燃烧方法以及内燃的制造方法
燃烧方法以及内燃的制造方法
【专利摘要】一种用于直喷式内燃机的自燃式燃烧方法，其中喷束(22)在分束轮廓(16)上分别分为第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)；其中,第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的一个区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)开始在两侧在圆周方向上以相反的方向沿活塞级(10)传播,并且相应的第三分量(35)在活塞级(10)内的两个相邻的喷束(22)之间相互碰撞并且被径向向内偏转；其中，第一分量(33)和第二分量(34)构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，并且分别共同地向内偏转的分量(35)构成第三燃烧锋面(36)径向向内进入到在喷束(22)之间的间隙(37)中，其中，借助于基本上由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游被朝活塞(8)的方向偏转。
【专利说明】燃烧方法以及内燃机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的具有用于直喷式内燃机的自燃的燃烧方法。此外，本发明还涉及一种具有权利要求11前序部分所述特征的尤其用于机动车的内燃机，用以实施这样的燃烧方法。
【背景技术】
[0002]由文献DE 10 2006 020 642 Al已知一种用于实现这样的燃烧方法的自燃/压燃的内燃机。为此，该内燃机具有至少一个气缸，其燃烧室在侧面由气缸壁界定、轴向地在一侧由气缸盖界定而轴向地在另一侧由在所述气缸中可行程调节的活塞界定。气缸壁界定气缸的纵中轴线。此外，内燃机的每个气缸包括一个喷嘴，其与燃烧室同轴地或与气缸盖中的纵中轴线基本上同轴地布置。在此，相应的活塞设计为级式活塞，所述活塞具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶轴向地深入布置在所述活塞中的活塞级，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓过渡到相对于活塞级轴向地深入布置在所述活塞中的活塞凹坑。相应的喷嘴这样设计，即使得该喷嘴对于一个燃烧过程同时地可以将多个喷束星形地喷射到燃烧室中。在已知的燃烧方法中，喷束在所述分束轮廓上被分别分为第一分量以及第二分量，所述第一分量基本上进入到所述活塞凹坑中，所述第二分量基本上通过所述活塞级朝活塞壁和气缸盖的方向传播到活塞顶上。通过所述第一分量和所述第二分量分别形成第一和第二燃烧锋面。此外，相应的喷束在碰到活塞级中的分束轮廓之后分别分为第三分量，所述第三分量从相应的喷束开始基本上在两侧在圆周方向上以相反的方向沿所述活塞级传播。在燃烧方法的进一步过程中，在圆周方向上相应的第三分量分别在活塞级内的两个相邻的喷束之间相互碰撞并且被径向向内偏转。该第三分量的构成和引导通过喷束碰撞到分束轮廓和活塞级上产生。由于离开活塞级的第三分量而形成第三燃烧锋面，其基本上径向传播到在圆周方向上构成在两个相邻的喷束之间的间隙中。这样的燃烧方法也可以称为“3正面燃烧方法”，这是因为在燃烧室中分别对于每个喷束在空间上基本上有三个燃烧或火焰正面传播。
[0003]因为燃烧锋面有效地利用了燃烧室中可用的空间，所以通过已知的燃烧方法将燃烧室中可用的新鲜气体或新鲜气体-废气-混合物利用到一个高的程度，这尤其大幅降低了在燃烧过程期间的碳烟的形成。此外，通过相对于两个第一燃烧锋面在时间上延迟地燃烧的第三燃烧锋面降低了局部峰值温度，从而降低了氮氧化物的形成。
[0004]为了构成第三燃烧锋面，在活塞级中的相邻的喷束的第三分量以大的冲量相互碰撞。第三分量的冲量由第三分量的质量与其速度的乘积得出。如果第三分量的冲量足够大，那么第三分量在其在活塞级中的相互碰撞中从由活塞级撑开或打开的空间偏转到燃烧室中。在此，相应的共同偏转的第三分量可以构成第三燃烧锋面，该第三燃烧锋面基本上沿纵向中轴线的方向在相应的喷束之间定向。有利地借助于第三燃烧锋面在燃烧室中产生高的旋流，从而使得对于导回到燃烧室中的废气的相容性上升，由此可以借助于在燃烧室中提高的AGR-份额进一步降低氮氧化物排放。然而在已知的燃烧方法中仅可以提供小的时间窗口或仅可以提供小的曲轴角，以便将在分束轮廓上的喷束分为最优大小的三个分量，从而仅在小的负荷和转数范围中存在用于形成第三燃烧锋面的最优的条件，由此相对于传统的柴油燃烧尤其不可以以期望的程度降低碳烟排放。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，对于自燃的燃烧方法或对于为此适合的内燃机提出改进的实施形式，该实施形式的突出之处尤其在于将引入的燃料改进地分为三个分量。由此可能的是，可以比迄今更长时间地在活塞向下移动的情况下保持燃烧方法。
[0006]该技术问题在本发明中尤其通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施形式是从属权利要求的主题。
[0007]本发明所基于的一般构思在于，喷束在位于分束轮廓的射束上游的区域中被朝活塞的方向偏转。通过该措施可以将喷束在开始的膨胀行程期间朝着与气缸盖远离的活塞偏转。因此，即便在活塞远离气缸盖时，喷束也能碰撞到分束轮廓上或在分束轮廓的区域中碰撞到活塞上，以便继续地将相应的喷束分为三个分量。由此可以为相应的喷束的最优分配提供更大的时间段或扩大的曲轴角。通过喷射持续时间、喷射压力以及喷射定时、尤其是喷射开始的变化可以在扩大的综合特性曲线范围中可复制地产生具有足够大燃料量和燃料速度并因此足够大的在第三分量内的固有冲量的第三分量，从而使第三燃烧锋面可以构成在两个相邻的喷束之间的间隙中并且因此优化地利用在燃烧室中在空间上分散的燃烧空气或燃烧空气-废气-混合物，由此可以特别是降低碳烟排放。此外，通过按照本发明的喷束的再偏转至少大幅降低以第二分量的燃料润湿气缸壁，这是因为喷束基本上到达分束轮廓或活塞的相邻的区域并且没有涂抹过活塞顶并且直接碰撞到气缸壁上。除此之外，借助于活塞级将第三分量与相应的喷束分离，从而为第二分量提供少量的燃料，由此第二分量固有的脉冲更小，并且由此降低了第二分量的进入深度。此外，第二分量在活塞级中朝气缸盖的轴向偏转导致第二分量在气缸盖与活塞之间的堵塞，从而减少了通过喷射后续流入的燃料进到第二燃烧锋面中，由此限制了第二分量或第二燃烧锋面的径向传播。有利地可以借助于所述两个效应使第二燃烧锋面与相对冷的气缸或气缸壁的接触的最小化,从而大幅降低在第二燃烧锋面与气缸壁之间不期望的热传递，由此可以阻止由第二燃烧锋面在相对冷的气缸壁上碳烟的形成。除此之外，可以减少气缸壁的油的洗涤以及碳烟进入到发动机油中。
[0008]按照本发明，借助于由挤压缝隙流、旋流以及束流形成所产生的流，其流动向量包括至少一个基本的分量，其构成为在活塞凹坑之上与气缸的纵向中轴线同轴地朝活塞凹坑的方向。在此，挤压缝隙流构成在活塞顶与气缸盖之间并且基本上从气缸壁朝向气缸中部的方向指向。燃烧空气的旋流或漩涡基本上绕气缸的纵向中轴线流动。束流在喷束在燃烧室中传播的过程中形成，其中环绕喷束的燃烧空气沿喷束的方向被一起吸入。所产生的流碰到在活塞凹坑上的喷束，朝分束轮廓径向向下地偏移，也就是在所述分束轮廓的射束上游朝活塞的方向偏转所述喷束。
[0009]按照一个有利的实施形式喷射所述喷束，使所述喷束首先偏心地、亦即朝所述活塞凹坑偏移地到达所述分束轮廓，在喷射过程中涂抹所述分束轮廓的中间并且最后朝所述活塞凹坑偏移地碰撞到所述分束轮廓。换言之，传播的喷束首先不到达分束轮廓，而是仅在喷射的继续进行中朝活塞级偏移地到达分束轮廓，从而使所喷射的燃料量可以最优地分为第一分量、第二分量以及第三分量，由此尤其是第三分量可以获得足够高的冲量并且在相互碰撞中构成为燃烧锋面。这没有随着从气缸盖移离的活塞的膨胀行程而变化，而是喷束按照本发明的、朝活塞的方向基本上偏心，相对于活塞级偏移的偏转得以保留，由此尽可能大的燃料量以高速进入到活塞级并且在第三分量中沿在活塞级中的圆周方向传播。
[0010]按照一个有利的实施形式这样喷射所述喷束，S卩，所述喷束首先偏心地、亦即朝所述活塞凹坑偏移地到达所述分束轮廓，并且随后在喷射过程中在向下移动的活塞的情况下碰撞到所述分束轮廓。这适用于取决于喷射压力具有短的喷射持续时间的喷射量，从而使喷束在其喷射持续时间的结束处碰撞到分束轮廓。在喷射量较小的情况下，按照本发明所产生的流有利地也作用于喷束，由此喷射的燃料量可以继续最优地分为第一分量、第二分量以及第三分量。
[0011]按照另一有利的实施形式，借助于相应的喷嘴可以同时产生7至12个、优选10个至12个、尤其是10个喷束。通过所述数量的喷束在喷束之间获得了小的角度，从而在活塞级上相向移动的相邻的级束必须在活塞级中经过比较短的路段，由此第三分量少量地丢失速度并且以特别高的冲量碰撞并且可以特别有效地构成第三燃烧锋面。
[0012]一种实施形式是尤其有利的，其中所述相应的喷束在喷射持续时间期间以最大40°的曲轴角被引入。由此可以实现特别稳定的燃烧，这是因为由此可以特别可靠地实现三个上述火焰正面。
[0013]根据另一有利的实施形式，所述喷束可以例如以一个喷束锥角喷射，所述喷束锥角处于大约140°至大约160°的角度范围内，并且优选为大约152°。
[0014]特别有利的是，所述喷束锥角基本上与所述气缸的纵向中轴线同轴地延展，从而使喷束分别在相同的高度上碰到分束轮廓，由此第三燃烧锋面可以相互均匀地在燃烧室中传播。
[0015]在另一有利的实施形式中，所述喷束以500巴至2800巴的喷射压力被引入到所述燃烧室中。有利地，喷束在喷射到燃烧室中时具有高的速度，从而使喷束拥有高的冲量，由此使第三燃烧锋面的形成变得容易。
[0016]在一个特别有利的实施方案中，所述第一分量在所述活塞凹坑的侧凹部中被偏转。由此，分束轮廓径向向内突出活塞凹坑的位于在外部的壁。相应的喷束的第一分量或第一燃烧锋面从分束轮廓开始通过该侧凹部朝活塞中间的方向流动。有利地，第一分量在侧凹部到活塞凹坑底部的过渡处或活塞锥形部上由于经优化的偏转以基本上的切线的方式沿纵向中轴线的方向离开侧凹部，从而在活塞凹坑中的燃烧空气中产生了第一分量的经优化的分配，由此可以提高燃烧的效率并且进一步降低排放。
[0017]在该侧凹部的一个特别的实施方案中，所述侧凹部(的侧凹量)可达到活塞直径的3%。
[0018]通过入口开口和/或入口通道的相应的布置和/或定向和/或通过在入口阀的阀座的区域中相应地确定轮廓可以在燃烧室中的燃烧空气内生成旋流。还已知的是，借助于在入口通道中的旋流节气门或旋流节气门与上述装置的组合产生旋流。借助于燃烧空气的旋流可以形成所产生的流，其将喷束朝活塞的方向再偏转。此外，尤其改善了燃烧空气与导回的废气的混匀，这是因为在气缸中的装载物借助于旋流绕纵向中轴线移动。[0019]为了在燃烧室中在装载物交换之后产生施加旋流的、由新鲜空气或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物，内燃机可以设有适合的旋流产生机构。这样的旋流产生机构例如是前述的措施。
[0020]装载物中的旋流可以例如以最大为4.5的iTheta产生。在此，尤其可以在载货车发动机中，相对较小的0.3至2.5的旋流就足以产生期望的所产生的流。在冲程空间较小的发动机中主要目标是直至4.5的较高的旋流。
[0021]在一个特别的实施形式中，旋流可以是可变的。由此，旋流可以有利地匹配于运行条件，从而可以获得关于喷束的再偏转的进一步的自由度，由此喷束的发明性的再偏转在一个扩大的综合特性曲线范围中可用于再偏转的稳定化。在冲程空间较小的发动机中，例如可以在部分负荷中提升旋流而在满负荷中降低旋流。
[0022]根据另一有利的实施形式，(如所提及的那样)在相应的气缸中在所述活塞的上止点中轴向地在所述活塞顶与所述气缸盖之间可以存在挤压缝隙，该挤压缝隙在所述活塞的上止点中轴向地在所述活塞顶与所述气缸盖之间具有的轴向高度处于活塞直径的大约
0.2%至大约3.0 %的范围中、优选处于活塞直径的大约0.4%至大约1.2%的范围中，和/或其径向长度处于活塞直径的大约6%至大约22%的范围中、优选处于活塞直径的大约9%至大约14%的范围中。该挤压缝隙的尺寸已经证实为尤其有利于产生挤压缝隙流，其适用于生成所产生的流。
[0023]在另一有利的实施形式中，所述活塞级具有所述活塞直径的大约4%至大约20%的径向扩展以及所述活塞直径的大约2.5%至7%的轴向高度。已经证实，在活塞级的该实施方案中可以尤其有效地形成燃烧锋面。
[0024]在另一有利的实施形式中，用于产生所述喷束的喷嘴的喷孔具有处于在大约3至大约11、优选在大约4至大约8的范围中的、孔长与孔直径的比例。
[0025]在另一有利的实施形式中，所述喷孔在背向燃烧室的入口侧上具有倒圆部。借助于所述倒圆部、特别是通过液压冲蚀产生的倒圆部实现在5%至25%的范围中、优选在10%至20%的范围中的流量提高。
[0026]在另一实施形式中，所述喷孔锥形地构成并且从入口侧至出口侧逐渐变细。
[0027]在锥形喷孔的一个特别的实施形式中，在所述入口侧上，必要时在倒圆部的下游的孔直径构成为比在所述出口侧的孔直径大大约2%至大约25%的范围、优选大约5%至大约15%的范围。
[0028]有利地可以借助于锥形的喷孔产生具有大的传播速度的拉长的相对窄的棒形的喷束，从而使喷束在燃烧室中仅少量地扩大，由此具有高冲量的喷束可以碰撞到分束轮廓。
[0029]在另一有利的实施方案中，所述活塞还设有活塞锥形部，其同轴地并且在居中地位于在活塞凹坑中。有利地，该活塞锥形部具有小于喷束的喷射锥角的锥角。例如该锥角可以约为124° ±10°、尤其是约为124° ±5°。活塞锥形部的锥尖(活塞或气缸的纵向中轴线延伸通过该锥尖)关于活塞顶并且优选地也关于活塞级轴向朝活塞偏移地布置，也就是说锥尖相对于活塞顶并且特别是也相对于活塞级轴向深入地布置在活塞中。
[0030]本发明另外的重要的特征和优点由从属权利要求、附图以及根据附图的所属的【专利附图】
【附图说明】得出。
[0031 ] 应理解的是，上述的以及下文还将阐明的特征不仅可以以分别给出的组合而且还可以以其他组合或者可以单独地应用，而不会脱离本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的优选实施例在附图中示出并且在以下的描述中进一步得到阐明，其中相同的附图标记涉及相同或相似或者功能相同的构件。
[0033]其中:
[0034]图1示意性地示出了气缸的区域中内燃机的纵截面图；
[0035]图2示意性地示出了活塞的轴向俯视图；
[0036]图3a、3b、3c示意性地示出了在燃烧方法的不同状态a至c的情况下图1中的活塞的简化的半纵截面图；
[0037]图4a、4b、4c示意性地示出了在燃烧方法的不同状态a至c的情况下图2中的俯视图的一部分；
[0038]图5示意性地示出了喷嘴在喷孔的区域中的非常简化的纵截面图。
【具体实施方式】
[0039]按照图1，内燃机1(其尤其可以应用与机动车中，亦即不仅可以应用于载货车中而且可以应用于轿车中)包括至少一个气缸2以及每个气缸2—个的未进一步示出的喷射器的喷嘴3。在图1中仅在这样的气缸2的区域中示出内燃机I。原则上内燃机I也可以具有一个以上的气缸2。相应的气缸2构成在曲轴箱4中，在曲轴箱上以通常的方式设有气缸盖5。
[0040]在相应的气缸2中，燃烧室6在侧面由气缸壁7界定，而轴向地在一侧由气缸盖5界定，而轴向地在另一侧由在气缸2中可行程调节的活塞8界定。圆柱形的气缸壁7界定气缸2的纵向中轴线9。喷嘴3在示例中与气缸盖5中的燃烧室6同轴地布置。
[0041]与图1和图2相对应地，活塞8设计为级式活塞。这样的级式活塞8具有关于纵向中轴线9环形环绕的活塞级10、关于纵向中轴线9环形环绕的活塞顶11以及关于纵向中轴线9同轴地布置的活塞凹坑12。在此，活塞级10相对于活塞顶11轴向地深入构成在活塞8中。活塞凹坑12相对于活塞级10轴向地深入构成在活塞8中。活塞级10的横截面有角地构成并且在轴向上具有环绕的级壁13，其通过凹形弯曲的过渡壁14过渡到一个径向平的级底部15。级壁13过渡到平的活塞顶11。一个倒圆的棱边区域(在下文中称为分束轮廓16)邻接到级底部15上，所述分束轮廓过渡到位置更深的活塞凹坑12中。级壁
13、过渡壁14、级底部15以及分束轮廓16都关于纵向中轴线9环形地、尤其是圆形地进行环绕设计。
[0042]此外，活塞8具有活塞锥形部17，其同轴且同心地成型在活塞凹坑12内。活塞锥形部17具有锥角18并且沿朝气缸盖5的方向逐渐变细。锥尖19相对于活塞顶11深入地布置在活塞8中。在实施例中，活塞顶11在一个垂直于纵向中轴线9走向的平面中延伸。而且活塞级10沿着其基本的区域在一个平面中延伸，该平面垂直于纵向中轴线9。
[0043]在按照图1的实施例中，分束轮廓16径向向内指地略微突出活塞凹坑12的径向外部的外壁20。由此，活塞凹坑12具有相对于分束轮廓16的侧凹部21。
[0044]分束轮廓16以一个倒圆的、环形环绕的突出部的形式构成在级底部15与活塞凹坑12的外壁20之间。如果不设有侧凹部21，那么分束轮廓16也可以构成为在级底部15与活塞凹坑12的外壁20之间的、倒圆的环形环绕的基本上具有直角横截面的棱边。
[0045]如图1所示，喷嘴3这样设计，使得喷嘴同时可以产生多个喷束22，这些喷束星形地关于纵向中轴线9由喷嘴3基本上径向地传播到燃烧室6中。重要的是，喷束22以越来越大的径向间隔与纵向中轴线9同轴地传播。相应的喷束22沿着斜的纵向中轴线23出现，该纵向中轴线23界定了相应的喷束22的传播方向。喷束22的整体具有锥形轮廓，其具有喷束锥角24。各个喷束22分别呈棒形地在燃烧室6中传播。相应的棒形轮廓在图1中以附图标记25表示。出于以下的考虑，将各个喷束22以及由此产生的另外的束或分量简化示出为箭头。清楚的是，喷束22以及由喷束22分离的各个分量分别代表传播的燃料云或由燃烧空气和燃料组成的云，其可以至少在其外侧已经与燃烧室6的氧气反应并且由此形成火焰正面或燃烧的燃料-空气混合物。此外清楚的是，喷束22基本上沿其纵向中轴线23首先以尽可能液体的形式携带燃料并且仅在其边缘处与燃烧室6中的燃烧空气形成空气-燃料混合物，其中液体燃料在燃烧过程的进行中进一步汽化并且与燃烧空气混合。
[0046]以下尤其参照图3和图4进一步阐明按照本发明的燃烧方法，该燃烧方法以自燃的方式、尤其以柴油燃料或类似物进行工作。为了准备燃烧过程，在相应的气缸2中以常规方式实现装载物交换，从而在相应的燃烧室6中随后存在由新鲜空气组成的装载物或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物。此外，由在燃烧室6中新鲜空气或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物被施加旋流26，其在图4a至图4c中通过方块箭头标明。由此，涡旋26或旋流与装载物绕纵向中轴线9的旋转相对应，也就是与沿圆周方向的流动相对应。此夕卜，在燃烧室6中装载物的各个流的所有流动或重要的方向矢量以方块箭头标明。此外，喷射的燃料、也就是喷束22以及由此分离的分量通过单箭头表示。这些箭头表示重要的方向矢量。
[0047]如图1中所示，活塞8在压缩冲程中最大程度地接近气缸盖5，由此轴向地在活塞顶11和与活塞顶11轴向对置的气缸盖5的环形区域27之间产生挤压缝隙28，其具有径向测量的挤压缝隙长度29和轴承测量的挤压缝隙高度30。在此，挤压缝隙长度29基本上与气缸壁7和级壁13之间的径向间隔相当。在此，挤压缝隙高度30与在环形区域27与在活塞8的上死点中的活塞顶11之间的轴向间隔相当。
[0048]在上止点的区域中，活塞8以其朝气缸盖5的移动产生本身已知的挤压缝隙流31，其在图3a至图3c中通过方块箭头标明。挤压缝隙流31基本上径向沿纵向中轴线9的方向定向。清楚的是，在活塞8从气缸盖5移离的情况下不会产生挤压缝隙流31。然而，基于在燃烧室6中的装载物或在燃烧室6中装载物的部分的惯性(其由挤压缝隙流31施加)在向下走向的活塞8的情况下在压缩冲程中形成的挤压缝隙流31继续存在并且至少直至喷射的结束是有效的。
[0049]根据图3a和图4a，喷嘴3对于在自燃运行中的一个燃烧过程同时产生多个喷束22，这些喷束星形地传播到燃烧室6中。在此，喷束22关于喷束锥角24与在喷射时刻的活塞8的位置相协调，这样使得喷束22偏心地、也就是朝活塞凹坑12的侧凹部21或外壁20偏移地非直接地碰撞到分束轮廓16上，从而使喷束22处于外壁20与分束轮廓16之间的区域中。在图1中这通过在喷束22碰撞到分束轮廓16上的开始时喷束22的纵向中轴线23清楚地示出。在该时刻，在燃烧室6中存在旋流26、挤压缝隙流31和束流32。束流32是装载物的流，其通过环绕喷束22的燃烧空气的吸入产生。束流32通过在喷束22与气缸盖5之间的方块箭头表示并且具有显著的方向矢量，其基本上与喷束22的纵向中轴线23平行地延伸。旋流26具有一个显著的方向矢量，其与纵向中轴线9或与活塞8相切地定向，通过其方块箭头表示。挤压缝隙流31具有一个显著的方向矢量，其横向于纵向中轴线9的方向延伸，通过其方块箭头表示。
[0050]按照图3b和图4b，碰撞到分束轮廓16上的喷束22在喷射的进一步的过程中被分为第一分量33、第二分量34和第三分量35。在此,活塞8进一步远尚气缸盖5或喷嘴3，从而使喷束22在其碰撞到分束轮廓16上时朝分束轮廓16的中间的方向或朝级底部15移动。在此，第一分量33进入到活塞凹坑12中。第二分量34通过活塞级10向上朝气缸壁?和气缸盖5或气缸盖5的环形区域27的方向流到活塞顶11上。第三分量35在活塞级10中从喷束22的纵向中轴线23出发相互相反地在活塞级10中沿着流动。第三分量35在碰撞到级壁13时由喷束22分开地向左和向右流出。在图3b至图3c中，第三分量35的基本的方向矢量通过大的点示出并且旋流26的基本的方向矢量通过具有在中间的点的圆示出。在此，在图4b和图4c中，为清晰起见没有示出第一分量33。第一分量33形成在燃烧室6中的第一基本的火焰正面。第二分量34形成在燃烧室6中的第二基本的火焰正面。在此与喷束22分离的燃料基本上与燃烧室6中的燃烧空气混合并且点燃。
[0051]按照图4c，当前在进一步的燃烧过程中在活塞级10内的两个沿圆周方向相邻的喷束22，亦即一个喷束22的第三分量35和相邻的喷束22的第三分量35沿圆周方向相互碰撞并且合并为一个第三燃烧锋面36，其径向从活塞级10的级壁13离开、径向向内传播到间隙37中，该间隙沿圆周方向构成在各两个相邻的喷束22之间。在燃烧室6中，两个相邻的喷束22的合并的分量35构成第三基本的火焰正面。
[0052]由此，在燃烧室6中总地来说存在三个基本的在空间上传播的火焰正面，从而该燃烧方法可以合乎逻辑地称为3正面燃烧方法。
[0053]为了稳定地构成第三燃烧锋面36重要的是，第三分量35具有足够的燃料量以及对于足够高的冲量的高速度。这通过喷束22的按照本发明的由相对于气缸盖5移离的活塞8的再偏转进行支持。通过再偏转，该通过喷束22引入到燃烧室6中的燃料继续这样碰撞到分束轮廓16上，即使得燃料可以针对形成三个分量33、34、35最优地得到分配。按照本发明，由旋流26、挤压缝隙流31以及束流32的相应基本方向矢量获得所产生的流38。所产生的流38具有至少一个基本的方向矢量或基本的流分量，其构成在喷束22与气缸盖5之间的区域中，在图3b和3c中通过方块箭头38表示。所产生的流38按照图3b和图3c在分束轮廓16的上游当前正好到达相应的喷束22并且朝活塞8的方向将其偏转。由此，喷束22可以关于其碰撞到分束轮廓16在一定程度上通过所产生的流38再偏转地跟随活塞8的移动，该活塞已经处于在其膨胀行程中并且因此总是进一步远离气缸盖5。喷束21朝活塞8的方向在此实现的流动动态的跟踪或偏转在此总是在喷束22首次碰撞到分束轮廓16上之后的正确的时间实现。
[0054] 为了阐明不同的流26、31和32以及由此生成的所产生的流38或在图3b和图3c中示出的基本的方向矢量，在图3b中通过方块箭头的表示示出了所有流26、31、32和38。为清晰起见，在图3c中仅描绘了本发明重要的所产生的流38而在图4c中没有示出流。所产生的流38促成了，喷束22跟随从气缸盖5或喷嘴3远离的活塞8得到偏转，其方法是喷束22借助于引起的流38在分束轮廓16的上游朝活塞8的方向得到偏转或弯曲。在图3b和图3c中，出于清晰通过流拐点39分别表示喷束22的连续的弯曲。
[0055]应该强调的是，3正面燃烧方法确保了燃烧过程，其中直至喷射的结束可以给三个燃烧锋面33、34、36连续地供以燃料或由燃料和在燃烧室6中的装载物的混合物。在此，首先构成第一燃烧锋面33和第二燃烧锋面34，紧接着构成第三燃烧锋面36。在该连续过程的时间顺序上，喷束22涂抹分束轮廓16，直至最后喷束22或多或少地正好朝级底部15的方向碰撞到分束轮廓16或碰撞到级底部15。在该过程中构成所产生的流38，其将喷束22的纵向中轴线23进一步强迫到分束轮廓16的区域中，从而使喷束22的纵向中轴线23不可以涂抹级壁13或者甚至可以到达活塞顶11，由此第二分量或燃烧锋面34保持相对小并且不显著地接触气缸壁7并且可以为第三分量35提供足够大的燃料量。
[0056]在图3a至图3c和图4a至图4c中所阐明的喷束22碰撞到活塞8上并且喷束22分为其三个分量33、34、35,适用于具有相应长的喷射持续时间的大的喷射量，当然与喷射压力和喷射开始有关。如果喷射量小于例如在内燃机的满负荷运行中的喷射量，那么通常喷射的持续时间也相应地更短。在此可能发生的是，喷束22在喷射结束之前仅仅部分地涂抹分束轮廓16，如图3b所示。在此，按照本发明所产生的流38也作用于这样的喷束22，尽管该喷束在其喷射持续时间的结束处没有与活塞级10偏移地碰撞在分束轮廓16上。即便如此，第三燃烧锋面36的产生仍可以如图4c所示地也实现，这是因为喷束22具有棒形轮廓25，也就是说具有棒形轮廓25的棒形的混合云包围喷束22的纵向中轴线23并且该混合云在分束轮廓16上分为第一分量33 (其流入到活塞凹坑12中)和第二分量34和第三分量35，它们朝活塞级10的方向流动。
[0057]活塞凹坑12在分束轮廓16之下具有在外壁20的区域中的侧凹部21。通过基本上径向成型的侧凹部21，相应的喷束22的进入到活塞凹坑12中的第一分量33在侧凹部21的区域中得到转向，从而使第一分量33横向于纵向中轴线9的方向离开侧凹部21。这导致第一分量33的至少基本上与活塞锥形部17平行的传播。在此，也可以导致第一分量33从活塞锥形部17容易地脱离，因为在燃烧室6中可能会出现具有显著方向矢量(其基本上与纵向中轴线9平行地朝气缸盖5的方向定向)的纵向流40并且朝气缸盖5的方向偏转第一分量33。在图3b和图3c中，纵向流40以方块箭头表示。在图3b和图3c中，第一燃烧锋面33的脱离以远离活塞锥形部17的箭头表示。由此，可以有利地显著减小第一分量33与活塞锥形部17的接触，从而不可以通过与活塞8在活塞锥形部17的区域中的接触将热量从第一分量33抽走并且可以实现与位于在燃烧室6中的装载物的改善的混匀，这重新在整体上来说改善了燃烧的效率。
[0058]为了实现本申请所提出的3正面燃烧方法，其具有在时间上针对活塞8的位置设定的适合的相应喷束22的偏转，已经证实为特别有利的是，相应的喷嘴3具有七个至十二个、优选十个至十二个、尤其是十个喷孔41，在图5中示例性地示出其中之一。因此，相应的喷嘴3可以产生七个至十二个或十个至十二个、优选正好十个喷束22。
[0059]在此，喷嘴3的喷孔41在此关于纵向中轴线9这样定向，即使得例如喷束锥角24可以处于从大约140°至大约160°的角度范围中。然而，喷束锥角优选为152° ±1°。
[0060]旋流26有利地在一个iTheta范围中移动，该范围从大约0.3至4.5并且优选从大约0.8至2.5延伸。该旋流数iTheta可以以已知的方式例如借助于根据Tippelmann的整流器-旋流测量方法确定。
[0061]在此，典型的旋流生成方式是入口通道的布置和定向以及入口的设计方案。同样可以设置入口阀的阀座用以产生旋流。此外已知的是，在入口通道中设有旋流节气门。用于旋流产生的可能性是足够已知的并且不再详细讨论。
[0062]挤压缝隙28可以有利地具有挤压缝隙高度30，其可以处于图2中以42表示的活塞直径的大约0.3%至大约2.5%的范围中。优选地，缝隙高度30处于活塞直径42的大约
0.5%至大约1.2%的范围中。缝隙长度29有利地处于活塞直径42的大约6%至大约22%的范围中并且优选处于活塞直径42的大约9%至大约14%的范围中。
[0063]按照图5，相应的喷孔41具有孔长度43和孔直径44。孔长度43与孔直径44的处于大约3.0至大约11.0的范围中并且优选位于在大约4.0至大约8.0的范围中的比例已经证实为特别有利的。
[0064]在图5示出的例子中，相应的喷孔41这样锥形地设计，即使得该喷孔从入口侧45至出口侧46逐渐变细。相应地，孔直径44沿着孔长度43变化。尤其在入口侧45，如果必要在倒圆部47的下游的孔直径44可以比在出口侧46的孔直径44大大约2 %至大约25 %、优选大约5%至大约15%。
[0065]图5中所示的喷孔41在其入口侧45上具有倒圆部47，其例如可以液压冲蚀地制造。
[0066]相应的喷孔41的纵向中轴线48界定喷束22的纵向中轴线23并且与气缸2的纵向中轴线9成一个角49，其等于喷束锥角24的一半。
[0067]在此提出的自燃的燃烧方法规定用于直喷式内燃机。该方法优选地可以在柴油发动机中实现。原则上，如果汽油发动机以直喷方式工作，那么也可以考虑将在此提出的自燃燃烧方法在汽油发动机中实现。
【权利要求】
1.一种用于直喷式内燃机(I)的自燃式燃烧方法， -其中内燃机(I)具有至少一个气缸(2)，所述气缸的燃烧室(6)在侧面由气缸壁(7)界定、沿轴向一方面由气缸盖(5)界定、沿轴向另一方面由能在气缸(2)中进行冲程运动的活塞⑶界定， -其中活塞(8)具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶(11)沿轴向深入布置在所述活塞(8)中的活塞级(10)，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓(16)过渡到相对活塞级(10)沿轴向深入布置在所述活塞(8)中的活塞凹坑(12)中； -其中相应的气缸(2)配设有喷嘴(3)，所述喷嘴布置在气缸盖(5)中； -其中对于自燃运行中的燃烧过程借助于喷嘴(3)同时将多个喷束(22)星形地喷射到燃烧室(6)中； -其中，喷束(22)在分束轮廓(16)处被分成第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)； -其中，所述第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)起在两侧沿周向以 相反的方向沿活塞级(10)传播，在两个相邻的喷束(22)之间相应的第三分量(35)在活塞级(10)内彼此相遇并且沿径向向内偏转； -其中，第一分量(33)和第二分量(34)构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，相应的一起向内偏转的分量(35)构成沿径向向内进入到在喷束(22)之间的间隙(37)中的第三燃烧锋面(36)， 其特征在于，借助于主要由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，使喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游朝活塞(8)的方向偏转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷束(22)首先不居中地、亦即朝活塞凹坑(12)偏移地到达分束轮廓(16)，在喷射过程中扫过分束轮廓(16)的中央并且最后朝活塞级(12)偏移地撞到分束轮廓(16)上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷束(22)首先不居中地、亦即朝活塞凹坑(12)偏移地到达分束轮廓(16)，随后在喷射过程中撞到分束轮廓(16)上。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，借助于相应的喷嘴(3)同时产生七个至十二个、优选十个至十二个喷束(22)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，相应的喷束(22)在最大40°曲轴角的喷射持续时间中被引入。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，喷束(22)以处于大约140°至大约160°的角度范围并且优选处于152° ±1°的角度范围中的喷束锥角(24)喷射。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，喷束锥角(24)基本上与活塞(8)同轴地展开。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述喷束(22)被以500巴至2800巴的喷射压力引入到燃烧室(6)中。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，第一分量(33)在所设置的活塞凹坑(12)侦彳凹部(21)中被偏转。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述侧凹部(21)达到活塞直径(42)的3%。
11.一种内燃机，特别是用于机动车的内燃机，适用于实施按照权利要求1至10之一所述的燃烧方法， -具有至少一个气缸(2)，所述气缸的燃烧室(6)在侧面由气缸壁(7)界定、沿轴向一方面由气缸盖(5)界定而沿轴向另一方面由能在气缸(2)中进行冲程运动的活塞(8)界定; -每个气缸(2)都具有喷嘴(3)，所述喷嘴布置在气缸盖(5)中； -其中，活塞(8)具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶(11)沿轴向深入布置在活塞(8)中的活塞级(10)，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓(16)过渡到相对于活塞级(10)沿轴向深入布置在活塞(8)中的活塞凹坑(12)； -其中，相应的 喷嘴(3)对于自燃运行中的燃烧过程同时将多个喷束(22)星形地喷射到燃烧室(6)中； -其中，所述喷束(22)在分束轮廓(16)处被分成第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)； -其中，第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由所活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)起在两侧沿周向以相反的方向沿活塞级(10)传播传播，在两个相邻的喷束(22)之间相应的第三分量(35)在活塞级(10)内彼此相遇并且沿径向向内偏转； -其中，所述第一分量(33)和所述第二分量(34)分别构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，相应的一起向内偏转的分量(35)构成沿径向向内进入到在所述喷束(22)之间的间隙(37)中的第三燃烧锋面(36)， 其特征在于，借助于主要由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游被朝活塞(8)的方向偏转。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其特征在于，旋流(26)具有最大4.5的旋流数。
13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，旋流(26)是能根据运行条件来改变的。
14.根据权利要求11至13之一所述的内燃机，其特征在于，在相应的气缸(2)中在活塞(8)的上止点中沿轴向在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间存在挤压缝隙(28)，其轴向高度(30)处于活塞直径(42)的大约0.2%至大约3.0%的范围中、优选处于活塞直径(42)的大约0.4%至大约1.2%的范围中，和/或其径向长度(29)处于活塞直径(42)的大约6%至大约22%的范围中、优选处于活塞直径(42)的大约9%至大约14%的范围中。
15.根据权利要求11至14之一所述的内燃机，其特征在于，活塞级具有活塞直径(42)的大约4%至大约20%的径向尺寸以及活塞直径(42)的大约2.5%至7%的轴向高度。
16.根据权利要求11至15之一所述的内燃机，其特征在于，相应的喷嘴(3)为了产生喷束(22)而具有多个喷孔(41);其中喷孔(41)分别具有孔长(43)与孔直径(44)的比例，所述比例处于大约3至大约11、优选在大约4至大约8的范围中。
17.根据权利要求11至16之一所述的内燃机，其特征在于，喷孔(41)在入口侧(45)上具有倒圆部(47)，其中借助于倒圆部(47)实现的流量提高处于大约5%至大约25%的范围中、优选处于大约10%至大约20%的范围中。
18.根据权利要求16至17之一所述的内燃机，其特征在于，喷孔(41)锥形地构成并且从入口侧(45)至出口侧(46)逐渐变细。
19. 根据权利要求18所述的内燃机，其特征在于，在入口侧(45)上的孔直径(44)，如果必要在倒圆部(47)的下游比在所述出口侧(46)的孔直径(44)大大约2%至大约25%、优选大约5%至大约15%。
20.根据权利要求11至19之一所述的内燃机，其特征在于，活塞设有活塞锥形部(17)，该活塞锥形部同轴并且居中地位于活塞凹坑中，并具有锥角(18)，该锥角位于大约124° ±10°、特别是在大约124° ±5°的范围中。
【文档编号】F02B23/06GK103958849SQ201280057646
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月27日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】H·策勒, N·赛杜科 申请人:戴姆勒股份公司
【专利摘要】一种用于直喷式内燃机的自燃式燃烧方法，其中喷束(22)在分束轮廓(16)上分别分为第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)；其中,第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的一个区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)开始在两侧在圆周方向上以相反的方向沿活塞级(10)传播,并且相应的第三分量(35)在活塞级(10)内的两个相邻的喷束(22)之间相互碰撞并且被径向向内偏转；其中，第一分量(33)和第二分量(34)构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，并且分别共同地向内偏转的分量(35)构成第三燃烧锋面(36)径向向内进入到在喷束(22)之间的间隙(37)中，其中，借助于基本上由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游被朝活塞(8)的方向偏转。
【专利说明】燃烧方法以及内燃机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的具有用于直喷式内燃机的自燃的燃烧方法。此外，本发明还涉及一种具有权利要求11前序部分所述特征的尤其用于机动车的内燃机，用以实施这样的燃烧方法。
【背景技术】
[0002]由文献DE 10 2006 020 642 Al已知一种用于实现这样的燃烧方法的自燃/压燃的内燃机。为此，该内燃机具有至少一个气缸，其燃烧室在侧面由气缸壁界定、轴向地在一侧由气缸盖界定而轴向地在另一侧由在所述气缸中可行程调节的活塞界定。气缸壁界定气缸的纵中轴线。此外，内燃机的每个气缸包括一个喷嘴，其与燃烧室同轴地或与气缸盖中的纵中轴线基本上同轴地布置。在此，相应的活塞设计为级式活塞，所述活塞具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶轴向地深入布置在所述活塞中的活塞级，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓过渡到相对于活塞级轴向地深入布置在所述活塞中的活塞凹坑。相应的喷嘴这样设计，即使得该喷嘴对于一个燃烧过程同时地可以将多个喷束星形地喷射到燃烧室中。在已知的燃烧方法中，喷束在所述分束轮廓上被分别分为第一分量以及第二分量，所述第一分量基本上进入到所述活塞凹坑中，所述第二分量基本上通过所述活塞级朝活塞壁和气缸盖的方向传播到活塞顶上。通过所述第一分量和所述第二分量分别形成第一和第二燃烧锋面。此外，相应的喷束在碰到活塞级中的分束轮廓之后分别分为第三分量，所述第三分量从相应的喷束开始基本上在两侧在圆周方向上以相反的方向沿所述活塞级传播。在燃烧方法的进一步过程中，在圆周方向上相应的第三分量分别在活塞级内的两个相邻的喷束之间相互碰撞并且被径向向内偏转。该第三分量的构成和引导通过喷束碰撞到分束轮廓和活塞级上产生。由于离开活塞级的第三分量而形成第三燃烧锋面，其基本上径向传播到在圆周方向上构成在两个相邻的喷束之间的间隙中。这样的燃烧方法也可以称为“3正面燃烧方法”，这是因为在燃烧室中分别对于每个喷束在空间上基本上有三个燃烧或火焰正面传播。
[0003]因为燃烧锋面有效地利用了燃烧室中可用的空间，所以通过已知的燃烧方法将燃烧室中可用的新鲜气体或新鲜气体-废气-混合物利用到一个高的程度，这尤其大幅降低了在燃烧过程期间的碳烟的形成。此外，通过相对于两个第一燃烧锋面在时间上延迟地燃烧的第三燃烧锋面降低了局部峰值温度，从而降低了氮氧化物的形成。
[0004]为了构成第三燃烧锋面，在活塞级中的相邻的喷束的第三分量以大的冲量相互碰撞。第三分量的冲量由第三分量的质量与其速度的乘积得出。如果第三分量的冲量足够大，那么第三分量在其在活塞级中的相互碰撞中从由活塞级撑开或打开的空间偏转到燃烧室中。在此，相应的共同偏转的第三分量可以构成第三燃烧锋面，该第三燃烧锋面基本上沿纵向中轴线的方向在相应的喷束之间定向。有利地借助于第三燃烧锋面在燃烧室中产生高的旋流，从而使得对于导回到燃烧室中的废气的相容性上升，由此可以借助于在燃烧室中提高的AGR-份额进一步降低氮氧化物排放。然而在已知的燃烧方法中仅可以提供小的时间窗口或仅可以提供小的曲轴角，以便将在分束轮廓上的喷束分为最优大小的三个分量，从而仅在小的负荷和转数范围中存在用于形成第三燃烧锋面的最优的条件，由此相对于传统的柴油燃烧尤其不可以以期望的程度降低碳烟排放。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，对于自燃的燃烧方法或对于为此适合的内燃机提出改进的实施形式，该实施形式的突出之处尤其在于将引入的燃料改进地分为三个分量。由此可能的是，可以比迄今更长时间地在活塞向下移动的情况下保持燃烧方法。
[0006]该技术问题在本发明中尤其通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施形式是从属权利要求的主题。
[0007]本发明所基于的一般构思在于，喷束在位于分束轮廓的射束上游的区域中被朝活塞的方向偏转。通过该措施可以将喷束在开始的膨胀行程期间朝着与气缸盖远离的活塞偏转。因此，即便在活塞远离气缸盖时，喷束也能碰撞到分束轮廓上或在分束轮廓的区域中碰撞到活塞上，以便继续地将相应的喷束分为三个分量。由此可以为相应的喷束的最优分配提供更大的时间段或扩大的曲轴角。通过喷射持续时间、喷射压力以及喷射定时、尤其是喷射开始的变化可以在扩大的综合特性曲线范围中可复制地产生具有足够大燃料量和燃料速度并因此足够大的在第三分量内的固有冲量的第三分量，从而使第三燃烧锋面可以构成在两个相邻的喷束之间的间隙中并且因此优化地利用在燃烧室中在空间上分散的燃烧空气或燃烧空气-废气-混合物，由此可以特别是降低碳烟排放。此外，通过按照本发明的喷束的再偏转至少大幅降低以第二分量的燃料润湿气缸壁，这是因为喷束基本上到达分束轮廓或活塞的相邻的区域并且没有涂抹过活塞顶并且直接碰撞到气缸壁上。除此之外，借助于活塞级将第三分量与相应的喷束分离，从而为第二分量提供少量的燃料，由此第二分量固有的脉冲更小，并且由此降低了第二分量的进入深度。此外，第二分量在活塞级中朝气缸盖的轴向偏转导致第二分量在气缸盖与活塞之间的堵塞，从而减少了通过喷射后续流入的燃料进到第二燃烧锋面中，由此限制了第二分量或第二燃烧锋面的径向传播。有利地可以借助于所述两个效应使第二燃烧锋面与相对冷的气缸或气缸壁的接触的最小化,从而大幅降低在第二燃烧锋面与气缸壁之间不期望的热传递，由此可以阻止由第二燃烧锋面在相对冷的气缸壁上碳烟的形成。除此之外，可以减少气缸壁的油的洗涤以及碳烟进入到发动机油中。
[0008]按照本发明，借助于由挤压缝隙流、旋流以及束流形成所产生的流，其流动向量包括至少一个基本的分量，其构成为在活塞凹坑之上与气缸的纵向中轴线同轴地朝活塞凹坑的方向。在此，挤压缝隙流构成在活塞顶与气缸盖之间并且基本上从气缸壁朝向气缸中部的方向指向。燃烧空气的旋流或漩涡基本上绕气缸的纵向中轴线流动。束流在喷束在燃烧室中传播的过程中形成，其中环绕喷束的燃烧空气沿喷束的方向被一起吸入。所产生的流碰到在活塞凹坑上的喷束，朝分束轮廓径向向下地偏移，也就是在所述分束轮廓的射束上游朝活塞的方向偏转所述喷束。
[0009]按照一个有利的实施形式喷射所述喷束，使所述喷束首先偏心地、亦即朝所述活塞凹坑偏移地到达所述分束轮廓，在喷射过程中涂抹所述分束轮廓的中间并且最后朝所述活塞凹坑偏移地碰撞到所述分束轮廓。换言之，传播的喷束首先不到达分束轮廓，而是仅在喷射的继续进行中朝活塞级偏移地到达分束轮廓，从而使所喷射的燃料量可以最优地分为第一分量、第二分量以及第三分量，由此尤其是第三分量可以获得足够高的冲量并且在相互碰撞中构成为燃烧锋面。这没有随着从气缸盖移离的活塞的膨胀行程而变化，而是喷束按照本发明的、朝活塞的方向基本上偏心，相对于活塞级偏移的偏转得以保留，由此尽可能大的燃料量以高速进入到活塞级并且在第三分量中沿在活塞级中的圆周方向传播。
[0010]按照一个有利的实施形式这样喷射所述喷束，S卩，所述喷束首先偏心地、亦即朝所述活塞凹坑偏移地到达所述分束轮廓，并且随后在喷射过程中在向下移动的活塞的情况下碰撞到所述分束轮廓。这适用于取决于喷射压力具有短的喷射持续时间的喷射量，从而使喷束在其喷射持续时间的结束处碰撞到分束轮廓。在喷射量较小的情况下，按照本发明所产生的流有利地也作用于喷束，由此喷射的燃料量可以继续最优地分为第一分量、第二分量以及第三分量。
[0011]按照另一有利的实施形式，借助于相应的喷嘴可以同时产生7至12个、优选10个至12个、尤其是10个喷束。通过所述数量的喷束在喷束之间获得了小的角度，从而在活塞级上相向移动的相邻的级束必须在活塞级中经过比较短的路段，由此第三分量少量地丢失速度并且以特别高的冲量碰撞并且可以特别有效地构成第三燃烧锋面。
[0012]一种实施形式是尤其有利的，其中所述相应的喷束在喷射持续时间期间以最大40°的曲轴角被引入。由此可以实现特别稳定的燃烧，这是因为由此可以特别可靠地实现三个上述火焰正面。
[0013]根据另一有利的实施形式，所述喷束可以例如以一个喷束锥角喷射，所述喷束锥角处于大约140°至大约160°的角度范围内，并且优选为大约152°。
[0014]特别有利的是，所述喷束锥角基本上与所述气缸的纵向中轴线同轴地延展，从而使喷束分别在相同的高度上碰到分束轮廓，由此第三燃烧锋面可以相互均匀地在燃烧室中传播。
[0015]在另一有利的实施形式中，所述喷束以500巴至2800巴的喷射压力被引入到所述燃烧室中。有利地，喷束在喷射到燃烧室中时具有高的速度，从而使喷束拥有高的冲量，由此使第三燃烧锋面的形成变得容易。
[0016]在一个特别有利的实施方案中，所述第一分量在所述活塞凹坑的侧凹部中被偏转。由此，分束轮廓径向向内突出活塞凹坑的位于在外部的壁。相应的喷束的第一分量或第一燃烧锋面从分束轮廓开始通过该侧凹部朝活塞中间的方向流动。有利地，第一分量在侧凹部到活塞凹坑底部的过渡处或活塞锥形部上由于经优化的偏转以基本上的切线的方式沿纵向中轴线的方向离开侧凹部，从而在活塞凹坑中的燃烧空气中产生了第一分量的经优化的分配，由此可以提高燃烧的效率并且进一步降低排放。
[0017]在该侧凹部的一个特别的实施方案中，所述侧凹部(的侧凹量)可达到活塞直径的3%。
[0018]通过入口开口和/或入口通道的相应的布置和/或定向和/或通过在入口阀的阀座的区域中相应地确定轮廓可以在燃烧室中的燃烧空气内生成旋流。还已知的是，借助于在入口通道中的旋流节气门或旋流节气门与上述装置的组合产生旋流。借助于燃烧空气的旋流可以形成所产生的流，其将喷束朝活塞的方向再偏转。此外，尤其改善了燃烧空气与导回的废气的混匀，这是因为在气缸中的装载物借助于旋流绕纵向中轴线移动。[0019]为了在燃烧室中在装载物交换之后产生施加旋流的、由新鲜空气或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物，内燃机可以设有适合的旋流产生机构。这样的旋流产生机构例如是前述的措施。
[0020]装载物中的旋流可以例如以最大为4.5的iTheta产生。在此，尤其可以在载货车发动机中，相对较小的0.3至2.5的旋流就足以产生期望的所产生的流。在冲程空间较小的发动机中主要目标是直至4.5的较高的旋流。
[0021]在一个特别的实施形式中，旋流可以是可变的。由此，旋流可以有利地匹配于运行条件，从而可以获得关于喷束的再偏转的进一步的自由度，由此喷束的发明性的再偏转在一个扩大的综合特性曲线范围中可用于再偏转的稳定化。在冲程空间较小的发动机中，例如可以在部分负荷中提升旋流而在满负荷中降低旋流。
[0022]根据另一有利的实施形式，(如所提及的那样)在相应的气缸中在所述活塞的上止点中轴向地在所述活塞顶与所述气缸盖之间可以存在挤压缝隙，该挤压缝隙在所述活塞的上止点中轴向地在所述活塞顶与所述气缸盖之间具有的轴向高度处于活塞直径的大约
0.2%至大约3.0 %的范围中、优选处于活塞直径的大约0.4%至大约1.2%的范围中，和/或其径向长度处于活塞直径的大约6%至大约22%的范围中、优选处于活塞直径的大约9%至大约14%的范围中。该挤压缝隙的尺寸已经证实为尤其有利于产生挤压缝隙流，其适用于生成所产生的流。
[0023]在另一有利的实施形式中，所述活塞级具有所述活塞直径的大约4%至大约20%的径向扩展以及所述活塞直径的大约2.5%至7%的轴向高度。已经证实，在活塞级的该实施方案中可以尤其有效地形成燃烧锋面。
[0024]在另一有利的实施形式中，用于产生所述喷束的喷嘴的喷孔具有处于在大约3至大约11、优选在大约4至大约8的范围中的、孔长与孔直径的比例。
[0025]在另一有利的实施形式中，所述喷孔在背向燃烧室的入口侧上具有倒圆部。借助于所述倒圆部、特别是通过液压冲蚀产生的倒圆部实现在5%至25%的范围中、优选在10%至20%的范围中的流量提高。
[0026]在另一实施形式中，所述喷孔锥形地构成并且从入口侧至出口侧逐渐变细。
[0027]在锥形喷孔的一个特别的实施形式中，在所述入口侧上，必要时在倒圆部的下游的孔直径构成为比在所述出口侧的孔直径大大约2%至大约25%的范围、优选大约5%至大约15%的范围。
[0028]有利地可以借助于锥形的喷孔产生具有大的传播速度的拉长的相对窄的棒形的喷束，从而使喷束在燃烧室中仅少量地扩大，由此具有高冲量的喷束可以碰撞到分束轮廓。
[0029]在另一有利的实施方案中，所述活塞还设有活塞锥形部，其同轴地并且在居中地位于在活塞凹坑中。有利地，该活塞锥形部具有小于喷束的喷射锥角的锥角。例如该锥角可以约为124° ±10°、尤其是约为124° ±5°。活塞锥形部的锥尖(活塞或气缸的纵向中轴线延伸通过该锥尖)关于活塞顶并且优选地也关于活塞级轴向朝活塞偏移地布置，也就是说锥尖相对于活塞顶并且特别是也相对于活塞级轴向深入地布置在活塞中。
[0030]本发明另外的重要的特征和优点由从属权利要求、附图以及根据附图的所属的【专利附图】
【附图说明】得出。
[0031 ] 应理解的是，上述的以及下文还将阐明的特征不仅可以以分别给出的组合而且还可以以其他组合或者可以单独地应用，而不会脱离本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的优选实施例在附图中示出并且在以下的描述中进一步得到阐明，其中相同的附图标记涉及相同或相似或者功能相同的构件。
[0033]其中:
[0034]图1示意性地示出了气缸的区域中内燃机的纵截面图；
[0035]图2示意性地示出了活塞的轴向俯视图；
[0036]图3a、3b、3c示意性地示出了在燃烧方法的不同状态a至c的情况下图1中的活塞的简化的半纵截面图；
[0037]图4a、4b、4c示意性地示出了在燃烧方法的不同状态a至c的情况下图2中的俯视图的一部分；
[0038]图5示意性地示出了喷嘴在喷孔的区域中的非常简化的纵截面图。
【具体实施方式】
[0039]按照图1，内燃机1(其尤其可以应用与机动车中，亦即不仅可以应用于载货车中而且可以应用于轿车中)包括至少一个气缸2以及每个气缸2—个的未进一步示出的喷射器的喷嘴3。在图1中仅在这样的气缸2的区域中示出内燃机I。原则上内燃机I也可以具有一个以上的气缸2。相应的气缸2构成在曲轴箱4中，在曲轴箱上以通常的方式设有气缸盖5。
[0040]在相应的气缸2中，燃烧室6在侧面由气缸壁7界定，而轴向地在一侧由气缸盖5界定，而轴向地在另一侧由在气缸2中可行程调节的活塞8界定。圆柱形的气缸壁7界定气缸2的纵向中轴线9。喷嘴3在示例中与气缸盖5中的燃烧室6同轴地布置。
[0041]与图1和图2相对应地，活塞8设计为级式活塞。这样的级式活塞8具有关于纵向中轴线9环形环绕的活塞级10、关于纵向中轴线9环形环绕的活塞顶11以及关于纵向中轴线9同轴地布置的活塞凹坑12。在此，活塞级10相对于活塞顶11轴向地深入构成在活塞8中。活塞凹坑12相对于活塞级10轴向地深入构成在活塞8中。活塞级10的横截面有角地构成并且在轴向上具有环绕的级壁13，其通过凹形弯曲的过渡壁14过渡到一个径向平的级底部15。级壁13过渡到平的活塞顶11。一个倒圆的棱边区域(在下文中称为分束轮廓16)邻接到级底部15上，所述分束轮廓过渡到位置更深的活塞凹坑12中。级壁
13、过渡壁14、级底部15以及分束轮廓16都关于纵向中轴线9环形地、尤其是圆形地进行环绕设计。
[0042]此外，活塞8具有活塞锥形部17，其同轴且同心地成型在活塞凹坑12内。活塞锥形部17具有锥角18并且沿朝气缸盖5的方向逐渐变细。锥尖19相对于活塞顶11深入地布置在活塞8中。在实施例中，活塞顶11在一个垂直于纵向中轴线9走向的平面中延伸。而且活塞级10沿着其基本的区域在一个平面中延伸，该平面垂直于纵向中轴线9。
[0043]在按照图1的实施例中，分束轮廓16径向向内指地略微突出活塞凹坑12的径向外部的外壁20。由此，活塞凹坑12具有相对于分束轮廓16的侧凹部21。
[0044]分束轮廓16以一个倒圆的、环形环绕的突出部的形式构成在级底部15与活塞凹坑12的外壁20之间。如果不设有侧凹部21，那么分束轮廓16也可以构成为在级底部15与活塞凹坑12的外壁20之间的、倒圆的环形环绕的基本上具有直角横截面的棱边。
[0045]如图1所示，喷嘴3这样设计，使得喷嘴同时可以产生多个喷束22，这些喷束星形地关于纵向中轴线9由喷嘴3基本上径向地传播到燃烧室6中。重要的是，喷束22以越来越大的径向间隔与纵向中轴线9同轴地传播。相应的喷束22沿着斜的纵向中轴线23出现，该纵向中轴线23界定了相应的喷束22的传播方向。喷束22的整体具有锥形轮廓，其具有喷束锥角24。各个喷束22分别呈棒形地在燃烧室6中传播。相应的棒形轮廓在图1中以附图标记25表示。出于以下的考虑，将各个喷束22以及由此产生的另外的束或分量简化示出为箭头。清楚的是，喷束22以及由喷束22分离的各个分量分别代表传播的燃料云或由燃烧空气和燃料组成的云，其可以至少在其外侧已经与燃烧室6的氧气反应并且由此形成火焰正面或燃烧的燃料-空气混合物。此外清楚的是，喷束22基本上沿其纵向中轴线23首先以尽可能液体的形式携带燃料并且仅在其边缘处与燃烧室6中的燃烧空气形成空气-燃料混合物，其中液体燃料在燃烧过程的进行中进一步汽化并且与燃烧空气混合。
[0046]以下尤其参照图3和图4进一步阐明按照本发明的燃烧方法，该燃烧方法以自燃的方式、尤其以柴油燃料或类似物进行工作。为了准备燃烧过程，在相应的气缸2中以常规方式实现装载物交换，从而在相应的燃烧室6中随后存在由新鲜空气组成的装载物或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物。此外，由在燃烧室6中新鲜空气或由新鲜空气和导回的废气组成的装载物被施加旋流26，其在图4a至图4c中通过方块箭头标明。由此，涡旋26或旋流与装载物绕纵向中轴线9的旋转相对应，也就是与沿圆周方向的流动相对应。此夕卜，在燃烧室6中装载物的各个流的所有流动或重要的方向矢量以方块箭头标明。此外，喷射的燃料、也就是喷束22以及由此分离的分量通过单箭头表示。这些箭头表示重要的方向矢量。
[0047]如图1中所示，活塞8在压缩冲程中最大程度地接近气缸盖5，由此轴向地在活塞顶11和与活塞顶11轴向对置的气缸盖5的环形区域27之间产生挤压缝隙28，其具有径向测量的挤压缝隙长度29和轴承测量的挤压缝隙高度30。在此，挤压缝隙长度29基本上与气缸壁7和级壁13之间的径向间隔相当。在此，挤压缝隙高度30与在环形区域27与在活塞8的上死点中的活塞顶11之间的轴向间隔相当。
[0048]在上止点的区域中，活塞8以其朝气缸盖5的移动产生本身已知的挤压缝隙流31，其在图3a至图3c中通过方块箭头标明。挤压缝隙流31基本上径向沿纵向中轴线9的方向定向。清楚的是，在活塞8从气缸盖5移离的情况下不会产生挤压缝隙流31。然而，基于在燃烧室6中的装载物或在燃烧室6中装载物的部分的惯性(其由挤压缝隙流31施加)在向下走向的活塞8的情况下在压缩冲程中形成的挤压缝隙流31继续存在并且至少直至喷射的结束是有效的。
[0049]根据图3a和图4a，喷嘴3对于在自燃运行中的一个燃烧过程同时产生多个喷束22，这些喷束星形地传播到燃烧室6中。在此，喷束22关于喷束锥角24与在喷射时刻的活塞8的位置相协调，这样使得喷束22偏心地、也就是朝活塞凹坑12的侧凹部21或外壁20偏移地非直接地碰撞到分束轮廓16上，从而使喷束22处于外壁20与分束轮廓16之间的区域中。在图1中这通过在喷束22碰撞到分束轮廓16上的开始时喷束22的纵向中轴线23清楚地示出。在该时刻，在燃烧室6中存在旋流26、挤压缝隙流31和束流32。束流32是装载物的流，其通过环绕喷束22的燃烧空气的吸入产生。束流32通过在喷束22与气缸盖5之间的方块箭头表示并且具有显著的方向矢量，其基本上与喷束22的纵向中轴线23平行地延伸。旋流26具有一个显著的方向矢量，其与纵向中轴线9或与活塞8相切地定向，通过其方块箭头表示。挤压缝隙流31具有一个显著的方向矢量，其横向于纵向中轴线9的方向延伸，通过其方块箭头表示。
[0050]按照图3b和图4b，碰撞到分束轮廓16上的喷束22在喷射的进一步的过程中被分为第一分量33、第二分量34和第三分量35。在此,活塞8进一步远尚气缸盖5或喷嘴3，从而使喷束22在其碰撞到分束轮廓16上时朝分束轮廓16的中间的方向或朝级底部15移动。在此，第一分量33进入到活塞凹坑12中。第二分量34通过活塞级10向上朝气缸壁?和气缸盖5或气缸盖5的环形区域27的方向流到活塞顶11上。第三分量35在活塞级10中从喷束22的纵向中轴线23出发相互相反地在活塞级10中沿着流动。第三分量35在碰撞到级壁13时由喷束22分开地向左和向右流出。在图3b至图3c中，第三分量35的基本的方向矢量通过大的点示出并且旋流26的基本的方向矢量通过具有在中间的点的圆示出。在此，在图4b和图4c中，为清晰起见没有示出第一分量33。第一分量33形成在燃烧室6中的第一基本的火焰正面。第二分量34形成在燃烧室6中的第二基本的火焰正面。在此与喷束22分离的燃料基本上与燃烧室6中的燃烧空气混合并且点燃。
[0051]按照图4c，当前在进一步的燃烧过程中在活塞级10内的两个沿圆周方向相邻的喷束22，亦即一个喷束22的第三分量35和相邻的喷束22的第三分量35沿圆周方向相互碰撞并且合并为一个第三燃烧锋面36，其径向从活塞级10的级壁13离开、径向向内传播到间隙37中，该间隙沿圆周方向构成在各两个相邻的喷束22之间。在燃烧室6中，两个相邻的喷束22的合并的分量35构成第三基本的火焰正面。
[0052]由此，在燃烧室6中总地来说存在三个基本的在空间上传播的火焰正面，从而该燃烧方法可以合乎逻辑地称为3正面燃烧方法。
[0053]为了稳定地构成第三燃烧锋面36重要的是，第三分量35具有足够的燃料量以及对于足够高的冲量的高速度。这通过喷束22的按照本发明的由相对于气缸盖5移离的活塞8的再偏转进行支持。通过再偏转，该通过喷束22引入到燃烧室6中的燃料继续这样碰撞到分束轮廓16上，即使得燃料可以针对形成三个分量33、34、35最优地得到分配。按照本发明，由旋流26、挤压缝隙流31以及束流32的相应基本方向矢量获得所产生的流38。所产生的流38具有至少一个基本的方向矢量或基本的流分量，其构成在喷束22与气缸盖5之间的区域中，在图3b和3c中通过方块箭头38表示。所产生的流38按照图3b和图3c在分束轮廓16的上游当前正好到达相应的喷束22并且朝活塞8的方向将其偏转。由此，喷束22可以关于其碰撞到分束轮廓16在一定程度上通过所产生的流38再偏转地跟随活塞8的移动，该活塞已经处于在其膨胀行程中并且因此总是进一步远离气缸盖5。喷束21朝活塞8的方向在此实现的流动动态的跟踪或偏转在此总是在喷束22首次碰撞到分束轮廓16上之后的正确的时间实现。
[0054] 为了阐明不同的流26、31和32以及由此生成的所产生的流38或在图3b和图3c中示出的基本的方向矢量，在图3b中通过方块箭头的表示示出了所有流26、31、32和38。为清晰起见，在图3c中仅描绘了本发明重要的所产生的流38而在图4c中没有示出流。所产生的流38促成了，喷束22跟随从气缸盖5或喷嘴3远离的活塞8得到偏转，其方法是喷束22借助于引起的流38在分束轮廓16的上游朝活塞8的方向得到偏转或弯曲。在图3b和图3c中，出于清晰通过流拐点39分别表示喷束22的连续的弯曲。
[0055]应该强调的是，3正面燃烧方法确保了燃烧过程，其中直至喷射的结束可以给三个燃烧锋面33、34、36连续地供以燃料或由燃料和在燃烧室6中的装载物的混合物。在此，首先构成第一燃烧锋面33和第二燃烧锋面34，紧接着构成第三燃烧锋面36。在该连续过程的时间顺序上，喷束22涂抹分束轮廓16，直至最后喷束22或多或少地正好朝级底部15的方向碰撞到分束轮廓16或碰撞到级底部15。在该过程中构成所产生的流38，其将喷束22的纵向中轴线23进一步强迫到分束轮廓16的区域中，从而使喷束22的纵向中轴线23不可以涂抹级壁13或者甚至可以到达活塞顶11，由此第二分量或燃烧锋面34保持相对小并且不显著地接触气缸壁7并且可以为第三分量35提供足够大的燃料量。
[0056]在图3a至图3c和图4a至图4c中所阐明的喷束22碰撞到活塞8上并且喷束22分为其三个分量33、34、35,适用于具有相应长的喷射持续时间的大的喷射量，当然与喷射压力和喷射开始有关。如果喷射量小于例如在内燃机的满负荷运行中的喷射量，那么通常喷射的持续时间也相应地更短。在此可能发生的是，喷束22在喷射结束之前仅仅部分地涂抹分束轮廓16，如图3b所示。在此，按照本发明所产生的流38也作用于这样的喷束22，尽管该喷束在其喷射持续时间的结束处没有与活塞级10偏移地碰撞在分束轮廓16上。即便如此，第三燃烧锋面36的产生仍可以如图4c所示地也实现，这是因为喷束22具有棒形轮廓25，也就是说具有棒形轮廓25的棒形的混合云包围喷束22的纵向中轴线23并且该混合云在分束轮廓16上分为第一分量33 (其流入到活塞凹坑12中)和第二分量34和第三分量35，它们朝活塞级10的方向流动。
[0057]活塞凹坑12在分束轮廓16之下具有在外壁20的区域中的侧凹部21。通过基本上径向成型的侧凹部21，相应的喷束22的进入到活塞凹坑12中的第一分量33在侧凹部21的区域中得到转向，从而使第一分量33横向于纵向中轴线9的方向离开侧凹部21。这导致第一分量33的至少基本上与活塞锥形部17平行的传播。在此，也可以导致第一分量33从活塞锥形部17容易地脱离，因为在燃烧室6中可能会出现具有显著方向矢量(其基本上与纵向中轴线9平行地朝气缸盖5的方向定向)的纵向流40并且朝气缸盖5的方向偏转第一分量33。在图3b和图3c中，纵向流40以方块箭头表示。在图3b和图3c中，第一燃烧锋面33的脱离以远离活塞锥形部17的箭头表示。由此，可以有利地显著减小第一分量33与活塞锥形部17的接触，从而不可以通过与活塞8在活塞锥形部17的区域中的接触将热量从第一分量33抽走并且可以实现与位于在燃烧室6中的装载物的改善的混匀，这重新在整体上来说改善了燃烧的效率。
[0058]为了实现本申请所提出的3正面燃烧方法，其具有在时间上针对活塞8的位置设定的适合的相应喷束22的偏转，已经证实为特别有利的是，相应的喷嘴3具有七个至十二个、优选十个至十二个、尤其是十个喷孔41，在图5中示例性地示出其中之一。因此，相应的喷嘴3可以产生七个至十二个或十个至十二个、优选正好十个喷束22。
[0059]在此，喷嘴3的喷孔41在此关于纵向中轴线9这样定向，即使得例如喷束锥角24可以处于从大约140°至大约160°的角度范围中。然而，喷束锥角优选为152° ±1°。
[0060]旋流26有利地在一个iTheta范围中移动，该范围从大约0.3至4.5并且优选从大约0.8至2.5延伸。该旋流数iTheta可以以已知的方式例如借助于根据Tippelmann的整流器-旋流测量方法确定。
[0061]在此，典型的旋流生成方式是入口通道的布置和定向以及入口的设计方案。同样可以设置入口阀的阀座用以产生旋流。此外已知的是，在入口通道中设有旋流节气门。用于旋流产生的可能性是足够已知的并且不再详细讨论。
[0062]挤压缝隙28可以有利地具有挤压缝隙高度30，其可以处于图2中以42表示的活塞直径的大约0.3%至大约2.5%的范围中。优选地，缝隙高度30处于活塞直径42的大约
0.5%至大约1.2%的范围中。缝隙长度29有利地处于活塞直径42的大约6%至大约22%的范围中并且优选处于活塞直径42的大约9%至大约14%的范围中。
[0063]按照图5，相应的喷孔41具有孔长度43和孔直径44。孔长度43与孔直径44的处于大约3.0至大约11.0的范围中并且优选位于在大约4.0至大约8.0的范围中的比例已经证实为特别有利的。
[0064]在图5示出的例子中，相应的喷孔41这样锥形地设计，即使得该喷孔从入口侧45至出口侧46逐渐变细。相应地，孔直径44沿着孔长度43变化。尤其在入口侧45，如果必要在倒圆部47的下游的孔直径44可以比在出口侧46的孔直径44大大约2 %至大约25 %、优选大约5%至大约15%。
[0065]图5中所示的喷孔41在其入口侧45上具有倒圆部47，其例如可以液压冲蚀地制造。
[0066]相应的喷孔41的纵向中轴线48界定喷束22的纵向中轴线23并且与气缸2的纵向中轴线9成一个角49，其等于喷束锥角24的一半。
[0067]在此提出的自燃的燃烧方法规定用于直喷式内燃机。该方法优选地可以在柴油发动机中实现。原则上，如果汽油发动机以直喷方式工作，那么也可以考虑将在此提出的自燃燃烧方法在汽油发动机中实现。
【权利要求】
1.一种用于直喷式内燃机(I)的自燃式燃烧方法， -其中内燃机(I)具有至少一个气缸(2)，所述气缸的燃烧室(6)在侧面由气缸壁(7)界定、沿轴向一方面由气缸盖(5)界定、沿轴向另一方面由能在气缸(2)中进行冲程运动的活塞⑶界定， -其中活塞(8)具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶(11)沿轴向深入布置在所述活塞(8)中的活塞级(10)，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓(16)过渡到相对活塞级(10)沿轴向深入布置在所述活塞(8)中的活塞凹坑(12)中； -其中相应的气缸(2)配设有喷嘴(3)，所述喷嘴布置在气缸盖(5)中； -其中对于自燃运行中的燃烧过程借助于喷嘴(3)同时将多个喷束(22)星形地喷射到燃烧室(6)中； -其中，喷束(22)在分束轮廓(16)处被分成第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)； -其中，所述第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)起在两侧沿周向以 相反的方向沿活塞级(10)传播，在两个相邻的喷束(22)之间相应的第三分量(35)在活塞级(10)内彼此相遇并且沿径向向内偏转； -其中，第一分量(33)和第二分量(34)构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，相应的一起向内偏转的分量(35)构成沿径向向内进入到在喷束(22)之间的间隙(37)中的第三燃烧锋面(36)， 其特征在于，借助于主要由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，使喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游朝活塞(8)的方向偏转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷束(22)首先不居中地、亦即朝活塞凹坑(12)偏移地到达分束轮廓(16)，在喷射过程中扫过分束轮廓(16)的中央并且最后朝活塞级(12)偏移地撞到分束轮廓(16)上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷束(22)首先不居中地、亦即朝活塞凹坑(12)偏移地到达分束轮廓(16)，随后在喷射过程中撞到分束轮廓(16)上。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，借助于相应的喷嘴(3)同时产生七个至十二个、优选十个至十二个喷束(22)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，相应的喷束(22)在最大40°曲轴角的喷射持续时间中被引入。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，喷束(22)以处于大约140°至大约160°的角度范围并且优选处于152° ±1°的角度范围中的喷束锥角(24)喷射。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，喷束锥角(24)基本上与活塞(8)同轴地展开。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述喷束(22)被以500巴至2800巴的喷射压力引入到燃烧室(6)中。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，第一分量(33)在所设置的活塞凹坑(12)侦彳凹部(21)中被偏转。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述侧凹部(21)达到活塞直径(42)的3%。
11.一种内燃机，特别是用于机动车的内燃机，适用于实施按照权利要求1至10之一所述的燃烧方法， -具有至少一个气缸(2)，所述气缸的燃烧室(6)在侧面由气缸壁(7)界定、沿轴向一方面由气缸盖(5)界定而沿轴向另一方面由能在气缸(2)中进行冲程运动的活塞(8)界定; -每个气缸(2)都具有喷嘴(3)，所述喷嘴布置在气缸盖(5)中； -其中，活塞(8)具有环形环绕的、相对于环形环绕的活塞顶(11)沿轴向深入布置在活塞(8)中的活塞级(10)，所述活塞级通过环形环绕的分束轮廓(16)过渡到相对于活塞级(10)沿轴向深入布置在活塞(8)中的活塞凹坑(12)； -其中，相应的 喷嘴(3)对于自燃运行中的燃烧过程同时将多个喷束(22)星形地喷射到燃烧室(6)中； -其中，所述喷束(22)在分束轮廓(16)处被分成第一分量(33)、第二分量(34)以及第三分量(35)； -其中，第一分量(33)进入到活塞凹坑(12)中，第二分量(34)经由所活塞级(10)进入到在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间的区域中，而第三分量(35)从相应的喷束(22)起在两侧沿周向以相反的方向沿活塞级(10)传播传播，在两个相邻的喷束(22)之间相应的第三分量(35)在活塞级(10)内彼此相遇并且沿径向向内偏转； -其中，所述第一分量(33)和所述第二分量(34)分别构成第一燃烧锋面和第二燃烧锋面，相应的一起向内偏转的分量(35)构成沿径向向内进入到在所述喷束(22)之间的间隙(37)中的第三燃烧锋面(36)， 其特征在于，借助于主要由旋流(26)、挤压缝隙流(31)以及束流(32)形成的流(38)，喷束(22)在分束轮廓(16)的射束上游被朝活塞(8)的方向偏转。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其特征在于，旋流(26)具有最大4.5的旋流数。
13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，旋流(26)是能根据运行条件来改变的。
14.根据权利要求11至13之一所述的内燃机，其特征在于，在相应的气缸(2)中在活塞(8)的上止点中沿轴向在活塞顶(11)与气缸盖(5)之间存在挤压缝隙(28)，其轴向高度(30)处于活塞直径(42)的大约0.2%至大约3.0%的范围中、优选处于活塞直径(42)的大约0.4%至大约1.2%的范围中，和/或其径向长度(29)处于活塞直径(42)的大约6%至大约22%的范围中、优选处于活塞直径(42)的大约9%至大约14%的范围中。
15.根据权利要求11至14之一所述的内燃机，其特征在于，活塞级具有活塞直径(42)的大约4%至大约20%的径向尺寸以及活塞直径(42)的大约2.5%至7%的轴向高度。
16.根据权利要求11至15之一所述的内燃机，其特征在于，相应的喷嘴(3)为了产生喷束(22)而具有多个喷孔(41);其中喷孔(41)分别具有孔长(43)与孔直径(44)的比例，所述比例处于大约3至大约11、优选在大约4至大约8的范围中。
17.根据权利要求11至16之一所述的内燃机，其特征在于，喷孔(41)在入口侧(45)上具有倒圆部(47)，其中借助于倒圆部(47)实现的流量提高处于大约5%至大约25%的范围中、优选处于大约10%至大约20%的范围中。
18.根据权利要求16至17之一所述的内燃机，其特征在于，喷孔(41)锥形地构成并且从入口侧(45)至出口侧(46)逐渐变细。
19. 根据权利要求18所述的内燃机，其特征在于，在入口侧(45)上的孔直径(44)，如果必要在倒圆部(47)的下游比在所述出口侧(46)的孔直径(44)大大约2%至大约25%、优选大约5%至大约15%。
20.根据权利要求11至19之一所述的内燃机，其特征在于，活塞设有活塞锥形部(17)，该活塞锥形部同轴并且居中地位于活塞凹坑中，并具有锥角(18)，该锥角位于大约124° ±10°、特别是在大约124° ±5°的范围中。
【文档编号】F02B23/06GK103958849SQ201280057646
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月27日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】H·策勒, N·赛杜科 申请人:戴姆勒股份公司
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