DE102006044698B4 - Combustion process for a spark-ignition internal combustion engine powered by direct fuel injection and supercharging - Google Patents
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Abstract
Brennverfahren für eine mittels Kraftstoffdirekteinspritzung und Aufladung betriebene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der eine Ladungsbewegung um eine weitgehend senkrecht zu einer Zylinderachse verlaufende Tumbleachse (13) herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff weitgehend über den gesamten Lastbereich der Hubkolbenbrennkraftmaschine im wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse (13) eingespritzt wird.A combustion method for a spark-ignition reciprocating internal combustion engine operated by direct fuel injection and supercharging, in which a charge movement about a tumble axis (13) extending substantially perpendicular to a cylinder axis is effected, characterized in that substantially over the entire load range of the reciprocating internal combustion engine substantially in the longitudinal direction of the tumble axis (13 ) is injected.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennverfahren für eine mittels Kraftstoffdirekteinspritzung und Aufladung betriebene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a combustion method for a spark-ignition internal combustion engine operated by direct fuel injection and supercharging according to the preamble of claim 1.
Zur ottomotorischen Verbrennung wurde im serientechnischen Bereich bis vor nicht allzu langer Zeit die Saugrohreinspritzung verwendet, bei der der Kraftstoff in einen Einlasskanal der Hubkolbenbrennkraftmaschine in den Bereich vor einem Gaswechselbauteil eingespritzt wurde. Um nun den spezifischen Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen zu verringern, wurde auch bereits die Kraftstoffdirekteinspritzung im Bereich fremdgezündeter Hubkolbenbrennkraftmaschinen eingesetzt. Um nun den spezifischen Verbrauch und die Schadstoffemissionen der so betriebenen Hubkolbenbrennkraftmaschine weiter zu verringern, ist es bereits bekannt geworden, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im sogenannten Magerbetrieb mit Luftüberschuss zu betreiben. Ein Magerbetrieb kann entweder auf einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch oder auf einem inhomogenen Gemisch mit Ladungsschichtung basieren.For Otto engine combustion, the intake manifold injection was used in the series technology area until not so long ago, in which the fuel was injected into an inlet channel of the reciprocating internal combustion engine in the area in front of a gas exchange component. In order to reduce the specific fuel consumption and thus the CO 2 emissions, the direct fuel injection has already been used in the field of spark-ignition internal combustion engine. In order to further reduce the specific consumption and the pollutant emissions of the reciprocating internal combustion engine operated in this way, it has already become known to operate the reciprocating internal combustion engine in the so-called lean operation with excess air. Lean operation can be based either on a homogeneous air-fuel mixture or on an inhomogeneous mixture with charge stratification.
Anhand der
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Ein Brennverfahren mit Ladungsschichtung für eine direkt einspritzende, fremdgezündete Brennkraftmaschine ist beispielsweise anhand der auf die Anmelderin zurückgehenden
Ganz allgemein dient der Drall bei insbesondere luftgeführten Brennverfahren dazu, ein zündfähiges Kraftstoffluftgemisch zu einer Zündeinrichtung in der Form beispielsweise einer Zündkerze zu transportieren, um dort auch bei zonenabhängig inhomogenem Kraftstoffluftgemisch eine Durchbrennung zu erreichen.Quite generally, the swirl in the case of in particular air-guided combustion processes serves to transport an ignitable fuel-air mixture to an ignition device in the form of a spark plug, for example, in order to achieve burn-through even in the case of a zone-dependent inhomogeneous fuel-air mixture.
Neben diesen, bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen ohne Aufladung eingesetzten Brennverfahren ist aber auch bereits ein Brennverfahren für eine mittels Kraftstoffdirekteinspritzung und Aufladung betriebene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt geworden, bei der eine intensive Ladungsbewegung durch eine weitgehend senkrecht zu einer Achse eines Arbeitszylinders der Brennkraftmaschine verlaufende Achse einer Walzenströmung, einem sogenannten Tumble durchgeführt wird. Dieses Brennverfahren zeichnet sich durch einen homogenen Betrieb aus mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und damit einem ohne Schichtladung arbeitenden Brennverfahren. Bei einer solchen, mittels Kraftstoffdirekteinspritzung und Aufladung betriebenen bekannten fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschine ist die Walzenströmung erforderlich, um eine intensive Ladungsbewegung zur Homogenisierung des Kraftstoffluftgemisches und eine Verbrennungsbeschleunigung über Makro- und Mikroturbulenzen zu erreichen, um ein schnelles Durchbrennen des Gemisches zu realisieren und Bereiche ohne Flammenfront zu vermeiden.In addition to these combustion methods used in reciprocating internal combustion engines without turbocharging, however, a combustion method for a spark-ignition reciprocating internal combustion engine operated by direct fuel injection and charging has already become known, in which an intense charge movement is effected by an axis of a roller flow which is substantially perpendicular to an axis of a working cylinder of the internal combustion engine Tumble is performed. This combustion process is characterized by a homogeneous operation with a stoichiometric air-fuel ratio and thus a working without stratified charge combustion process. In such, operated by direct fuel injection and supercharging known spark-ignition reciprocating internal combustion engine, the roller flow is required to intensive charge movement for the homogenization of the fuel air mixture and a To achieve combustion acceleration via macro- and micro-turbulence in order to realize a fast burn-through of the mixture and to avoid areas without flame front.
Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass bei der aufgeladenen Hubkolbenbrennkraftmaschine die Tumbleströmung selbst bei einer Luftzahl oder λ von 1 benötigt wird, um ein effektives Durchbrennen des Kraftstoffluftgemisches sicherzustellen.In other words, in the supercharged reciprocating internal combustion engine, the tumble flow is required even at an air ratio or λ of 1 to ensure effective burnout of the fuel air mixture.
Soll nun die mit Aufladung und Kraftstoffdirekteinspritzung betriebene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine zur weiteren Verbrauchsverringerung und Verringerung der Schadstoffemissionen mit Luftüberschuss betrieben werden, so ergibt sich das Problem, ein Brennverfahren hierfür bereitzustellen, das ein zündfähiges Kraftstoffluftgemisch in örtlicher und zeitlicher Hinsicht am Flammenentstehungsort bereitstellt. Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein solches Brennverfahren zur Verfügung zu stellen.If now the spark-ignition reciprocating internal combustion engine operated with turbocharging and direct fuel injection is operated with additional air to reduce fuel consumption and reduce pollutant emissions, the problem arises of providing a combustion process for this purpose, which provides an ignitable fuel-air mixture in local and temporal terms at the flame origin. The present invention is based on the object of providing such a combustion process.
Das nach der Erfindung vorgesehene Brennverfahren weist die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The combustion method provided according to the invention has the features specified in claim 1. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims.
Bei der aufgeladenen, fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschine oder Brennkraftmaschine wird der Tumble dazu eingesetzt, eine Intensivierung der Ladungsbewegung zu erreichen, um ein ausreichend durchmischtes Kraftstoffluftgemisch zu erhalten, so dass sich nach der Fremdzündung die Flammenfront durch die so gebildete Gemischwolke vollständig ausbreitet, um somit Bereiche unverbrannten Kraftstoffs zu vermeiden, der zu Verbrauchserhöhung und hohen Schadstoffemissionen im Abgas führen würde. Die um eine weitgehend senkrecht zu einer Zylinderachse des Zylinders der Brennkraftmaschine rotierende walzenförmige Bewegung des Tumbles führt also zu einer Homogenisierung der Gemischwolke und wirkt daher einer beabsichtigten Schichtladung entgegen. Um nun die aufgeladene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine mit dem Tumble im Schichtladebetrieb zur Realisierung einer mageren Verbrennung mit Luftüberschuss betreiben zu können, ist nach der vorliegenden Erfindung ein Brennverfahren vorgesehen für eine mittels Kraftstoffdirekteinspritzung und Aufladung betriebene fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der eine Ladungsbewegung um eine weitgehend senkrecht zu einer Zylinderachse verlaufende Tumbleachse herbeigeführt wird, bei dem der Kraftstoff weitgehend über den gesamten Lastbereich der Hubkolbenbrennkraftmaschine im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse eingespritzt wird.In the supercharged, spark-ignited reciprocating internal combustion engine or internal combustion engine, the tumble is used to intensify the charge motion to obtain a sufficiently mixed fuel-air mixture so that after the spark ignition the flame front fully propagates through the thus formed mixture cloud, thus areas of unburned fuel avoidance, which would lead to increased consumption and high pollutant emissions in the exhaust gas. The roller-shaped movement of the tumble, which rotates largely perpendicular to a cylinder axis of the cylinder of the internal combustion engine, thus leads to a homogenization of the mixture cloud and therefore counteracts an intended layer charge. In order to operate the charged spark-ignition internal combustion engine with the tumble in the stratified charge to realize lean combustion with excess air, according to the present invention, a combustion method is provided for operated by direct fuel injection and supercharged spark-ignition reciprocating internal combustion engine, in which a charge movement about a substantially perpendicular to a Cylinder axis extending tumble axis is brought about, in which the fuel is largely injected over the entire load range of the reciprocating internal combustion engine substantially in the longitudinal direction of the tumble axis.
Damit wird der eingespritzte Kraftstoff in den Bereich der ruhigen Mitte des Tumbles eingespritzt, so dass sich in diesem Bereich eine örtlich eng begrenzte Gemischwolke einstellt und damit über das Hubvolumen des Zylinders der Brennkraftmaschine betrachtet ein Bereich mit einer relativ hohen Konzentration an Kraftstoff, dem sich in Axiallängsrichtung der Zylinderachse betrachtet Bereiche anschließen mit niedrigeren Konzentrationen an Kraftstoff und damit höherer Luftzahl, so dass damit das Ziel erreicht werden kann, die aufgeladene und mit Kraftstoffdirekteinspritzung sowie fremdgezündete Brennkraftmaschine im Schichtladebetrieb zu betreiben.Thus, the injected fuel is injected into the region of the quiet center of the tumbles, so that adjusts a locally narrow limited mixture cloud in this area and thus considered on the stroke volume of the cylinder of the internal combustion engine, an area with a relatively high concentration of fuel, which in Axial longitudinal direction of the cylinder axis considered areas connect with lower concentrations of fuel and thus higher air ratio, so that so that the goal can be achieved to operate the supercharged and direct fuel injection and spark-ignited internal combustion engine in stratified charge mode.
Wird also beispielsweise eine Teilmenge des beim jeweiligen Kolbenhub zur Einspritzung vorgesehenen Kraftstoffs bereits während des Saughubs des Kolbens in Längsrichtung der Tumbleachse eingespritzt, so erzeugt dies einen Bereich mit höherer Kraftstoffkonzentration, dem dann, wenn der Kolben im Zylinder seine Bewegung in Richtung zum unteren Totpunkt durchführt, in Richtung der Zylinderachse betrachtet Bereiche mit niedrigerer Kraftstoffkonzentration oder Bereiche mit nahezu ausschließlich Luft folgen. Aufgrund des durch die Bewegung des Kolbens während des Saughubs größer werdenden Raumes im Zylinder und der kinetischen Energie des mit hohem Druck eingespritzten Kraftstoffs kann sich die Gemischwolke in Richtung der Tumbleachse aufgrund des dort relativ ruhigen Raumes ausbreiten, um auf diese Weise einen weitgehend senkrecht zur Zylinderachse laufenden schlauchförmigen Kanal zu bilden, in dem sich die dort dann fein verteilten Kraftstoffteilchen befinden, um auf diese Weise einen Durchbrennkanal auszubilden, wenn das Kraftstoffluftgemisch durch Fremdzündung entzündet worden ist.If, for example, a subset of the fuel intended for injection at the respective piston stroke is already injected during the intake stroke of the piston in the longitudinal direction of the tumble axis, this generates an area with higher fuel concentration, which then occurs when the piston in the cylinder moves in the direction of bottom dead center , viewed in the direction of the cylinder axis areas with lower fuel concentration or areas with almost exclusively air follow. Due to the increasing in-cylinder space and the kinetic energy of the high-pressure fuel due to the movement of the piston during the intake stroke, the mixture cloud may spread in the direction of the tumble axis due to the relatively quiet space there, thus extending substantially perpendicular to the cylinder axis to form a continuous tubular channel in which there are then finely divided fuel particles to form in this way a burn-through channel, when the fuel-air mixture has been ignited by spark ignition.
Aufgrund der im Abstand zur Kolbenoberfläche liegenden Tumbleachse befindet sich die schlauchförmige Gemischwolke im Abstand zur Kolbenoberfläche, so dass eine Wandanlagerung an der Kolbenoberfläche auch weitgehend vermieden werden kann und eine Anlagerung der schlauchförmigen Gemischwolke an der Zylinderwand des Zylinders dadurch, dass die Einspritzung von Kraftstoff im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse zeitlich und bezüglich der Menge des eingespritzten Kraftstoffs so erfolgt, dass ein Beschlagen der kalten Zylinderwand weitgehend vermieden wird.Due to the lying in the distance to the piston surface Tumbleachse the tubular mixture cloud is at a distance from the piston surface, so that Wandanlagerung on the piston surface can also be largely avoided and an attachment of the tubular mixture cloud on the cylinder wall of the cylinder in that the injection of fuel substantially in the longitudinal direction of the tumble axis in time and with respect to the amount of injected fuel so that fogging of the cold cylinder wall is largely avoided.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass der Kraftstoff beidseits einer Längsmitte der Tumbleachse weitgehend in Längsrichtung der Tumbleachsenhälften eingespritzt wird derart, dass der Kolben im Kompressionshub ein zündfähiges Kraftstoffluftgemisch in Richtung mindestens einer in einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordneten Zündeinrichtung befördert. Damit wird Kraftstoff jeweils in Längsrichtung der sich so ergebenden Hälften der Tumbleachse beidseits der Längsmitte der Tumbleachse eingespritzt und es bildet sich die vorstehend bereits beschriebene schlauchförmige Gemischwolke aus, die dann vom Kolben im Kompressionshub als zündfähiges Kraftstoffluftgemisch in Richtung zu einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine befördert wird, an dem eine Zündeinrichtung in der Form beispielsweise einer Zündkerze vorgesehen ist.According to a development of the invention, it is provided that the fuel is injected on both sides of a longitudinal center of the tumble axis largely in the longitudinal direction of the tumble axis halves such that the piston conveys an ignitable fuel mixture in the direction of at least one arranged in a cylinder head of the reciprocating internal combustion engine ignition device in the compression stroke. This will fuel in each case In the longitudinal direction of the resulting halves of the tumble axis injected on both sides of the longitudinal center of the tumble axis and it forms the previously described tubular mixture cloud, which is then transported by the piston in the compression stroke as an ignitable fuel mixture in the direction of a cylinder head of the reciprocating internal combustion engine to which an ignition device in the shape of, for example, a spark plug is provided.
Je weiter sich also der Kolben im Kompressionshub in Richtung zum oberen Ende des Zylinderbrennraums bewegt, desto kürzer wird der Abstand zwischen der vom Kolben bewegten schlauchförmigen Gemischwolke und der Zündeinrichtung, bis schließlich eine Fremdzündung der schlauchförmigen Gemischwolke durch die Zündeinrichtung erfolgt.Thus, the further the piston moves in the compression stroke in the direction of the upper end of the cylinder combustion chamber, the shorter the distance between the tubular mixture cloud moving from the piston and the ignition device will be, until the tubular mixture cloud is ignited by the ignition device.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass der Kraftstoff mittels einer Ringlochdüse als Kraftstoffstrahl im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften eingespritzt wird. Befindet sich also beispielsweise die Ringlochdüse mit zwei lochförmigen Öffnungen im Bereich des oberen Endes des Zylinderbrennraums angeordnet, so wird der Kraftstoff als Kraftstoffstrahl in Richtung der Tumbleachse bzw. der Tumbleachsenhälften eingespritzt. Die durch die Ringlochdüse eingespritzte Kraftstoffmenge kann nun beispielsweise dazu ausreichend sein, die Hubkolbenbrennkraftmaschine von der Last im Leerlauf bis in den Bereich der niedrigen Teillast zu betreiben.According to a development of the invention, it is provided that the fuel is injected by means of a Ringlochdüse as a fuel jet substantially in the longitudinal direction of the tumble axis and / or the Tumbleachsenhälften. Thus, if, for example, the ring-hole nozzle with two hole-shaped openings is arranged in the region of the upper end of the cylinder combustion chamber, the fuel is injected as a fuel jet in the direction of the tumble axis or the tumble-axis halves. For example, the amount of fuel injected through the annular orifice nozzle may be sufficient to operate the reciprocating internal combustion engine from the load at idle to within the range of the low part load.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass zur Lastregelung der Hubkolbenbrennkraftmaschine zusätzlicher Kraftstoff insbesondere als Kegelmantelstrahl eingespritzt wird. Der Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse bzw. der Tumbleachsenhälften wird also nach der Weiterbildung der Erfindung eine Kraftstoffeinspritzung zur Lastenregelung überlagert, die beispielsweise als Kegelmantelstrahleinspritzung ausgeführt werden kann. Wird also die Brennkraftmaschine nach ihrem Lastkollektiv mit mittlerer Teillast belastet, so kann dies durch das Einspritzen einer vorbestimmten Kraftstoffmenge beispielsweise als Kegelmantelstrahl zusätzlich zur Einspritzung von Kraftstoff in Richtung der Tumbleachsenhälften erreicht werden.According to a development of the invention, it is provided that for the load control of the reciprocating internal combustion engine additional fuel is injected in particular as a cone sheath jet. The fuel injection in the direction of the tumble axis or the Tumbleachsenhälften is thus superimposed according to the embodiment of the invention, a fuel injection for load control, which can be carried out, for example, as a Kegelmantelstrahleinspritzung. Thus, if the internal combustion engine is loaded according to its load spectrum with a medium partial load, this can be achieved by injecting a predetermined amount of fuel, for example as a conical jacket jet in addition to the injection of fuel in the direction of the tumble-axis halves.
Ganz allgemein ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine Kraftstoffeinspritzung während des Saughubs und/oder des Kompressionshubs des Kolbens mengenvariabel mindestens einmal erfolgt. Damit kann nach der Erfindung sowohl in Richtung der Tumbleachse und/oder Tumbleachsenhälften eine Kraftstoffeinspritzung auch mehrfach und mit unterschiedlicher Kraftstoffmenge erfolgen, der auch eine Kraftstoffeinspritzung zur Lastregelung überlagert werden kann, die ebenfalls mengenvariabel und mehrfach erfolgen kann.Quite generally, it is provided according to a development of the invention that a fuel injection during the suction stroke and / or the compression stroke of the piston volume variable takes place at least once. Thus, according to the invention both in the direction of the tumble axis and / or Tumbleachsenhälften a fuel injection also repeatedly and with different fuel quantity, which can be superimposed on a fuel injection for load control, which can also be variable in volume and multiple.
Die nach der Erfindung vorgesehene zusätzliche Kraftstoffeinspritzung kann beispielsweise ab einer spezifischen Arbeit der Hubkolbenbrennkraftmaschine von etwa 0.4 kJ/dm3 erfolgen. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass in Abhängigkeit von der mit der Hubkolbenbrennkraftmaschine gewonnenen Arbeit die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfolgt, wobei der zusätzliche Kraftstoff als Kegelmantelstrahl in den Zylinderraum eingespritzt werden kann. Auch ist es nach der Erfindung vorgesehen, den zusätzlichen Kraftstoff mit einer Form in den Brennraum einzuspritzen, die zumindest im wesentlichen nicht zu einer Berührung mit dem in Richtung der Tumbleachse und/oder Tumbleachsenhälften eingespritzten Kraftstoff führt, so dass also der zuerst genannte Kraftstoff so eingespritzt wird, dass die Kraftstoffteilchen weitgehend nicht in körperlichen Kontakt kommen mit den in Richtung Tumbleachse und/oder Tumbleachsenhälften eingespritzten Kraftstoffteilchen. Lediglich beispielshalber kann hier eine Kegelmantelstrahleinspritzung genannt werden, bei der die in Richtung der Tumbleachse und/oder Tumbleachsenhälften gehenden seitlichen Komponenten über eine entsprechende Düsenform ausgespart bleiben.The additional fuel injection provided according to the invention can take place, for example, from a specific work of the reciprocating internal combustion engine of about 0.4 kJ / dm 3 . It means in other words that, depending on the work obtained with the reciprocating internal combustion engine, the additional fuel injection takes place, wherein the additional fuel can be injected as a conical jacket jet into the cylinder chamber. It is also provided according to the invention to inject the additional fuel with a mold into the combustion chamber, which at least substantially does not lead to a contact with the injected in the direction of the tumble axis and / or Tumbleachsenhälften fuel, so that the first-mentioned fuel so injected is that the fuel particles do not come into physical contact with the largely injected in the direction of the tumble and / or Tumbleachsenhälften fuel particles. Merely by way of example, a cone-jet jet injection can be mentioned here in which the lateral components which go in the direction of the tumble axis and / or the tumble-axis halves remain cut-out via a corresponding nozzle shape.
Wie es vorstehend bereits erwähnt wurde, wird nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kraftstoff im Wesentlichen in Längsrichtung der beidseits der Längsmitte der Tumbleachse liegenden Tumbleachsenhälften eingespritzt. Es bildet sich auf diese Weise eine schlauchförmige im ruhigen Zentrum des Tumbles liegende Gemischwolke aus, die von der Längsmitte der Tumbleachse aus betrachtet Ausdehnungstendenzen in Richtung zur beidseitigen Zylindermantelwand besitzt. Diese Gemischwolke, in die auch noch Kraftstoff während des Kompressionshubs des Kolbens, also kurz vor dem Zünd-OT in Richtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften eingespritzt werden kann, wird dann vom Kolben beim Kompressionshub in Richtung zur oberen Begrenzung des Zylinderraums befördert. Nach Zündung dieser schlauchförmigen Gemischwolke bildet sich ein Durchbrennkanal aus, in dem sich die Flammenfront durch die gesamte Gemischwolke hindurch fortsetzt. Um nun eine weitere Verbesserung des Durchbrennverhaltens des schlauchförmigen Durchbrennkanals zu erreichen, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Kraftstoffluftgemisch mittels zweier Zündeinrichtungen entflammt wird, die jeweils benachbart zu einer Zylindermantelwand jedes Zylinders der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sind derart, dass eine Verbindungsstrecke zwischen den Zündeinrichtungen in einer von Zylinderachse und Tumbleachse aufgespannten Ebene liegt und nach Zündung des Kraftstoffluftgemisches ein Durchbrennkanal von den radial außen liegenden Bereichen des Kraftstoffluftgemisches in Richtung zum radial innen liegenden Bereich des Kraftstoffluftgemisches erzeugt wird.As already mentioned above, according to one embodiment of the method according to the invention, the fuel is injected substantially in the longitudinal direction of the tumble-axis halves lying on both sides of the longitudinal center of the tumble axis. It forms in this way a tubular in the quiet center of the tumbles lying mixture cloud from the longitudinal center of the Tumbleachse seen from expansion tendencies towards the two-sided cylinder jacket wall has. This mixture cloud into which fuel can also be injected during the compression stroke of the piston, ie shortly before the ignition TDC in the direction of the tumble axis and / or the Tumbleachsenhälften is then transported by the piston during the compression stroke in the direction of the upper boundary of the cylinder chamber. After ignition of this tubular mixture cloud, a burn-through channel is formed, in which the flame front continues through the entire mixture cloud. In order to achieve a further improvement of the Durchbrennverhaltens the tubular Durchbrennkanals, it is provided according to a development of the invention that the fuel air mixture is ignited by means of two ignition devices, each adjacent to a cylinder jacket wall of each cylinder of the reciprocating internal combustion engine are arranged such that a connecting distance between the Ignition devices in one of the cylinder axis and Tumbleachse spanned plane is located and after ignition of the fuel air mixture, a burn-through channel is generated by the radially outer regions of the fuel-air mixture in the direction of the radially inner region of the fuel-air mixture.
Es können also beispielsweise zwei Zündkerzen pro oberem Ende jedes Zylinders der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, die zwischen sich eine Verbindungsstrecke ausbilden. Diese Verbindungsstrecke nun läuft nicht schief oder schräg zur Tumbleachse des Tumbles, sondern deckt sich in einer Draufsichtansicht auf den Zylinder von oben mit der Tumbleachse, so dass vom nach oben gehenden Kolben die schlauchförmige Gemischwolke zu den beiden Zündeinrichtungen hin befördert wird. Zünden nun beide Zündeinrichtungen gleichzeitig, so verbrennt das Kraftstoffluftgemisch vom Zündort ausgehend in Richtung zur radial innen liegenden Mitte der Tumbleachse hin, so dass sich ein Durchbrennkanal einstellt, der für eine schadstoffarme Verbrennung der Gemischwolke der mit Schichtladung betriebenen Hubkolbenbrennkraftmaschine sorgt. Da es nach der Erfindung vorgesehen ist, dass die Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse und/oder Tumbleachsenhälften über weitgehend den gesamten Lastbereich der Hubkolbenbrennkraftmaschine stattfindet, ergreift dieser Durchbrennkanal auch den Kraftstoff, der zur Lastregelung der Hubkolbenbrennkraftmaschine zusätzlich eingespritzt wird.So it can be provided, for example, two spark plugs per upper end of each cylinder of the internal combustion engine, which form a link between them. This connecting path now does not run obliquely or obliquely to the tumble axis of the tumbles, but coincides in a plan view of the cylinder from above with the tumble axis, so that the tubular mixture cloud is conveyed from the piston going up to the two ignition devices. Ignite both ignition devices simultaneously, the fuel air mixture burns starting from the ignition towards the radially inner center of the tumble axis, so that sets a blow-through, which ensures low-pollution combustion of the mixture cloud of the stratified charge reciprocating internal combustion engine. Since it is provided according to the invention that the fuel injection takes place in the direction of the tumble axis and / or Tumbleachsenhälften over largely the entire load range of reciprocating internal combustion engine, this burn-through channel also takes the fuel, which is additionally injected for load control of the reciprocating internal combustion engine.
Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der mittels der Kraftstoffeinspritzung im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften eingespritzte Kraftstoff derart bemessen ist, dass die Luftzahl im Bereich eines damit gebildeten Kraftstoffluftgemisches im Bereich zwischen 1 und 1.3 liegt. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass der nur durch die Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften eingespritzte Kraftstoffmassenstrom dafür sorgt, dass sich die Luftzahl λ integral betrachtet im Bereich von 1 und 1.3 bewegt, also dass durch die Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse bzw. der Tumbleachsenhälften ein Kraftstoffluftgemisch gebildet wird, das bereits Luftüberschuss aufweisen kann.According to a development of the invention, it is provided that the fuel injected by means of the fuel injection substantially in the longitudinal direction of the tumble axis and / or the tumble-axis halves is dimensioned such that the air ratio in the region of a fuel-air mixture formed thereby is in the range between 1 and 1.3. In other words, this means that the fuel mass flow injected only by the fuel injection in the direction of the tumble axis and / or the tumble axis halves ensures that the air ratio λ integrally in the range of 1 and 1.3 moves, so that by the fuel injection in the direction of Tumbleachse or the Tumbleachsenhälften a fuel mixture is formed, which may already have excess air.
Um nun für eine sichere Verbrennung zu sorgen, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das mittels der Kraftstoffeinspritzung im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften erzeugte Kraftstoffluftgemisch einen innen liegenden Bereich aufweist, der eine Luftzahl λ ≤ 1.0 besitzt und nach Zündung einen Durchbrennkanal ausbildet. Die Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse bzw. der Tumbleachsenhälften erfolgt daher so, dass sich in dem innen liegenden Bereich der schlauchförmigen Gemischwolke ein fettes Gemisch bilden kann, das eine sichere Zündung erlaubt und einen Durchbrennkanal ausbildet, der auch die Bereiche im Zylinder mit λ ≥ 1.0 entzündet.In order to ensure safe combustion, it is provided according to a development of the invention that the fuel-air mixture generated by the fuel injection substantially in the longitudinal direction of the tumble axis and / or the tumble-axis halves has an inner region having an air ratio λ ≤ 1.0 and after ignition forms a burn-through. The fuel injection in the direction of the tumble axis or the tumble-axis halves therefore takes place in such a way that a rich mixture can form in the inner region of the tubular mixture cloud which permits reliable ignition and forms a burn-through channel which also covers the regions in the cylinder with λ ≥ 1.0 inflamed.
Um nun den unterschiedlichen Lastzuständen der Hubkolbenbrennkraftmaschine gerecht zu werden, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse und/oder der Tumbleachsenhälften eingespritzte Kraftstoffmassenstrom in Abhängigkeit vom Lastzustand der Hubkolbenbrennkraftmaschine verändert wird. Damit wird erreicht, dass über diese Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse bzw. der Tumbleachsenhälften auch ein Betrieb der Brennkraftmaschine im niedrigen Teillastbereich möglich ist, ohne dass zusätzlicher Kraftstoff in im wesentlichen der Zylinderachsrichtung eingespritzt werden muss.In order to meet the different load conditions of the reciprocating internal combustion engine, it is provided according to a development of the invention that the fuel mass flow injected substantially in the longitudinal direction of the tumble axis and / or the tumble axis halves is changed depending on the load state of the reciprocating internal combustion engine. This ensures that this fuel injection in the direction of the tumble axis or the tumble axis halves also operation of the internal combustion engine in the low part load range is possible without additional fuel must be injected in substantially the Zylinderachsrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. This shows in:
Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der Düse
Über ein in
Über die Düse
Diese Kraftstoffeinspritzung im Wesentlichen in Längsrichtung der Tumbleachse
Neben der Kraftstoffeinspritzung in Richtung der Tumbleachse
Befindet sich der Kolben
Durch die Kraftstoffkonzentration im ruhigen mittigen Bereich
Die Zündkerzen
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.With regard to features of the invention which are not explained in greater detail above, reference is expressly made to the claims and the drawings, moreover.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Arbeitszylinderworking cylinder
- 22
- Kolbenpiston
- 33
- Brennraumcombustion chamber
- 44
- Begrenzung, KalotteLimitation, calotte
- 55
- Düsejet
- 66
- Zündkerzenspark
- 77
- ZylindermantelflächeCylinder surface
- 88th
- Einlassventilintake valve
- 99
- Einlasskanalinlet channel
- 1010
- TumbleTumble
- 1111
- Pfeilarrow
- 1212
- Mittiger BereichMiddle area
- 1313
- TumbleachseTumbleachse
- 1414
- Spritzbildspray pattern
- 1515
- Gemischwolkemixture cloud
- 1616
- KegelmantelstrahlConical surface beam
- 1717
- DurchbrennkanalBurnout channel
- PP
- Pfeilarrow
Claims (10)
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-
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