden Strahl 21 und einen zweiten austretenden Strahl 22. Ne- ben einer Umlenkung des ersten 6 und des zweiten Strahles 7 erfolgt eine teilweise Zerstäubung insbesondere bei einem Auftreffen im gemeinsamen Auftreffbereich 16. Erster austretender Strahl 21 und zweiter austretender Strahl 22 strömen zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors 5 zurück.

Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform 23 in einem schematischen Längsschnitt. Diese zweite Ausführungsform 23 entspricht im Wesentlichen in etwa der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform 1 , wobei jedoch im Unterschied dazu eine geänderte Strahlführung vor- gesehen ist. In einem hälftig dargestellten Kolben 2 ist eine Mulde 3 angeordnet, deren Muldenkontur 8 an einer Seite 10 eine konvexe Muldenkontur 11 und eine daran anschließende konkave Muldenkontur 12 aufweist. Ein gemeinsamer Auftreffbereich 16 ei- nes ersten 6 und eines zweiten Strahls 7, welche jeweils durch nicht dargestellten Öffnungen eines Zentralinjektors 5 in die Mulde 3 injiziert werden, liegt zwischen einem Scheitel 13 der konvexen Muldenkontur 11 und der konkaven Muldenkontur 12. Ein Auftreffwinkel des ersten 6 und des zweiten Strahls 7 beträgt in etwa 45°. Zur Bestimmung dieses Auftreffwinkels ist eine im Auftreffbereich 16 an die konvexe Muldenkontur 11 anzulegende Tangentialfläche heranzuziehen, welche nicht dargestellt ist.

Eine Basisbreite 19 der konvexen Muldenkontur 11 beträgt Vi₀ eines Durchmessers des Kolbens 2. Gleichermaßen beträgt ein Radius 18 der konkaven Muldenkontur 12 V₁₀ des Durchmessers des Kolbens 2. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Verhältnis auch größer oder kleiner ausgestaltet sein. Beispielsweise kann ein Verhältnis von etwa V₅ vorgesehen sein. Im Auftreffbereich 16 werden der erste Strahl 6 und der zweite Strahl 7 teilweise zerstäubt, im Übrigen werden die beiden Strahlen umgelenkt, so dass sie nach Durchlaufen der konkaven Muldenkontur 12 einen sich auffächernden Strahl bilden, welcher schematisch durch einen ersten austretenden Strahl 21 und einen zweiten austretenden Strahl 22 angedeutet wird.

In einer weiteren Ausbildung kann zur Unterstützung einer exakten und vorzugsweise stets gleichen Strahlablösung wenigstens eine Lippe vorgesehen sein. Die Lippe kann beispielsweise an einem der konvexen Muldenkontur 11 fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur 12 vorgesehen sein.

Der Zentralinjektor 5 weist wenigstens zwei Lochreihen auf, nicht dargestellt, welche über zumindest einen Kreissektor bezogen auf eine Längsachse 4 angeordnet sind. Erster Strahl 6 und zweiter Strahl 7 sind zu jeweils einer der beiden Lochreihen zugehörig. Insbesondere weisen die beiden Lochreihen unterschiedliche Lochgeometrien, insbesondere eine unterschiedliche Lochkonizität auf. Beispielsweise können dadurch am Auftreffbereich 16 unterschiedliche Durchmesser des ersten 6 und des zweiten Strahls 7 erzielt werden. Des Weiteren können eine Reihe weiterer Lochreihen vorgesehen sein, welche insbesondere bei einem Hub des Kolbens 2 selektiv aktiviert werden, und welche insbesondere verschiedene Austrittswinkel aus dem Zentralinjektor 5 aufweisen. Vorzugsweise sind die Austrittswinkel so eingestellt, dass für jeweils den Kolbenhub, für den die betreffende Lochreihe aktiviert ist, ein vorgegebener Auftreffbereich 16 in der Muldenkontur 8 getroffen wird. Insbesondere können für unterschiedliche Kolbenhubhöhen unterschiedli- che Auftreffbereiche in der Muldenkontur 8 vorgesehen sein. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform 24 in einem schematischen Längsschnitt. Dieser entspricht im Wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform 23. Eine Brennraumdecke 25, welche einer Mulde 3 eines Kolbens 2 gegenüberliegt, weist eine Dachneigung 26 von etwa 80° bezogen auf eine Längsachse 4 des Kolbens auf. Entspre- chend beträgt ein Neigungswinkel 27 bezogen auf eine Kolbenstirnfläche 14 in etwa 10°. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann auch ein Winkel unterhalb von 10°, insbesondere unterhalb von 5° vorgesehen sein. Ein erster Strahl 6, welcher von einem Zentralinjektor 5 in die Mulde 3 des Kolbens 2 injiziert wird, weist einen Strahlwinkel 28 von etwa 80° bezogen auf eine Längsachse 4 des Kolbens 2 auf. Entsprechend verläuft der erste Strahl 6 mit einem Winkel 28.1 von etwa 10° zur Kolbenstirnfläche 14. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann auch ein Winkel unterhalb von 10°, insbesondere unterhalb von 5° vorgesehen sein. Entsprechend kann in einer nicht dargestellten Ausgestaltung auch ein Neigungswinkel von weniger als 10°, insbesondere von weniger als 5° der Brennraumdecke bezogen auf die Kolbenoberfläche 14 vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche

1. Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilen- dem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung, umfassend einen Kolben

(2) und wenigstens einen Zentralinjektor (5), mit welchem wenigstens ein erster (6) und ein zweiter Strahl (7) aus jeweils einer Austrittsöffnung des Zentralinjektors (5) in einen Brennraum einspritzbar sind und welcher einer Kolbenoberfläche (14) des Kolbens (2) gegenüberliegt, wobei die Kolbenoberfläche (14) wenigstens eine Mulde (3) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang (9) des Kolbens (2) benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (5) konkave (12) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (11) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur (11) ein Hinterschnitt (15) der Mulde (3) gebildet ist, wobei ein gemeinsamer Auftreffbereich (16) des ersten Strahls (6) und des zweiten Strahls (7) zwischen einem Scheitel (13) der konvexen Muldenkontur

(11 ) und der konkaven Muldenkontur (12) oder an einem der konvexen Muldenkontur (11) fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur (12) vorgesehen ist, wobei die konkave Muldenkontur (12) so geformt ist, dass erster (6) und zweiter Strahl (7) zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors (5) zurückströmen.

2. Brennraumanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass erster (6) und zweiter Strahl (7) in einem Winkel zueinander von weniger als 10° ausgerichtet sind.

3. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen (6; 7) nach einem Auftreffen auf die Mulde (3) di- vergent zueinander ausgerichtet sind.

4. Brennraumanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtungsumkehr des ersten (6) und/oder des zweiten Strahls (7) zwischen Eintritt in die Mulde (3) und Austritt aus der Mulde (3) größer als 180° und bevorzugt größer als 210° ist.

5. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Muldenkontur (11 ) eine Basisbreite (19) von weniger als 1/5 eines Kolbendurchmessers aufweist.

6. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Muldenkontur (11 ) eine Basisbreite (19) von we- niger als 1/10 eines Kolbendurchmessers aufweist.

7. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Muldenkontur (12) einen Radius (18) von weniger als 1/5 eines Kolbendurchmessers aufweist.

8. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die konkave Muldenkontur (12) einen Radius (18) von weniger als 1/10 eines Kolbendurchmessers aufweist.

9. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralinjektor (5) wenigstens zwei Lochreihen für eine Erzeugung jeweils eines Strahlenfächers aufweist, wobei der erste (6) und der zwei- te Strahl (7) jeweils einem Strahlenfächer zugehörig sind.

10. Brennraumanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenfächer jeweils über wenigstens einen Kreissektor erstreckt um den Zentralinjektor (5) angeordnet sind.

11. Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lochreihen eine unterschiedliche Lochgeometrie, insbesondere eine unterschiedliche Lochkonizität, aufweisen.

12. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Muldengeometrie an einen Lochdurchmesser des Zentralinjektors (5) angepasst ist.

13. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größere der Winkel zwischen einer Hubrichtung (4) des Kolbens (2) und dem ersten Strahl sowie zwischen der Hubrichtung des Kolbens (2) und dem zweiten Strahl größer als 80° und bevorzugt größer als 85° ist.

14. Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Brennraumdecke (25) eine Dachneigung (26) von mehr als etwa 80° und bevorzugt von mehr als 85° zu einer Hubrichtung (4) des Kolbens (2) aufweist.

15. Kolben (2) einer Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

16. Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

17. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit luftverteilendem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung, wobei eine den Brennraum begrenzende Kolbenoberfläche (14) wenigstens eine Mulde (3) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang (9) des Kolbens (2) benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (5) konkave (12) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (11) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur (11 ) ein Hinterschnitt (15) gebildet ist, wobei wenigstens ein erster (6) und ein zweiter Kraftstoffstrahl (7) so auf die konvexe Muldenkontur (11 ) oder auf einen der konvexen Muldenkontur (11) fernliegenden Rand (17) der konkaven Muldenkontur (12) aus jeweils einer Einspritzöffnung eingespritzt werden, dass der erste (6) und der zweite Kraftstoffstrahl (7) im wesentlichen in einem gemeinsamen Punkt (16) der Mulde (3) auftref- fen und von der Kolbenoberfläche so umgelenkt werden, dass sie zumindest teilweise in einen zwischen der konkaven Muldenkontur (12) und dem Zentralinjektor (5) gelegenen Bereich des Brennraumes (20) zurückströmen und zerstäubt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass erster (6) und/oder zweiter Strahl (7) unter einem Winkel von höchstens 45° auf der Muldenoberfläche auftreffen.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (6) und/oder der zweite Strahl (7) in etwa tangential auf der Mulde auftreffen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (6) und der zweite Strahl (7) so umgelenkt werden, dass eine Richtungsänderung zwischen in Mulde eintretenden (6; 7) und aus der Mulde austretenden Strahlen (21 ; 22) jeweils größer als 160° und bevorzugt größer als 180° ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum ersten Strahl (6) eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem ersten Strahlenfächer und zusätzlich zum zweiten Strahl (7) eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem zweiten Strahlenfächer in die Mulde (3) eingespritzt werden, wobei die Strahlenfächer jeweils über wenigstens einen Kreissektor erstreckt zum Zentralinjektor (5) angeordnet sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des ersten (6) und/oder zweiten Strahls (7) als Funktion eines Kolbenhubes festgelegt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drallzahl einer Ladungsbewegung zwischen 0 und 3 beträgt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors (5) jeweils eine Einspritzrate festgelegt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors (5) jeweils ein Einspritzdruck festgelegt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (6) und der zweite Kraftstoffstrahl (7) zeitlich versetzt in dem gemeinsamen Punkt (16) der Mulde (3) auftreffen.