(57)【要約】  本発明は、制御ユニット（１６）、ピストン（５）とシリンダヘッドとの間に構成された燃焼空間（８）、及びノズルニードルと複数の噴射穴とを有する噴射ノズル（１３）を有する燃料噴射装置を備える内燃機関に関する。燃料噴射ノズルは、主噴射（ＨＥ）、後噴射（ＮＥ）及び任意選択的に前噴射（ＶＥ）としての複数の燃料ジェット（１７）の形態の燃料を燃焼空間（８）内に噴射する。独立して制御できる噴射ノズル（１３）の噴射穴は少なくとも２列に配置され、またピストン位置（φ）に従って及び／又は内燃機関（１）の作動点に従って、制御ユニットを用いてノズルニードルの作動行程を設定できる。噴射ノズル（１３）の穴列は、異なる噴射円錐角を有する。
2009513855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−制御ユニット（１６）と、ピストン（５）とシリンダヘッドとの間に形成された燃焼空間（８）と、ノズルニードル（１３ａ）と複数の噴射穴（２１）を備えた噴射ノズル（１３）を有する燃料噴射装置と、
−複数の燃料ジェット（１７）の形態の燃料が、主噴射として、必要に応じて前噴射及び／又は後噴射として、前記噴射ノズルによって前記燃焼空間（８）内に噴射され、
−前記噴射ノズル（１３）の前記噴射穴（２１）が、別々に作動可能な少なくとも２つの異なる穴列に配置され、
−ピストン位置（φ）及び／又は前記内燃機関（１）の作動点に基づき、前記制御ユニットを用いて、前記ノズルニードルの作動行程を設定される、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記噴射ノズル（１３）の前記穴列が、異なる噴射円錐角（α）を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記噴射ノズル（１３）の第１の列の穴（ＬＲ１）が、主噴射中に作動させられ、第２の列の穴（ＬＲ２）が、前噴射及び／又は後噴射中に作動させられ、前記第１の列の穴（ＬＲ１）の前記噴射円錐角が、前記第２の列の穴（ＬＲ２）の前記噴射円錐角よりも大きいことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストン位置（φ）及び／又は前記ピストンの作動点に基づき、燃料噴射圧力を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
不安定なキャビテーション流が前記噴射ノズル（１３）の前記噴射穴（２１）に形成されるように、前記噴射ノズルの前記ノズルニードル（１３ａ）の前記作動行程を設定できることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
渦運動を前記燃焼空間内に起こすことができることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
発生した燃料ジェット（１７）の燃料雲が、特に燃料噴射が間欠的に行われる間に、前記燃焼空間内に起こされた前記渦運動によって移動させられるか又は横方向に変位させられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記噴射ノズル（１３）内において、前記ノズルニードル（１３ａ）とノズルニードル座（２２）との間の有効な流れ断面積が、すべての前記噴射穴の合計の有効な流れ断面積の約０．８〜１．２倍になるように、前記噴射ノズル（１３）の前記ノズルニードル（１３ａ）の前記作動行程が設定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記噴射された燃料ジェット（１７）の間の前記噴射円錐角が６０°〜１６０°になることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
２つのばね付きホルダ、圧電制御されるノズルニードル又は同軸バリオノズルによって、前記ノズルニードル（１３ａ）の前記作動行程を設定できることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記ピストンが、皿状のピストン凹部を有し、突出部が、前記ピストン凹部の中心から前記噴射ノズルの方向に向かって形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ピストン凹部が、外周部から内周に向かって最初は小さな曲率を有する平坦な進入部を有し、最大凹部深さの領域から前記前記突出部に向かって大きな曲率を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記ピストン凹部の前記突出部が、９０°〜１４０°の範囲の円錐角を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の噴射穴を有する噴射ノズルによって、燃料が燃焼空間内に噴射される圧縮点火式内燃機関に関する。
【０００２】
圧縮点火装置を有する直接噴射式内燃機関では、負荷に依存する燃料噴射形態にするために、噴射の経過が、それに対応する噴射ノズルの構造によって制御される噴射ノズルが使用される。このことは、燃焼空間内における混合気の調製、したがって排気ガスエミッションの形成を改善するために意図される。さらに、下流の排気ガスを処理する機能を最適化できる。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、中出力及びより高出力を達成するための内燃機関の組み合わせられた均一／不均質作動の種類が提案されている方法を開示している。この関連において、圧縮行程のより早い均一混合気形成、及び上死点を中心とする引き続く不均質混合気形成の両方は、燃料が低温の燃焼室壁に付着することを回避するために、均一混合気を形成する間の噴射圧力が、不均質混合気を形成する間の噴射圧力よりも低くなる燃料噴射が行われる噴射方式によって可能になる。それでもなお、上に提案されている措置があるにもかかわらず、排気ガス排出が増加し続けているということが経験上示されている。したがって、排気ガス排出が最小限になるような別の措置をとらなければならない。
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９５３９３２Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、燃焼空間内の混合気形成及び燃焼が改善される圧縮点火装置を有する内燃機関を提供することである。このことは、本発明によれば、請求項１に記載の特徴によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関は、ノズルニードルを有しかつ複数の噴射穴を有する噴射ノズルによって、複数の燃料ジェットの形態の燃料が、主噴射として、必要に応じて前噴射及び／又は後噴射として、ピストンとシリンダヘッドとの間に形成された燃焼空間内に噴射され、噴射ノズルの噴射穴が、別々に作動可能な少なくとも２つの異なる穴列に配置され、またピストン位置（φ）及び／又は内燃機関（１）の作動点に基づき、制御ユニットを用いて、ノズルニードルの作動行程を設定できるという点で傑出している。
【０００７】
したがって、シリンダ内のピストン位置に基づき、燃焼空間内のジェット長を変更するための燃料噴射制御を行うことができ、この結果、特に前噴射及び後噴射中における噴射燃料と燃焼空間内の空気との混合は、噴射燃料がシリンダ壁に達する前に行われる。これによって、シリンダ壁が燃料で濡れることを大部分回避できる。
【０００８】
本発明の改良形態によれば、噴射ノズルの穴列は、異なる噴射円錐角を有する。これによって、特に、主噴射中の噴射角度よりも狭い噴射角度で、前噴射中に又は後噴射中に燃料を燃焼空間内に導入できる。このようにして、噴射ノズルとピストンとの間の距離に基づき、燃焼空間内のジェット長を適応させることができるので、これにより、混合気形成を最適化するためのジェット長の変更が保証されるか又は可能になる。
【０００９】
本発明の別の改良形態では、噴射ノズルの第１の列の穴は、主噴射中に作動させられ、また第２の列の穴は、前噴射及び／又は後噴射中に作動させられ、第１の列の穴の噴射円錐角は、第２の列の穴の噴射円錐角よりも大きい。この場合、主噴射中に、燃料は、好ましくは１４０°〜１６０°の広い噴射円錐角で、上死点を中心に第１の列の穴を通して噴射される。対照的に、より早い及び／又はより遅い燃料噴射の場合には、燃料は、例えば６０°〜１６０°の狭い噴射円錐角で、第１の列の穴の下方に配置されることが好ましい第２の列の穴を通して燃焼空間内に噴射される。このことにより、噴射動作中に、燃焼空間内に最適なジェット長を有することが可能になる。本発明によれば、作動点に応じて、噴射動作は主噴射を行い、必要ならば、前噴射及び／又は後噴射を行う。
【００１０】
本発明の別の改良形態によれば、ピストン位置（φ）及び／又は作動点に基づき、燃料噴射圧力を設定できる。この結果、さらに、燃焼空間内に導入される燃料のジェット長を変更できる。
【００１１】
本発明の別の改良形態では、不安定なキャビテーション流が噴射ノズルの噴射穴に形成されるように、噴射ノズルのノズルニードルの作動行程を設定できる。前噴射及び／又は後噴射中に、燃料が小部分量の形態で間欠的に噴射されることが好ましい。したがって、噴射ノズルのノズルニードルの作動行程の可変設定により、前噴射又は後噴射で燃焼空間内に噴射される各部分量の場合、燃焼空間内におけるそれぞれの燃料ジェットの霧化を増大させることができ、この結果、例えばシリンダ内のガス圧力及び温度が低下する場合に連続的に生じるシリンダ壁への燃料の付着が最小限になる。したがって、本発明によれば、燃焼室壁に至る各部分量の範囲が制限され、特に、さらに後に噴射を開始した際に、噴射ジェットの分散の増大又は部分量の蒸発の増大が達成される。
【００１２】
本発明の別の改良形態によれば、内燃機関の燃焼空間内に渦運動を起こすことができる。発生した燃料ジェット（１７）の燃料雲は、特に燃料噴射が間欠的に行われる間に、燃焼空間内に起こされた渦運動によって弱められるか又は横方向に変位させられることが好ましい。この結果、例えば、形成されたある部分量の燃料雲が燃焼空間内に侵入したときに、その燃料雲を横方向に、特にシリンダ壁の方向に変位させることができる。このようにして、燃料ジェット又は燃料液滴は、伝播中にシリンダ壁から遠ざけられるかあるいはそこからさらに遠くに移動させられ、この結果、燃料ジェット又は燃料液滴は、燃焼空間内の空気と混合されるか、あるいは特に前噴射及び後噴射中にシリンダ壁に達する前に蒸発する。したがって、燃料がシリンダ壁に付着することが大部分防止される。燃焼空間内に渦運動がない場合、燃料ジェットは噴射穴中心軸線に沿って伝播させられ、またシリンダ壁までの距離が短いのでシリンダ壁上に衝突する。さらに、この場合、先行するジェット霧塊、又は噴射ノズルから最初に出現するジェット霧塊がジェット流路を形成し、この結果、風よけの効果により、後続するジェット霧塊又は部分量の侵入が加速するので、燃焼空間の渦運動がない場合に、燃料がシリンダ壁上に衝突する可能性がより高くなる。
【００１３】
本発明の改良形態では、噴射ノズル内において、ノズルニードルとノズルニードル座との間の有効な流れ断面積が、すべての噴射穴の合計の有効な流れ断面積の約０．８〜１．２倍になるように、ノズルニードルの作動行程が設定される。これによって、所望の絞り作用は、ノズルニードル座で制御することにより達成でき、また不安定なキャビテーション流を噴射ノズルの噴射穴に生じさせる。
【００１４】
本発明の別の改良形態では、ピストンは、皿状構造のピストン凹部を有し、突出部が、ピストン凹部の中心から噴射ノズルの方向に延在する。皿状の基本形状により、ピストンヘッドの表面又は断面隆起の小半径部がピストン凹部には存在しないので、内燃機関が作動しているときに、燃料液滴が凹部上に衝突する場合、燃料液滴は迅速に蒸発する。
【００１５】
本発明の別の改良形態によれば、ピストン凹部は、ピストン頂部を起点として、最初に、小さな曲率を有する平坦な進入部を有し、また最大凹部深さの領域からピストン凹部内に延在するより大きな曲率の突出部を有する。このことにより、燃料がピストンヘッドの領域に付着することが防止され、したがって、排気ガス排出の最小化が達成される。ピストン凹部の突出部は、９０°〜１６０°の範囲の円錐角を有することが好ましい。
【００１６】
以下の図面の説明から、さらなる利点を理解することが可能である。本発明の例示的な実施形態が図面に示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、クランクシャフト２が、シリンダ９内で案内されるピストン５によってコンロッド４を介して駆動させられる内燃機関１を示している。ピストン５とシリンダヘッド１０との間において、ピストン頂部７に存在するピストン凹部６を含む燃焼空間８が、シリンダ９内に形成される。
【００１８】
クランクシャフト２のクランク３をクランクの回転軌道１１で時計回りに回転させる間、燃焼空間８の大きさが小さくなり、その中に閉じ込められている空気が圧縮される。燃焼空間８内の充填空気の交換は、シリンダヘッド１０の図示していないガス交換弁及びガスダクトを介して行われる。
【００１９】
クランク３が、以下においてはＴＤＣと示されている上死点１２に達すると、圧縮の終了に至る。シリンダヘッド１０に対するピストン５の現在位置は、上死点１２に対するクランク角φによって規定される。
【００２０】
複数の噴射穴２１を有する噴射ノズル１３は、シリンダヘッド１０の中央に取付けられる。噴射穴は、ノズル軸に対して３０°〜８０°の角度でそれぞれ傾斜している。噴射円錐角は約６０°〜１６０°、好ましくは８０°〜１４０°になる。原則として、従来の、したがって費用効果的なピントル型、ミニホール型、又はホール型のノズルが対象となり得る。噴射ノズル１３は、エンジン制御装置の電子制御ユニット１６によって、信号線１５と、アクチュエータ１４、例えば圧電アクチュエータとを介して作動させられる。噴射ノズルから出現する噴射ジェットが１７で示されている。
【００２１】
燃料は、噴射ポンプ１８によって複数の圧力段階で利用可能になり、この場合、制御弁２０、好ましくは、電子的に作動可能なソレノイド弁は、燃料ライン１９のそれぞれの最大圧力を制限する。噴射圧力は、適切な噴射システムを用いて適応させられることが好ましい。この場合、対応する圧力調整でニードル行程によって制御される噴射システムを使用可能である。
【００２２】
本発明によれば、噴射ノズル１３は、周囲にわたって、好ましくは１列又は２列の穴が分布するように配置される４つ〜１４つの噴射穴２１を有する。噴射ノズル１３は、作動可能な異なる２列の穴ＬＲ１とＬＲ２を有する内部に開口する同軸バリオノズルとして設計されることが好ましい。好ましくは、直接圧電作動に関連して可変に切換え可能な図２による２列の噴射穴を有する独国ボッシュ社（Robert Bosch GmbH）の同軸バリオノズルとして設計される噴射ノズルが使用される。
【００２３】
第１の列の穴ＬＲ１は、１４０°〜１８０°の噴射円錐角α１を有することが好ましい。この第１の列の穴は、従来のリーンバーン作動を例示するために使用され、また図２による第２の列の穴ＬＲ２の上方に配置される。第２の列の穴は、好ましくは６０°〜１４０°のより小さな噴射円錐角α２を有する。この第２の列の穴は、後噴射、必要に応じて前噴射を行って過濃混合気燃焼形態にするために特に使用される。より小さな噴射円錐角α２を有する第２の列の穴ＬＲ２が作動させられることによって、例えば、自由なジェット長は、図３の右図による例えばＴＤＣ後の７０°ＣＡ〜９０°ＣＡのより遅い後噴射の場合に延長される。したがって、燃料ジェット１７はシリンダ壁上に衝突せず、ピストン凹部６の方向に又はピストン頂部７に向かって方向付けられる。
【００２４】
噴射ノズル１３は、図示していない制御要素に連結される図８に示したノズルニードル１３ａを有する。ノズルニードル１３ａが、制御要素によって作動させられることによって、噴射ノズル１３を開口又は閉鎖するように、ノズルニードル１３ａが移動させられる。この場合、作動位置では、規定される作動行程ｈが、作動点に基づき及び／又はクランク角φに基づき設定される。次に、作動行程ｈと、開口時間又はサイクル期間と、設定された燃料噴射圧力とに基づき、燃料流量を決定又は変更できる。
【００２５】
図４によれば、噴射ノズル１３は、ピストン頂部７に存在しかつ内燃機関１の燃焼空間８内の中央に配置されるピストン凹部６の上方に取付けられる。ピストン凹部６は皿状構造であり、その中央には、ピストン凹部の先端６ａとして突出部が配置される。ピストン凹部の先端６ａは、凹部の底部６ｂで囲まれており、凹部の先端６ａは噴射ノズル１３の方向に突出する。ピストン凹部６の皿状構造により、図３の左図によれば、上死点ＴＤＣを中心とする主噴射による従来のリーンバーン作動において、ピストン凹部の過濃混合気が生じないことが保証される。
【００２６】
図５によれば、ピストン凹部６は、ピストン頂部７への移行部としての縁部に、３〜７ｍｍであることが好ましい半径Ｒ１を有する。凹部の底部６ｂの外部領域は、４０ｍｍ〜５０ｍｍの球面半径Ｒ２で設計される。ピストン凹部の先端６ａからピストン凹部の底部６ｂへの移行部は、約１６〜２４ｍｍの半径Ｒ３の曲率を有する。ピストン凹部の先端６ａは噴射ノズル１３のほぼ向かい側に配置される。ピストン凹部６の深さは、ピストン凹部６の縁部からピストン凹部の底部６ｂに向かって大きくなる。ピストン凹部の先端６ａは、ピストン頂部７のほぼ下方に配置されて存在するように噴射ノズル１３の向かい側に延在する。ピストン凹部の先端６ａの上方点とピストン頂部との間の距離ｄ１は、約３ｍｍ〜１０ｍｍであり、好ましくは、距離ｄ１は５ｍｍ〜８ｍｍに設計し得る。凹部の底部の深さｄ２は約１５ｍｍ〜２０ｍｍである。皿状凹部の基本形状は、燃料蓄積を回避するために、ピストン頂部への丸い移行部をピストン凹部６の縁部領域に有する。
【００２７】
ピストン凹部の先端６ａは、９０°〜１３０°の範囲の凹部円錐角βで円錐状に設計され、また約３〜７ｍｍの半径Ｒ４を有する丸い先端になるように形成される。燃料円錐角α及びピストン凹部の先端６ａの位置は、燃料ジェットの伝播がピストン凹部の先端６ａによって妨げられないように協働する。このことにより、燃料ジェットが、シリンダの各ピストン位置においてほぼピストン凹部６の領域に衝突することを確かにする。
【００２８】
主噴射中、ピストン凹部形状は極めて有利な効果を有するので、不均一燃焼相に対し、熱によるＮＯの生成が著しく低減されるが、この理由は、先行する均質燃焼部分に起因する酸素濃度が、前噴射の結果として低減されるからである。例えばＴＤＣ後の８０°ＣＡのより遅い後燃料噴射の場合、燃料は、６０°〜１４０°の急な噴射角度で下方の列の穴ＬＲ２を通して燃焼空間８に導入され、この結果、図５、及び図３の右図によれば、自由なジェット長が延長される。
【００２９】
前噴射及び後噴射が間欠的に行われる場合、本発明による燃焼空間の形態、すなわち、噴射ノズル１３及びピストン凹部形状の構造と、燃焼空間８内における噴射ノズル１３及びピストン凹部形状の配置とにより、燃焼空間壁が燃料で濡れることを防止する効果が極めて確実になるが、この理由は、噴射ノズル１３がシリンダヘッド１０のシリンダ中心軸線の領域に取付けられ、またピストン頂部７に位置するピストン凹部６が、噴射ノズル１３の向かい側に配置されるからである。
【００３０】
本発明によれば、燃焼空間８内の渦運動の生成は、燃料による燃焼空間壁の濡れを低減するための更なる措置として提供され、この措置は、内燃機関の作動中の効果、特に、本発明の燃焼空間の形態の場合の間欠燃料噴射中の効果を確実にする。燃焼空間８内に渦がない場合、燃料ジェットの噴射燃料部分量は、図６の右図による対応する輪郭に従い、この図６の右図は、噴射穴からの間欠噴射ジェットが噴射穴又はジェット中心軸線２５に沿ってシリンダ壁の方向に伝播させられる燃焼空間８の領域を概略的に示している。図７は、例えば、３つの燃料部分量Ｔ１、Ｔ２及びＴ３が燃焼空間内に噴射されるサイクルを示している。本発明によれば、サイクルを２回〜８回の噴射サイクルとして行うことが可能である。
【００３１】
図６の左図によれば、間欠噴射の場合、個々の燃料部分量Ｔ１Ｄ、Ｔ２Ｄ及びＴ３Ｄの軌道は、燃焼空間８内の充填空気の運動が渦になっている場合にジェット中心軸線２５から著しく偏向される。対照的に、図６の右図によれば、燃料部分量は、シリンダ壁への距離が短くなるために燃焼空間壁上に衝突する。燃焼空間８内に渦運動がある場合、シリンダ壁までの自由なジェット長は、右図の個々の燃料部分量Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の軌道の輪郭と比較して延長される。これによって、燃料が壁に付着することを大部分回避できる。
【００３２】
したがって、移動しながら変化する渦を内燃機関１の燃焼空間８内に生成することがさらに有効であり、この結果、特に前噴射及び／又は後噴射の場合の噴射部分量の混合気雲は、燃焼空間内の充填空気の適当な渦運動によって支援され、同時に、ジェット到達距離が小さくなる。したがって、噴射サイクルのジェット噴射物又は混合気雲は、新たに形成されたジェット噴射物が、次の噴射サイクル中に、先行する噴射部分量の混合気雲に侵入しない程度に、渦流により回転させられる。これによって、局所的な過濃混合気及びジェット到達距離が小さくなり、この結果、煤粒子の形成が減少する。
【００３３】
図８は、ホールノズルタイプの噴射ノズル１３の概略図を示しているが、ピントルノズルタイプのノズルを使用してもよい。図８による噴射ノズル１３には、ノズルニードル１３ａのニードル行程ｈが短くなる場合に、すなわち噴射ノズル１３が部分的に開口する際に噴射ノズル１３のノズル穴２１で引き起こされる不安定なキャビテーション流の作用、及びこの作用によって達成される噴射ジェット１７の伝播角度α３に関する効果が示されている。
【００３４】
図８の右側では、噴射ノズル１３は部分的にのみ開口し、この結果、ノズルニードル座２２の絞りが達成される。この絞りは、ノズル穴２１に乱流又は不安定なキャビテーション流を生じさせ、これにより、燃料ジェット１７の大きな伝播角度α３がもたらされる。完全に開口した噴射ノズルと最大行程設定とを比較すると、図８の左側に示したように、不安定なキャビテーション流によって生じる伝播角度α３は、このような流れなしに生じる伝播角度α４よりも大きい。不安定なキャビテーション流は、ノズル内部の流れ２３に大きな変動を生じさせ、これにより、燃料がノズル穴２１から出現するときに、燃料ジェットの分散が大きくなり、したがって、大きな伝播角度α３がもたらされる。
【００３５】
伝播角度α３を有する燃料ジェットは、集中的な霧化により燃焼空間内に伝播させられ、このようにして、より優れた均一化及び急速な燃料蒸発をもたらし、この結果、燃焼室壁が濡れることなく、前噴射又は後噴射に関する部分量において、より多量の燃料を噴射できる。対照的に、図８の左側による最大行程設定を有する噴射ノズル１３の場合、二相流２４が左側のノズル穴２１の内部に生成され、また従来の燃料分散がもたらされる。部分的に開口している噴射ノズルと比較すると、伝播角度α４は伝播角度α３よりも小さい。
【００３６】
ノズルニードル座の所望の絞り作用の制御設定は、適切な構造的措置によって、例えば２つのばね付きホルダを噴射ノズルに用いて支援でき、完全閉鎖位置と完全開口位置との間に位置する作動行程位置におけるノズルニードルの停止が実行される。代わりに、この設定は、圧電アクチュエータによって直接制御されるノズルニードルを介して実行してもよい。絞り作用が、作動行程ｈの設定と、作動点及び／又はピストン位置に基づく穴列の作動とによって噴射ノズル座で達成されることにより、噴射燃料ジェット１７の範囲の制限又は変更が達成される。
【００３７】
部分的に開口している多穴噴射ノズルの場合に、できるだけ大きな伝播角度α３を達成するために、ニードル座の有効な流れ断面積が、好ましくは、噴射穴のすべての断面の合計の有効な流れ断面積の約０．８〜１．２倍になるように、好ましくは作動が行われるべきである。
【００３８】
図９は、より小さな噴射円錐角、例えば１４０°の代わりに６０°を選択した場合の効果を示している。この結果、例えばＴＤＣ後の７０°ＣＡ〜９０°ＣＡのより遅い後噴射の場合、自由なジェット長が延長される。次に、燃料ジェットは、シリンダ壁に向かって方向付けられず、ピストン面に向かって又はピストン凹部の方向に方向付けられる。
【００３９】
内燃機関１が作動しているときに混合気形成を最適化するための別の措置は、作動点に基づき実行サイクルを変更することによって及び／又は燃料噴射圧力を変更することによって実行できる。例えば、前噴射及び後噴射中よりも高い噴射圧力で、ＴＤＣ前の１０°ＣＡ〜ＴＤＣ後の４０°ＣＡの範囲の主噴射が行われる。この場合、前噴射中よりも長いニードル行程ｈが主噴射中に設定される。後噴射形態の追加の燃料量の噴射は、ＴＤＣ後の約２０°〜１５０°ＣＡの間隔を介した膨張行程における２回〜８回のサイクルの噴射によって、特に過濃混合気段階中に行うことができる。噴射に関する個々の噴射サイクルは、期間、噴射圧力、ニードル行程の進行、及びシリンダ内部の流れとの相互作用に関して、可能な限り最善の混合気分配が達成されるように適応させられる。したがって、燃料がシリンダ壁に付着することが大部分防止される。
【００４０】
ニードル行程設定は、後噴射中に異なって行われ、この場合、引き続くニードル行程設定はより短く設定されることが好ましい。この場合、後噴射中にまた可変ニードル行程の場合に、前噴射中の燃料噴射圧力よりも高くて主噴射中の燃料噴射圧力よりも低いことが好ましい一定の燃料噴射圧力が設定される。後噴射の最初の燃料部分量が次の燃料部分量よりも大きいように、後噴射中のサイクルが行われることが好ましい。
【００４１】
異なる燃料圧力変化率は、前噴射及び後噴射中に設定されることが有効であるが、この理由は、異なる燃焼反応が、前噴射中及び後噴射中の両方で燃焼空間８内に起こり、また不等の圧力分布又は温度分布を燃焼空間内に生じさせるからである。例えば、一定の噴射圧力を伴って、４回のサイクルの前噴射と延長サイクル期間とによる内燃機関の組み合わせられた均一／不均質混合気運転が行われ、この間、ノズルニードル１３ａは、より低い行程位置に留まる。次に、噴射圧力が上昇した状態でまたニードル行程ｈが最大に設定された状態で、主噴射が行われる。引き続き、一定の噴射圧力を伴って、短縮サイクル期間による後噴射が行われる。後噴射の最初の燃料部分量が次の燃料部分量よりも大きいように、後噴射中のサイクルが行われることが好ましい。
【００４２】
前噴射の全噴射量は、特に上述の噴射方式の場合、低い部分負荷範囲では、すなわち７０％の負荷までは、約２０％〜５０％の主噴射量になることが好ましく、また高負荷範囲では、すなわち７０％の負荷から全負荷までは、約１０％〜３０％の主噴射量になることが好ましい。この場合、前噴射の全噴射量は、ノッキング燃焼が確実に回避されるように選択される。次に、均一化されたこの燃料分は、煤及びＮＯｘをほとんど発生させずに燃焼するが、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータにおけるＮＯｘ還元に必要な大きな割合のＣＯ排出を既に発生させており、また空気比を低減するための重要な成分を供給する。
【００４３】
本発明による燃焼空間の形態のお陰で、本発明による噴射ノズルに関連して、燃料をより早く又はより遅く導入する場合に、均一化の向上が達成され、この結果、燃料がシリンダ壁に付着することを防止できる。同時に、設けられた燃焼空間の形状は、主噴射中の不均質混合気形成に関して極めて有利な効果を有する。これにより、作業サイクル内で組み合わせられた均一／不均質燃焼を従来の多穴ノズルによってまとめることができる。
【００４４】
本発明の内燃機関１は、圧縮点火による組み合わせられた均一／不均質燃焼方法のために特に適切であるので、ディーゼル機関から知られている従来のリーンバーン燃焼と、リーンバーンで作動させられる内燃機関のために特に設計された後続の排気ガス処理システムを最適化するための過濃混合気燃焼とを行うことができる。内燃機関１は、通常、主にリーンバーンで作動させられ、また後続の排気ガス浄化システムを最適化するために、必要に応じて過濃混合気で作動させられる。内燃機関１のリーンバーン作動及び過濃混合気作動の両方において、導入すべき燃料量は、作動点に基づき前噴射量、主噴射量及び後噴射量として分割されることによって燃焼空間に導入できる。内燃機関１が作動しているとき、主噴射後に行われる後噴射に関連して、又は主噴射前に行われる前噴射に関連して、液状燃料の付着を回避するための措置がとられ、この結果、燃焼空間内に収容されている燃焼空気とのより早い混合が行われる。これらの措置は個々に又は互いに組み合わせて行ってもよいので、必要に応じて、これらの措置の考えられる任意の組み合わせを選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】圧縮点火装置を有する内燃機関の概略断面図である。
【図２】異なる噴射円錐角を有し、別々に作動可能な２列の穴を有する噴射ノズルの概略断面図である。
【図３】図２による噴射ノズルの噴射燃料ジェットの概略図である。
【図４】図１による内燃機関のピストン凹部の上方の図２による噴射ノズルの概略構成図である。
【図５】図４によるピストン凹部の概略断面図である。
【図６】渦を有するまた渦を有しない間欠噴射ジェットの概略図である。
【図７】図６による間欠燃料噴射の分布グラフである。
【図８】不安定なキャビテーション流を形成するための多穴ノズルのノズル穴における絞り作用の概略図である。
【図９】異なる噴射円錐角によって、図１による内燃機関の燃焼空間内に燃料噴射が行われている概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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