DE102006008567A1

DE102006008567A1 - Brennraummuldengeometrie für Einspritzdüsen mit mehr als einer Düsenlochreihe

Info

Publication number: DE102006008567A1
Application number: DE102006008567A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Krüger; Hartwig Busch; Thomas KÖRFER
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mittels eines luftverteilenden Brennverfahrens mit einer strahlgeführten Gemischbildung, umfassend einen Kolben (2) und wenigstens einen Zentralinjektor (4), mit welchem wenigstens ein erster (5) und ein zweiter Strahl (6) aus jeweils einer Austrittsöffnung des Zentralinjektors (4) in einen Brennraum einspritzbar sind und welcher einer Kolbenoberfläche (23) des Kolbens (2) gegenüberliegt, wobei die Kolbenoberfläche (23) zur Gewährleistung einer verbesserten Kraftstoffverteilung im Brennraum wenigstens eine Mulde (7) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang des Kolbens benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (4) konkave (11) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (12) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenstruktur (12) ein Hinterschnitt (24) der Mulde (7) gebildet ist, wobei ein erster Auftreffbereich (15) des ersten Strahls (5) zwischen einem Scheitel (14) der konvexen Muldenkontur (12) und der konkaven Muldenkontur (11) vorgesehen ist und ein zweiter, vom ersten verschiedene Auftreffbereich (16) an einem der konvexen Muldenkontur (12) fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur (11) ausgerichtet ist, wobei die konkave Muldenkontur (11) so geformt ist, dass erster (5) und zweiter Strahl (6) aufeinandergelenkt werden und zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors (4) zurückströmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit einem luftverteilenden Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung.
Ein luftverteilendes Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung wird bei Verbrennungskraftmaschinen dazu eingesetzt, einen Verbrennungsvorgang hinsichtlich einer Leistungsentfaltung eines Verbrauches und hinsichtlich einer Vermeidung unnötiger Emissionen zu verbessern.

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

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

Eine erfindungsgemäße Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit einem luftgeführtem Brennverfahren mit strahlgeführter Gemsichbildung 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 erster Auftreffbereich des ersten Strahles zwischen einem Scheitel der konvexen Muldenkontur und der konkaven Muldenkontur vorgesehen ist und ein zweiter, vom ersten verschiedener Auftreffbereich an einem der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur liegt, wobei die konkave Muldenkontur so geformt ist, dass erster und zweiter Strahl aufeinandergelenkt werden und zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors zurückströmen.

Im folgenden ist unter dem Begriff des Zentralinjektors ein Injektor zu verstehen, der im wesentlichen in der Zylinderachse mit seiner Symmetrieachse angeordnet ist, wobei ein Spritzbild im wesentlichen eine Rotationssymmetrie um die Injektorachse aufweist. Hierunter fallen aber ebenfalls Injektoren, die ein rotationssymmetrisches Spritzbild aufweisen und dafür in etwa mittig in einem Zylinderkopf münden.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite, vom ersten verschiedene Auftreffbereich an einem der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur in etwa tangential zu dem zweiten Strahl ausgerichtet ist.

Die konkave Muldenkontur ist in einem Querschnitt des Kolbens beispielsweise kreisbogenförmig ausgestaltet. Eine Länge des Kreisbogens entspricht dabei in etwa der Länge eines Halbkreises. Die Länge kann jedoch auch geringer vorgesehen sein und beispielsweise in etwa der Länge eines Drittelkreises entsprechen. In einer anderen Ausgestaltung kann die Länge auch die Länge eines Halbkreises überschreiten und beispielsweise in etwa bis zu einer Länge eines Zweidrittel-Kreises ausgestaltet sein. Anstelle einer reinen Kreisform kann naturgemäß auch eine elliptische oder verzerrte Kreisform vorgesehen sein. Allgemein hat die konkave Muldenkontur in etwa eine trogförmige Querschnittslinie. Die konkave Muldenkontur liegt ausgehend von einer Kolbenoberfläche vorzugsweise unterhalb der konvexen Muldenkontur.

Die konvexe Muldenkontur entspricht in einer Form in etwa den vorstehend dargelegten Formen einer konkaven Kontur, wobei unterschiedliche Formen von konvexer und konkaver Kontur vorgesehen werden können. Die konvexe Kontur ist jedoch aus Blickrichtung des Zentralinjektors im Gegensatz zur konkaven Muldenkontur aus der Mulde hervortretend. Konkave und konvexe Muldenkontur können insbesondere unterschiedlich groß ausgestaltet sein, wobei die konvexe Muldenkontur vorzugsweise zumindest geringfügig kleiner als die konkave Muldenkontur ausgestaltet ist. Bei einem Querschnitt einer Mulde bilden konkave und konvexe Muldenkontur somit in etwa eine s-förmige bzw. an einer Längsachse gespiegelte s-förmige Randkontur. Vorzugsweise ist diese Kontur dabei so schräg angeordnet, dass eine Längsachse der s-Form in etwa senkrecht zu einer Blickrichtung des Zentralinjektors ausgerichtet ist.

Die konvexe und die konkave Muldenkontur sind insbesondere so ausgestaltet, dass sie zumindest über einen Raumwinkelabschnitt bezogen auf einen Ursprung, welcher im Zentralinjektor liegt, erstreckt sind. Die konkave bzw. die konvexe Muldenkontur kann dabei insbesondere über einen Teilumfang des Kolbens an einem Innenrand erstreckt sein.

Bezogen auf eine Blickrichtung senkrecht auf die Kolbenoberfläche ist in der Mulde aufgrund der s-förmigen Randkontur somit ein Hinterschnitt ausgebildet.

Eine Troghöhe bzw. Trogtiefe der Muldenkonturen beträgt beispielsweise in etwa ein Zehntel eines Kolbendurchmessers. In Ausgestaltungen können Verhältnisse zwischen einem Zwanzigstel und einem Fünftel vorgesehen sein.

Der Scheitel des Zentralinjektors ist aus Blickrichtung des Zentralinjektors definiert. Insbesondere ist als Scheitel ein Punkt definiert, an dem ein Abgleiten eines darauf auftreffenden Kraftstoffstrahles gleichermaßen in beide Richtungen erfolgen kann und bei einer nur geringfügigen Verrückung davon in lediglich eine der beiden Richtungen gelenkt würde.

Erster und zweiter Kraftstoffstrahl werden vorzugsweise unter einem hohen Einspritzdruck in den Brennraum eingespritzt. Beispielsweise werden Drücke von mehr als einem Kilobar, vorzugsweise mehr als 1500 bar verwendet. Insbesondere ermöglicht der hohe Einspritzdruck eine Strahlformung mit einem vorzugsweise geringem Aufweitungswinkel. Ein Auftreffbereich eines Kraftstoffstrahles ist vorzugsweise in etwa punktförmig. Der Zentralinjektor ist insbesondere so eingestellt, dass aus diesem in den Brennraum injizierte Kraftstoffstrahlen im Wesentlichen jeweils wiederkehrend in getrennten aber in etwa gleichenbleibenden Auftreffbereichen bei entsprechend gleicher Einspritzung aufkommen. Ein Einspritzzeitpunkt wird im oberen Totpunktbereich vorzugsweise zwischen Grenzen so gewählt, dass ein Auftreffen in den jeweiligen Auftreffbereich oder deren näherer Umgebung sichergestellt ist.

Dementsprechend sind für den ersten und den zweiten Strahl ein erster und ein zweiter davon verschiedener Auftreffbereich vorgesehen. Der erste Auftreffbereich des ersten Strahles ist insbesondere so zwischen einem Scheitel der konvexen Muldenkontur und der konkaven Muldenkontur vorgesehen, dass ein darauf auftreffender Kraftstoffstrahl in Richtung der konkaven Muldenkontur abgleitet bzw. umgelenkt wird. Neben einer Umlenkung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der auftreffende Kraftstoffstrahl zumindest teilweise zerstäubt wird.

Der zweite Auftreffbereich des zweiten Strahles ist insbesondere so ausgestaltet, dass der zweite Strahl in Richtung der tiefsten Stelle der Muldenkontur gelenkt wird. Erster und zweiter Strahl treffen sich dabei insbesondere in einem dem Zentralinjektor fernliegendsten Teil der konkaven Muldenkontur. Ein Punkt des Aufeinandertreffens liegt dabei beispielsweise in etwa mittig in der konkaven Muldenkontur. Die Auftreffbereiche sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass im Wesentlichen eine Umlenkung der Strahlen durch die Muldenkonturen bei einer nur geringen Anhaftung und damit Benetzung derselbigen erfolgt.

Vorzugsweise wird neben einer zusätzlichen Zerstäubung eine Ausbreitung des Kraftstoffes in einem zwischen dem Zentralinjektor und der Muldenkontur gelegenen Bereich des Brennraumes erreicht. Des Weiteren wird dabei vorzugsweise eine Verteilung des Kraftstoffes wesentlich verbessert und insbesondere seine Oberfläche vergrößert gegenüber herkömmlichen Einspritzstrahl-/Muldengeometrien.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Winkel der Strahlen zueinander bei einem Auftreffen aufeinander kleiner als 180° ist. Insbesondere kann durch einen Winkel kleiner als 180° ein guter Kompromiss zwischen teilweiser Zerstäubung und teilweisem Rückströmen in Richtung des Zentralinjektors eingestellt werden.

Bezüglich des Auftreffbereiches ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass der erste Auftreffbereich in etwa tangential zum ersten Strahl ausgerichtet ist. Insbesondere wird eine Zerstäubung des ersten Strahls bei einem Auftreffen zumindest weitestgehend vermindert.

In einer weiteren Variante ist der erste Auftreffbereich in einem Winkel unterhalb von 90°, vorzugsweise unterhalb von 45° zum ersten Strahl ausgerichtet. Insbesondere wird durch Einstellung eines Winkels zwischen 0 und 45° ein Grad der Zerstäubung bei einem Auftreffen des ersten Strahls auf den ersten Auftreffbereich eingestellt. Der Auftreffbereich kann dabei insbesondere so ausgestaltet sein, dass dieser auch bei Nicht-Einhaltung von Toleranzen oder Veränderung der Spritzlöcher aufgrund von Ablagerungen innerhalb eines Bereiches, welcher deutlich über einen Strahldurchmesser ausgedehnt ist, in einem vorbeschriebenen Winkel ausgerichtet ist.

Gemäß einer Weiterbildung weist die konkave Muldenkontur in etwa mittig eine Lippe auf. Vorzugsweise wird dadurch ein Aufprallpunkt der Strahlen aufeinander genauer festgelegt. Insbesondere kann der Ort der Strahlumlenkung bzw. Strahlzerstäubung weitestgehend unabhängig von veränderten Düseneigenschaften beispielsweise in Folge einer Veränderung der Spritzlöcher aufgrund von Ablagerungen eingestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Mulde am ersten und/oder zweiten Auftreffbereich eine Lippe aufweist. Vorzugsweise dient die Lippe einer Verbreiterung des Auftreffbereiches. Insbesondere ermöglicht dies ebenfalls eine Verminderung des Einflusses von Toleranzen oder Veränderungen der Spritzlöcher.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Zentralinjektor wenigstens zwei Lochreihen für eine Erzeugung 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 jeweils eine Auftrefffläche zugeordnet. Eine Funktionsweise einer Umlenkung ist dabei analog zu den vorstehend dargestellten Ausführungen betreffend den ersten und den zweiten Strahl.

Vorzugsweise sind die Strahlenfächer jeweils in wenigstens einem Kreissektor zum Zentralinjektor ausgerichtet. Muldengeometrie und/oder Strahlenfächergeometrie sind dabei insbesondere innerhalb dieses Kreissektors zumindest in etwa rotationssymmetrisch bezogen auf eine Achse des Zentralinjektors angeordnet.

Bezüglich der Lochreihen ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass diese eine unterschiedliche Lochgeometrie, insbesondere einen unterschiedlichen Lochdurchmesser, eine unterschiedliche Lochkonizität und/oder Verrundung aufweisen. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Strahlöffnungswinkel innerhalb der unterschiedlichen Strahlen bzw. Strahlenfächer erzielt werden. Vorzugsweise kann anhand eines Öffnungswinkels bzw. Aufweitungswinkels eines Strahles ein Zerstäubungsvorgang 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 aufgrund von Ablagerungen der aus dem Loch 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 nicht beeinträchtigt.

Gemäß einer Weiterbildung der Brennraumanordnung ist vorgesehen, dass der größere der Winkel zwischen einer Hubrichtung des Kolbens und dem ersten Strahl sowie zwi schen 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 zumindest eines der beiden Strahlen gegeben.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Brennraums ist vorgesehen, dass eine Brennraumdecke eine Dachneigung von mehr als etwa 80° und bevorzugt von mehr als 85° zu einer Hubrichtung des Kolbens aufweist. Dadurch ist insbesondere eine flache Bauweise des Brennraums vorgesehen.

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

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine Brennraumanordnung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen umfasst.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mit einem luftverteilenden Brennverfahren mit strahlgeführter Gemischbildung, wobei eine den Brennraum begrenzende 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 wenigstens ein erster Kraftstoffstrahl auf die konvexe Muldenkontur eingespritzt wird und wenigstens ein zweiter Kraftstoffstrahl auf einen der konvexen Muldenkontur fernliegenden Rand der konkaven Muldenkontur eingespritzt wird, so dass der erste und der zweite Kraftstoffstrahl von der Kolbenoberfläche so umgelenkt werden, dass sie in der konkaven Muldenkontur oder dem Brennraum aufeinandertreffen und zumindest teilweise in einen zwischen der konkaven Muldenkontur und dem Zentralinjektor gelegenen Bereich des Brennraums zurückströmen und zerstäubt werden.

Der für das Verfahren eingesetzte Brennraum ist dabei insbesondere ein Brennraum einer Brennraumanordnung gemäß einer der vorstehend dargestellten Ausgestaltungen.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass während einer Bewegung des Kolbens zumindest der erste und der zweite Kraftstoffstrahl zeitlich versetzt zueinander einge spritzt werden. Hierbei kann relativ zueinander der Einspritzbeginn, das Einspritzende und/oder die Einspritzdauer verschieden sein. Auch können Vor- wie auch Nacheinspritzungen ermöglich werden.

Insbesondere erfolgt bei einem Auftreffen des ersten und/oder des zweiten Strahls eine teilweise Zerstäubung desselbigen. Ein dabei nicht zerstäubter Kraftstoffanteil wird dabei vorzugsweise von der Muldenkontur so umgelenkt, dass eine Zerstäubung dieses Kraftstoffteils erst nach einem Aufeinandertreffen der beiden Kraftstoffstrahlen erfolgt.

Gemäß einer Ausgestaltung treffen der erste und/oder der zweite Strahl in etwa tangential auf der Mulde auf.

Gemäß einer Ausführungsform werden der erste und der zweite Strahl so umgelenkt, dass eine Richtungsänderung zwischen in die Mulde eintretenden und aus der Mulde austretenden Strahlen jeweils größer als 160° und bevorzugt größer als 180° ist. Als aus der Mulde austretende Strahlen sind insbesondere Strahlen unmittelbar vor einem Zusammentreffen aufeinander zu verstehen, wenn die Muldenkontur dazu. entsprechend ausgestaltet ist. Insbesondere falls die Strahlen innerhalb der Mulde aufeinandertreffen, ist als Strahlrichtung der austretenden Strahlen eine mittlere Richtung der nach einem Aufeinandertreffen erzeugten Teilstrahlen vorzusehen.

Erster und zweiter Strahl bilden beispielsweise einen Öffnungswinkel von etwa 25°. Ein in Richtung des Zentralinjektors aus der konkaven Mulde zurückströmender Strahl hat somit eine Richtungsumlenkung von etwa 193° erfahren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich zum ersten Strahl eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem ersten Strahlenfächer und zusätzlich zum zweiten Strahl eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem zweiten Strahlenfächer in die Mulde eingespritzt.

Die Strahlenfächer sind dabei insbesondere jeweils in wenigstens einem Kreissektor zum Zentralinjektor eingestellt. Eine Lage des Kreissektors ist insbesondere an einen Einlass- und/oder einen Auslasskanal angepasst. Beispielsweise sind die Strahlenfächer in zwei oder mehr Kreissektoren um den Zentralinjektor herum eingestellt.

In einer Weiterbildung wird eine Lage des ersten und/oder zweiten Strahls als Funktion des Kolbenhubes festgelegt. Insbesondere wird der erste und/oder der zweite Strahl nachgeführt. Beispielsweise kann eine Nachführung durch eine Hubeinstellung bei zum Beispiel einer Registerdüse, einer Variodüse oder einer Vario-Schlitzdüse erfolgen. Bevorzugt erfolgt eine Nachführung mit einher mit einer Anpassung einer Einspritzmenge. Vorzugsweise bewirkt eine Nachführung, dass bei einem bewegten Kolben ein Strahl stets auf der gleichen Auftrefffläche des jeweiligen Strahls 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. In einer Variante können je nach Kolbenhub auch unterschiedliche Auftreffbereiche vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung wird eine Umlenkung des ersten und/oder zweiten Strahls durch wenigstens eine Lippe in der Mulde unterstützt. Vorzugsweise wird durch die Unterstützung durch die Lippe eine Richtung des aus der Mulde austretenden bzw. zerstäubten Strahls insbesondere unabhängig von Toleranzen der eintretenden Strahlen eingestellt. Vorzugsweise erleichtert eine Lippe eine Einstellung des austretenden bzw. zerstäubten Strahls aus der Mulde zumindest weitestgehend unabhängig von einem Kolbenhub.

Eine Drallzahl einer Ladungsbewegung beträgt gemäß einer Ausgestaltung zwischen 0 und 3. Eine Drallzahl ist dabei insbesondere definiert als das Verhältnis von Rotationsgeschwindigkeitskomponente und lateraler Geschwindigkeitskomponente in Richtung eines Kolbenhubes.

Gemäß einer Weiterbildung wird für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors jeweils eine Einspritzrate festgelegt. Insbesondere können erster und zweiter Strahl bzw. die dazugehörigen Nachbarstrahlen der entsprechenden Strahlenfächer unterschiedlich stark eingestellt werden. Vorzugsweise wird durch eine unterschiedlich starke Einstellung der Strahlen zueinander in gewissem Maße eine Richtung des zerstäubten Strahls unabhängig von konkaver und konvexer Muldenkontur eingestellt, bzw. um eine Mittellage variiert.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors jeweils ein Einspritzdruck festgelegt wird. Auch hier kann vorzugsweise zumindest um eine Mittellage des aus der Mulde heraustretenden Strahls in gewissen Grenzen eine Beeinflussung dessen Richtung vorgenommen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Diese ist dabei jedoch nicht auf die dort gezeigten Merkmalskombinationen beschränkt. Viel mehr können jeweils in den Figuren sowie in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung enthaltene Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Brennraumanordnung in einem schematischen Längsschnitt,
2 eine zweite Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt, und
3 eine dritte Ausführungsform in einem schematischen Längsschnitt.
1 zeigt eine erste Ausführungsform 1 einer Brennraumanordnung in einem schematischen Längsschnitt. Dargestellt ist eine Hälfte eines Kolbens 2, welcher längs einer Mittelachse 3 zentriert zu einem hälftig dargestellten Zentralinjektor 4 ausgerichtet ist. Der Zentralinjektor 4 weist zwei nicht im Einzelnen dargestellte Injektionsöffnungen auf. Dabei wird ein erster Strahl 5 und ein zweiter Strahl 6 in eine Mulde 7 des Kolbens 2 eingespritzt. Die Mulde 7 weist eine Muldenkontur 8 auf, welche auf einer zu einem Umfang 9 des Kolbens 2 benachbarten Seite 10 eine konkave 11 und eine konvexe Muldenkontur 12 aufweist. Die konkave 11 und die konvexe Muldenkontur 12 sind zumindest aus Blickrichtung des Zentralinjektors 4 konkav bzw. konvex. Konkave 11 und konvexe Muldenkontur 12 bilden somit einen in etwa gespiegelt s-förmigen Muldenkonturabschnitt 13.
Der erste Strahl 5 ist so ausgerichtet, dass er zwischen einem Scheitel 14 der konvexen Muldenkontur 12 und der konkaven Muldenkontur 11 in einem ersten Auftreffbereich 15 auftrifft. Der erste Strahl 5 trifft dabei in etwa in einem Winkel von 45° zu einer Oberfläche der konvexen Muldenkontur 12 auf. Der zweite Strahl 6 trifft in einem zweiten Auftreffbereich 16 an einem der konvexen Muldenkontur 12 fernliegenden Rand 17 auf die konkave Muldenkontur 11 auf. Der Rand 17 der konkaven Muldenkontur 11 ist dabei in etwa tangential zum zweiten Strahl 6 ausgerichtet. In Folge eines Auftreffens auf den ersten 15 und den zweiten Auftreffbereich 16 werden erster 5 und zweiter Strahl 6 in der konkaven Muldenkontur 11 umgelenkt, so dass ein erster umgelenkter Strahl 18 und ein zweiter umgelenkter Strahl 19 in der konkaven Muldenkontur 11 aufeinandertreffen. Dabei wird ein austretender Strahl 20 gebildet, welcher im Wesentlichen in Richtung des Zentralinjektors 4 aus der konkaven Muldenkontur 11 fortbewegt wird. Dabei erfolgt insbesondere eine Zerstäubung des austretenden Strahls 20 sowie vorzugsweise eine teilweise Zer stäubung des ersten umgelenkten Strahls 18 und des zweiten umgelenkten Strahls 19 bei einem Aufeinandertreffen.
Des Weiteren erfolgt vorzugsweise eine teilweise Zerstäubung des ersten Strahls 5 bei einem Auftreffen auf den ersten Auftreffbereich 15.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform 21 einer Brennraumanordnung in einem schematischen Längsschnitt. Diese Ausführungsform entspricht im Grunde der ersten Ausführungsform aus 1, wobei jedoch eine davon unterschiedliche Muldenkontur 8 vorgesehen ist. Eine Mulde 7 eines Kolbens 2 ist so ausgestaltet, dass in einer aus Blickrichtung eines Zentralinjektors 4 konkaven Muldenkontur 11 etwa mittig eine Lippe 22 angeordnet ist. Benachbart zur konkaven Muldenkontur 11 ist eine konvexe Muldenkontur 12 vorgesehen, deren Radius im Vergleich zur in der in 1 gezeigten Muldenkontur jedoch deutlich kleiner ausgestaltet ist. Senkrecht zu einer Oberfläche 23 des Kolbens 2 betrachtet bildet die konvexe Muldenkontur 12 einen Hinterschnitt 24. Ein von dem Zentralinjektor 4 in die Mulde 7 injizierter erster Strahl 5 trifft auf einem ersten Auftreffbereich 15 zwischen einem Scheitel 14 der konvexen Muldenkontur 12 und der konkaven Muldenkontur 11 auf. Der erste Strahl 5 ist dabei in etwa tangential zum ersten Auftreffbereich 15 ausgestaltet. Des Weiteren wird ein zweiter Strahl 6 vom Zentralinjektor 4 in die Mulde 7 eingespritzt. Dieser zweite Strahl 6 trifft in einem zweiten Auftreffbereich 16 auf die konkave Muldenkontur 11 auf. Der zweite Strahl 6 ist dabei wiederum in etwa tangential zum zweiten Auftreffbereich 16 ausgerichtet. Beim Auftreffen auf die Auftreffbereiche 15, 16 werden der erste Strahl 5 und der zweite Strahl 6 entsprechend in der konkaven Muldenkontur 11 umgelenkt. Dies ist durch den ersten umgelenkten Strahl 18 und den zweiten umgelenkten Strahl 19 schematisch angedeutet. Erster 18 und zweiter umgelenkter Strahl 19 treffen unter einem Auftreffwinkel 25 aufeinander. Dieser Auftreffwinkel 25 beträgt in etwa 45°. Dieser ist im vorliegenden Fall deutlich kleiner als 180°, so dass einem resultierenden austretenden Strahl 20 ein größerer Impuls in Richtung des Zentralinjektors 4 aufgeprägt wird, als dies bei einem Auftreffen unter 180° der Fall wäre. Zusätzlich zu dem austretenden Strahl 20 erfolgt eine nicht im Einzelnen dargestellte Zerstäubung des ersten 18 und des zweiten umgelenkten Strahls 19.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform 26 einer Brennraumanordnung in einem schematischen Längsschnitt. Diese dritte Ausführungsform 26 entspricht im Wesentlichen der bereite in 1 gezeigten ersten Ausführungsform 1. Eine Brennraumdecke 27 weist dabei eine Dachneigung 28 von etwa 10° bezogen auf eine Oberfläche 23 eines Kolbens 2 auf. Ein erster Strahl 5, welcher von einem Zentralinjektor 4 in eine Mulde 7 des Kolbens 2 injiziert wird, weist einen Strahlwinkel 29 von etwa 80° bezogen auf eine Mittelachse 3 des Kolbens 2 auf. Entsprechend verläuft der erste Strahl 5 mit einem Winkel von etwa 10° zur Kolbenoberfläche 23. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann auch ein Winkel unterhalb von 5° vorgesehen sein. Entsprechend kann in einer nicht dargestellten Ausgestaltung auch eine Dachneigung 28 von weniger als 5° bezogen auf die Kolbenoberfläche 23 vorgesehen sein.
Des Weiteren sind dem ersten Strahl 5 und einem zweiten Strahl 6 nicht dargestellte Nachbarstrahlen zugehörig, welche in einem ebenfalls nicht dargestellten Strahlenfächer um den Zentralinjektor 4 angeordnet sind. Die Strahlenfächer erstrecken sich dabei über wenigstens einen Kreissektor, betrachtet in einer Blickrichtung parallel zu einer Mittelachse 3 des Kolbens 2. Der Zentralinjektor 4 weist dabei jeweils eine Lochreihe, welche nicht im Einzelnen dargestellt ist, für den ersten und den zweiten Strahlenfächer auf.
Insbesondere können für die beiden verschiedenen Lochreihen unterschiedliche Lochgeometrien, insbesondere unterschiedliche Lochkonizitäten und/oder Verrundungen vorgesehen sein. Beispielsweise sind der erste Strahl 5 und der zweite Strahl 6, was nicht im Einzelnen dargestellt ist, unterschiedlich stark aufgeweitet. Entsprechend vergrößert sich ein erster Auftreffbereich 15 und ein zweiter Auftreffbereich 16. Gleichermaßen wird ein effektiver erster Auftreffbereich 15 und ein effektiver zweiter Auftreffbereich 16 vergrößert, wenn beispielsweise in Folge von Ablagerungen die Löcher des Zentralinjektors Veränderungen unterliegen. Gleichermaßen kann eine Vergrößerung der Auftreffbereiche 15, 16 vorliegen, wenn die Löcher des Zentralinjektors 4 Streuungen im Durchmesser oder Konizität unterliegen.

Claims

Brennraumanordnung eines direkteinspritzenden Dieselmotors zum Einsatz mit einem luftverteilendem Brennverfahren mit einer strahlgeführten Gemischbildung, umfassend einen Kolben (2) und wenigstens einen Zentralinjektor (4), mit welchem wenigstens ein erster (5) und ein zweiter Strahl (6) aus jeweils einer Austrittsöffnung des Zentralinjektors (4) in einen Brennraum einspritzbar sind und welcher einer Kolbenoberfläche (23) des Kolbens (2) gegenüberliegt, wobei die Kolbenoberfläche (23) wenigstens eine Mulde (7) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang (9) des Kolbens (2) benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (4) konkave (11) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (12) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur (12) ein Hinterschnitt (24) der Mulde (7) gebildet ist, wobei ein erster Auftreffbereich (15) des ersten Strahles (5) zwischen einem Scheitel (14) der konvexen Muldenkontur (12) und der konkaven Muldenkontur (11) vorgesehen ist und ein zweiter, vom ersten verschiedener Auftreffbereich (16) an einem der konvexen Muldenkontur (11) fernliegenden Rand (17) der konkaven Muldenkontur liegt, wobei die konkave Muldenkontur (11) so geformt ist, dass der erste (5) und der zweite Strahl (6) aufeinandergelenkt werden und zumindest teilweise in Richtung des Zentralinjektors (4) zurückströmen.
Brennraumanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, vom ersten verschiedene Auftreffbereich (16) an einem der konvexen Muldenkontur (11) fernliegenden Rand (17) der konkaven Muldenkontur (11) in etwa tangential zu dem zweiten Strahl (6) ausgerichtet ist.
Brennraumanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (25) der Strahlen (5; 6) zueinander bei einem Auftreffen aufeinander kleiner als 180° ist.
Brennraumanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auftreffbereich (15) in etwa tangential zum ersten Strahl (5) ausgerichtet ist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auftreffbereich (15) in einem Winkel unterhalb von 45° zum ersten Strahl ausgerichtet ist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Muldenkontur (11) in etwa mittig eine Lippe (22) aufweist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (7) am ersten (15) und/oder zweiten Auftreffbereich (16) eine Lippe aufweist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des ersten (5) und/oder des zweiten Strahles (6) als Funktion eines Kolbenhubes festgelegt ist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralinjektor (4) wenigstens zwei Lochreihen für eine Erzeugung jeweils eines Strahlenfächers aufweist, wobei der erste (5) und der zweite Strahl (6) jeweils einem Strahlenfächer zugehörig sind.
Brennraumanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenfächer jeweils in wenigstens einem Kreissektor zum Zentralinjektor (4) ausgerichtet sind.
Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochreihen eine unterschiedliche Lochgeometrie, insbesondere eine unterschiedliche Lochkonizität und/oder Lochverrundung, aufweisen.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Muldengeometrie an einen Lochdurchmesser des Zentralinjektors (4) angepasst ist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größere der Winkel zwischen einer Hubrichtung (3) des Kolbens (2) und dem ersten Strahl sowie zwischen der Hubrichtung (3) des Kolbens (2) und dem zweiten Strahl größer als 80° und bevorzugt größer als 85° ist.
Brennraumanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennraumdecke (27) eine Dachneigung (28) von mehr als etwa 80° und bevorzugt von mehr als 85° zu einer Hubrichtung (3) des Kolbens (3) aufweist.
Kolben einer Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Brennraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mittels eines luftverteilenden Brennverfahrens mit einer strahlgeführten Gemischbildung, wobei eine den Brennraum begrenzende Kolbenoberfläche (23) wenigstens eine Mulde (7) aufweist, welche auf einer zu einem Umfang (9) des Kolbens (2) benachbarten Seite (10) wenigstens eine aus Blickrichtung des Zentralinjektors (4) konkave (11) und eine daran anschließende konvexe Muldenkontur (12) aufweist, wobei durch die konvexe Muldenkontur (12) ein Hinterschnitt (24) der Mulde (7) gebildet ist, wobei wenigstens ein erster Kraftstoffstrahl (5) auf die konvexe Muldenkontur (12) eingespritzt wird und wenigstens ein zweiter Kraftstoffstrahl (6) auf einen der konvexen Muldenkontur (12) fernliegenden Rand (17) der konkaven Muldenkontur (11) eingespritzt wird, so dass der erste (5) und der zweite Kraftstoffstrahl (6) von der Kolbenoberfläche so umgelenkt werden, dass sie in der konkaven Muldenkontur (11) oder dem Brennraum aufeinandertreffen und zumindest teilweise in einen zwischen der konkaven Muldenkontur (11) und dem Zentralinjektor (4) gelegenen Bereich des Brennraumes zurückströmen und zerstäubt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (5) und/oder der zweite Strahl (6) in etwa tangential auf der Mulde auftreffen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (5) und der zweite Strahl (6) so umgelenkt werden, dass eine Richtungsänderung zwischen in die Mulde eintretenden (5; 6) und aus der Mulde austretenden Strahlen (20) jeweils größer als 160° und bevorzugt größer als 180° ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum ersten Strahl (5) eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem ersten Strahlenfächer und zusätzlich zum zweiten Strahl (6) eine Vielzahl von Nachbarstrahlen in einem zweiten Strahlenfächer in die Mulde eingespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenfächer jeweils in wenigstens einem Kreissektor zum Zentralinjektor (4) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des ersten (5) und/oder zweiten Strahles (6) als Funktion eines Kolbenhubes festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkung des ersten (5) und/oder zweiten Strahles (6) durch wenigstens eine Lippe (22) in der Mulde unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drallzahl einer Ladungsbewegung zwischen 0 und 3 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors (4) jeweils eine Einspritzrate festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils eine Lochreihe des Zentralinjektors (4) jeweils ein Einspritzdruck festgelegt wird.