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Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und direkter Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, mit einem hin- und hergehenden Kolben pro Zylinder und einer dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche mit mindestens zwei Einlassventilen sowie mit im Brennraum eine Tumbleströmung erzeugenden und auf einer Seite der durch die Kurbelwellenachse und die Zylinderachse, aufgespannten Motorlängsebene angeordneten Einlasskanälen sowie einer auf der Einlassseite zwischen den Einlasskanälen angeordneten und auf die Zylindermitte gerichteten Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einer im Bereich der Zylinderachse in der Brennraumdeckfläche angeordneten Zündquelle.
Ständig steigende Anforderungen an eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und die Reduktion der Abgasemissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe und der Stickoxide, erfordern den Einsatz neuer Technologien im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen und hier insbesondere im Bereich der im PKW überwiegend eingesetzten Ottomotoren mit Fremdzündung.
Ein wesentlicher Grund für den gegenüber z. B. Dieselmotoren höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine liegt in der Betriebsweise mit vorgemischtem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch. Dies bedingt eine Regelung der Motorlast mit Hilfe eines Drosselorganes zur Begrenzung der insgesamt angesaugten Gemischmenge (Quantitätsregelung).
Diese Drosselung der Ansaugströmung führt zu einem thermodynamischen Verlust, der den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Das Potential zur Verbrauchsreduzierung der Verbrennungskraftmaschine bei Umgehung dieser Drosselung kann auf etwa 25 % geschätzt werden.
Eine vollständige Nutzung des Potentials zur Verbrauchsreduktion wird durch direkte Kraftstoffeinspritzung und weitgehend ungedrosselten Betrieb des Motors möglich, wodurch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine ähnlich dem Dieselmotor mit Qualitätsregelung, d. h. einer Regelung der Motorlast durch Veränderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben werden kann.
Diese Betriebsweise erfordert jedoch gezielte Massnahmen zur Sicherstellung einer vollständigen und stabilen Verbrennung auch bei sehr hohem Luftüberschuss (niedrige Motorlast), bei welchem ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht mehr zündfähig ist.
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Die allgemein bekannte Lösung dieser Anforderung besteht hier in der Realisierung einer stark geschichteten, also inhomogenen Gemischverteilung, die sich bei direkter Kraftstoffeinspritzung durch Einspritzung des Kraftstoffes kurz vor der Zündung vorteilhaft errei- chen lässt.
Eine derartige durch direkte Kraftstoffeinspritzung generierte Gemischschichtung muss durch die Hauptströmungsstrukturen im Zylinderraum der Brennkraftmaschine sowie durch die Geometrie des Brennraumes stabilisiert werden, um selbst in Anwesenheit der typischerweise sehr hohen Turbulenzgrade der Motorinnenströmung den Zeitraum zwischen dem Einspritzende und der Zündung überdauern zu können. Als Hauptströmungsformen kommen hier die Wirbelbewegungen Drall und Tumble in Betracht. Bei einer Drallströmung rotiert die Zylinderladung aufgrund der Einlasskanalgestaltung um die Zylinderachse, während bei einer Tumbleströmung eine Rotation um eine zur Kurbelwelle parallele Achse zu beobachten ist.
Ein einlassgenerierter Tumblewirbel zeigt einerseits eine Beschleunigung der Rotation durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche während der Kompression. Andererseits ist der Tumblewirbel im Vergleich zum einer um die Zylinderachse rotierenden Drallströmung etwas instabiler und neigt zum Zerfall in komplexere Sekundärwirbel. In der Endphase der Kompression ist bei genügend flachem Ventilwinkel (eines typischen Vierventil-Brennraums) ein starker Zerfall des Tumblewirbels in kleinere stochastisch verteilte Wirbel zu beobachten.
Eine Tumbleströmung lässt sich im Zylinderraum eines modernen mehrventiligen Ottomotors mit 2 oder 3 Einlassventilen sinnvoll erzeugen ohne deutliche Verringerungen des Durchflusskoeffizienten der Einlasskanäle in Kauf nehmen zu müssen. Die Tumbleströmung stellt daher heute ein häufig angewandtes Strömungskonzept für Ottomotoren dar, bei welchen mit Hilfe erhöhter Ladungsbewegung die Verbrennungscharakteristiken verbessert werden sollen.
Zur Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum unter den genannten Strömungsbedingungen ist aus der SAE-Paper 940188 ein Einspritzventil bekannt, welches einen kegelförmigen Einspritzstrahl mit hoher Zerstäubungsgüte des Kraftstoffes erzielt. Durch Änderung des Kraftstoffdruckes und des Brennraumgegendruckes kann der Kegelwinkel des Einspritzstrahls beeinflusst werden. Eine charakteristische Eigenschaft derartiger Einspritzdüsen ist die Verbesserung der Zerstäubungsgüte mit steigendem Einspritzdruck. Diese gewünschte Abhängigkeit führt jedoch zu steigenden Geschwindigkeiten des Einspritzstrahls von bis zu 100 m/s und somit zu einem hohen Impuls des in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Sprays.
Demgegenüber weist die Luftströmung im Brennraum, selbst bei starker einlassgenerierter
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Drall- oder Tumblebewegung mit maximal ca. 30 - 40 m/s einen deutlich geringeren Impuls auf, weshalb der Einspritzstrahl in einer ersten Phase des Eintritts in den Brennraum nur unwesentlich von der Brennraumströmung beeinflusst wird.
Es stellt sich unter diesen Voraussetzungen die allgemeine Aufgabe, aus dem Einspritzstrahl eine örtlich begrenzte Gemischwolke zu erzeugen, diese von der Mündung des Einspritzventiles in die Nähe der Zündkerze zu transportieren und das Gemisch innerhalb der Wolke weiter mit Brennraumluft zu vermischen. Dabei sind folgende Punkte wesentlich : Die Gemischwolke muss insbesondere bei niedrigen Motorlasten deutlich abgegrenzt bleiben und sich aus thermodynamischen Gründen sowie zur Reduzierung der Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst in der Mitte des Brennraumes befinden.
Die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes und seine Vermischung mit der Brennraumluft auf ein vorzugsweise stöchiometrisches Luftverhältnis muss in der vergleichsweise kurzen Zeitspanne zwischen Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt erfolgen.
An der Zündkerze sollte eine geringe mittlere Strömungsgeschwindigkeit und gleichzeitig ein hohes Turbulenzniveau herrschen, um die Entflammung der Gemischwolke durch den Zündfunken zu begünstigen.
Bei der Gestaltung eines geeigneten Brennverfahrens für einen direkteinspritzenden Ottomotor sind neben den Charakteristiken der Einspritzstrahlausbreitung auch die zur Verfügung stehenden Brennraumabmessungen zu berücksichtigen. Für PKW-Ottomotoren typische Hubräume des Einzelzylinders führen zu Bohrungsdurchmessern von ca. 60 bis 100 mm, wobei sich der Kolbenhub in der gleichen Grössenordnung bewegt.
In Anbetracht der genannten Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Einspritzstrahls muss daher ein Auftreffen zumindest eines Teils des Kraftstoff-Sprays auf der Kolbenoberfläche erwartet werden. Die Gestaltung der Brennrauminnenströmung sollte daher diesen Vorgang der Wandbenetzung berücksichtigen.
Zur Formung der Gemischwolke und zur Aufbereitung des Kraftstoff-Sprays können folgende Effekte genutzt werden : 'Umlenkung des hohen Impulses des Einspritzstrahls zur Zündkerze mit Hilfe der Kolbenoberfläche.
Hoher Einspritzdruck zur Verbesserung der Zerstäubung und damit zur Beschleunigung der direkten Verdampfung des Kraftstoff-Sprays vor der Wandberührung.
Erzeugung eines erhöhten Turbulenzniveaus im Bereich des Einspritzstrahls durch die Brennrauminnenströmung.
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'Beschleunigung der Wandfilmverdampfung durch Erzeugung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit am benetzten Bereich der Kolbenoberfläche.
Aus der EP 0 558 072 Al ist eine Ausführungsform eines Motors bekannt, in welchem durch die Form und Anordnung der Einlasskanäle eine umgekehrte Tumble-Bewegung der Brennraumströmung erzeugt wird, die durch eine schanzenartige Ausformung der Kolbenoberfläche verstärkt wird. Diese Kolbenoberfläche dient gleichzeitig der Umlenkung des Einspritzstrahls zur Zündkerze, die in Zylindermitte angeordnet ist. Einspritzstrahl und Brennraumströmung streichen so in gleicher Richtung über die Kolbenoberfläche. Der Einspritzstrahl bzw. die daraus nach der Umlenkung am Kolben entstehende Gemischwolke kann sich jedoch nach dem Auftreffen auf die Zylinderkopfwand nahe der Zündkerze in alle Richtungen nahezu ungehindert ausbreiten. Ein Bemühen um eine möglichst starke Konzentration der Gemischwolke nach der Umlenkung am Kolben ist daher nicht erkennbar.
Ferner erzeugt die auf der Kolbenoberfläche ausgebildete Schanze unter den Auslassventilen eine Quetschfläche.
Diese erzeugt zwar während der Kompression des Motors kurz vor dem obere Totpunkt eine gewünschte zusätzliche Strömungsbewegung. Diese kehrt sich jedoch nach Durchlaufen des oberen Totpunktes um, was zu einem Auseinanderreissen der während der Kompression aufgebauten Gemischkonzentration führt.
Aus der EP 0 639 703 Al ist eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung bekannt, bei welcher durch die Ausformung der Einlasskanäle eine Drallströmung im Zylinderraum erzeugt wird. Die Kolbenoberfläche weist hier eine ausgeprägte Mulde mit umgebender Quetschfläche auf, wobei die Mulde derart exzentrisch angeordnet ist, dass die zentral im Brennraum befindliche Zündkerze und das radial angeordnete Einspritzventil sich jeweils am Muldenrand befinden. Der Kraftstoff wird gezielt gegen den zu diesem Zweck speziell ausgeformten Muldenrand gespritzt. Die Kolbenoberfläche hat hier also die Aufgabe, den Kraftstoffstrahl in erster Linie zu zerstäuben. Der Drallströmung kommt die Aufgabe zu, den zerstäubt von der Muldenkante abprallenden Kraftstoff zur Zündkerze zu transportieren.
Setzt man als Basis eines fremdgezündeten Motors mit direkter Kraftstoffeinspritzung ein Aggregat mit mindestens zwei Einlassventilen pro Brennraum zur optimalen Zylinderfüllung voraus, so ergibt sich ein wesentliches Problem bei der Konzeption des Brennverfahrens aus der Komponentenanordnung, da neben der Zündkerze auch die Einspritzdüse im Zylinderkopf untergebracht werden muss, wobei diese in etwa mit der Zündkerze vergleichbare Dimensionen aufweist.
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Aus Gründen der Zündsicherheit und der Verbrennungsstabilität wurde in der Vergangenheit überwiegend eine Anordnung der Einspritzdüse möglichst nahe an der Zündkerze angestrebt. Eine Anordnung der Einspritzdüse dicht neben der Zündkerze hat zwangsläufig eine Verkleinerung der Ventildurchmesser zur Folge und wird daher zu unerwünschten Leistungseinbussen führen. Eine Anordnung der Einspritzdüse bei gleichzeitiger Beibehaltung der bei Mehrventil-Ottomotoren realisierten optimierten Ventildurchmesser ist somit nur zwischen den Ventilen nahe der Zylinderwand möglich, wobei hier die Position zwischen den Einlassventilen aus thermischen Gründen besonders vorteilhaft erscheint. Diese Anordnung wurde auch beim zitierten Stand der Technik favorisiert.
Die Position der Einspritzdüse in einem vergleichsweise weiten Abstand von der vorzugsweise zentral im Brennraum eingesetzten Zündkerze stellt jedoch besondere Anforderungen an das Brennverfahren. Der Kraftstoffstrahl muss einen weiteren Weg von der Düse zum Zündort zurücklegen was gleichzeitig auch einen grösseren zeitlichen Abstand zwischen der Einspritzung und der Zündung zur Folge hat. Beide Faktoren erschweren in Anbetracht des generell hohen Turbulenzgrades im Brennraum die Aufrechterhaltung einer kompakten Gemischwolke mit geringen zyklischen Schwankungen, was zur Gewährleistung einer stabilen, wiederholgenauen Verbrennung in jedem Motorzyklus unerlässlich ist.
Die Wiederholgenauigkeit des räumlichen Ausbreitungsvorganges kann deutlich verbessert werden, wenn die Zylinderinnenströmung eine geordnete und über dem Kompressionsvorgang möglichst lange stabile Struktur aufweist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Strömung im Brennraum günstig zu beeinflussen, um eine optimale Verbrennung unter den dargestellten Randbedingungen unter Zugrundelegung einer einlassgenerierten Tumbleströmung im Zylinderraum der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wobei insbesonders folgende Aufgaben erfüllt werden sollen :
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kungen der Gemischverteilung.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Kolben an seiner brennraumsei- tigen Oberfläche eine H-förmige Anordnung von Strömungsleitrippen aufweist, von welchen
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zwei voneinander und von der Zylinderachse beabstandete Längsrippen in Richtung quer zur Kurbelwellenachse angeordnet sind und eine Querrippe in zumindest einem Punkt parallel zur Kurbelwellenachse zwischen den Längsrippen verläuft, wobei die Kolbenoberfläche zwischen den Leitrippen und vorzugsweise zwischen den Leitrippen und der Kolbenaussenkante eine kontinuierlich gekrümmte, konkave Form annimmt und die Einspritzung des Kraftstoffes in einen dieser derart ausgebildeten konkaven Bereiche erfolgt. Die Querrippe verläuft im wesentlichen parallel zur Kurbelwellenachse.
Dabei wird besonders die während der Kompression typischerweise auftretende Umformung des Tumblewirbels in zwei gegensinnig rotierende Wirbel berücksichtigt, deren Drehachsen sich während der Kompression zunehmend parallel zur Zylinderachse ausrichten.
Diese durch "Umklappen" des parallel zur Kurbelwellenachse rotierenden Tumblewirbels entstandene Strömungsform wird auch als M-stumble bezeichnet. Dabei bildet sich eine von der Auslass- zur Einlassseite über die Kolbenoberfläche streichende Luftströmung aus, welche sich im mittleren Bereich des Zylinders durch die Querrippe aufrichtet. Auf der Einlassseite bildet sich durch die Strömungsablösung ein zweiter Wirbel mit umgekehrten Drehsinn aus.
Diese Strömung wird insbesondere noch dadurch gefördert, dass die Kolbenoberfläche teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenaussenkante aufgespannten Bezugsebene liegt.
Um eine Strömungsablösung der parallel zu den Längsrippen streichenden Luftströmung zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Leitrippen eine gerundete Oberkante aufweisen, deren Rundung direkt in die anschliessende konkave Kolbenoberfläche übergeht, wobei der Radius der Rundung der Querrippe vorzugsweise unter 2 mm beträgt und der Radius der Rundung der Längsrippen vorzugsweise den grösstmöglichen Wert annimmt und besonders, vorzugsweise 0, 5 mal der Rippenbreite beträgt, sodass die Strömungsablösung nur an der Querrippe auftritt. Der Radius der Rundung der Querrippe sollte dabei so klein wie möglich sein.
Dadurch dass vorgesehen ist, dass der im Bereich der Motorlängsebene gemessene Abstand der Längsrippen voneinander mindestens 0, 4 mal dem Kolbendurchmesser und höchstens 0, 9 mal dem Kolbendurchmesser, vorzugsweise 0, 6 mal dem Kolbendurchmesser beträgt, kann sich im Bereich ausserhalb der Längsrippen, in welchem keine Querrippe angeordnet ist, eine über die Kolbenoberfläche ungestörte Strömung in Richtung zur Einlassseite der Brennkraftmaschine ausbilden, die dort durch die Zylinderwand zur Zylindermitte und damit an den dort eintretenden Einspritzstrahl herangeführt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Querrippe zumindest überwiegend im Bereich der Auslassseite angeordnet ist und der senkrecht zur Motorlängsebene gemessene Abstand der Querrippe von der Zylinderachse maximal 0, 2 mal dem Kolbendurchmesser beträgt. Manchmal ist es andererseits auch vorteilhaft, wenn die Querrippe zumindest überwiegend im Bereich der Einlassseite angeordnet ist und der senkrecht zur Motorlängsebene gemessenen Abstand der Querrippe von der Zylinderachse maximal 0, 25 mal dem Kolbendurchmesser beträgt.
Zur Gewährleistung einer sicheren Führung des Einspritzstrahles ist es weiters vorteilhaft, wenn die Querrippe auf ihrer ganzen Breite eine geringere Höhe aufweist, als die grösste Höhe der Längsrippen.
Zur Erzielung eines optimalen Führungseffekts für die Strömung und den Einspritzstrahl ist es weiters vorteilhaft, wenn die Längsrippen zumindest teilweise die grösste mögliche Höhe aufweisen. Diese wird durch die Kontur des Brennraumdaches bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt und durch den nötigen Freigang der Ventile begrenzt. Vorzugweise befindet sich der Bereich der grössten Höhe auf derjenigen Seite der Motorlängsebene, auf welcher die Einspritzeinrichtung angeordnet ist.
Zur Ausbildung einer optimalen Strömungsform ist es vorteilhaft, wenn die Austritts- öffnung der im Zylinderkopf angeordneten Einspritzeinrichtung einen radialen Abstand von mindestens 0, 3 mal dem Kolbendurchmesser und maximal 0, 55 mal dem Kolbendurchmesser von der Zylinderachse aufweist.
Die Symmetrieachse des von der Einspritzeinrichtung erzeugten Einspritzstrahles weist dabei im bevorzugten Fall mit der Längsmittelebene einen Winkel von mindestens 30 und maximal 70 , vorzugsweise 45 auf und ist in den Bereich der Zylindermitte gerichtet.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der von der Einspritzeinrichtung erzeugte kegelförmige Einspritzstrahl einen Kegelwinkel ss von mindestens 30 und maximal 90 , vorzugsweise 60 aufweist.
Bei Ausführungen mit drei Einlassventilen befindet sich die Einspritzeinrichtung bevorzugt zwischen dem mittleren und einem äusseren Einlassventil, um den erfindungsgemässen Effekt zu erzielen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Viertakt-Brennkraftmaschine in einer ersten erfindungsgemässen Ausführung, Fig. 2 die Brennkraftmaschine im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 diese Brennkraftmaschine während der Kraftstoffeinspritzung im Querschnitt durch den Zy-
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linder, Fig. 4 diese Brennkraftmaschine während der Kraftstoffeinspritzung in einer Ansicht in Richtung der Zylinderachse, Fig. 5 und 6 eine zweite und dritte Ausführungsvariante der Erfindung und Fig. 7 eine erfindungsgemässe Konfiguration für eine Brennkraftmaschine mit drei Einlassventilen.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In einem Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine ist ein hin-und hergehender Kolben 2 längsverschieblich angeordnet. Durch die dachförmige Brennraumdecke 3 des Zylinderkopfes 4 und die Kolbenoberfläche 5 des Kolbens 2 wird ein Brennraum 6 gebildet, in welchen beispielsweise zwei in Fig. 1 strichliert eingezeichnete Einlasskanäle 7 und zwei Auslasskanäle 8 einmünden. Mit 9 und 10 sind schrägliegende Einlassventile und Auslassventile durch strichlierte Linien angedeutet. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine mittig angeordnete Zündkerze. Zwischen den Einlasskanälen 7 ist eine Einspritzdüse 19 zur direkten Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum 6 angeordnet. Der Kolbendurchmesser ist mit D bezeichnet.
An der Kolbenoberfläche 5 weist der Kolben 2 eine Leitrippenanordnung 12 auf, welche die mit 13 angedeutete, als Tumble ausgebildete Zylinderinnenströmung beeinflusst, um einen optimalen Verbrennungsablauf zu erreichen. Einerseits wird diese Beeinflussung durch eine Parallelisierung der Tumbleströmung 13 bei ihrer Umlenkung an der Kolbenoberfläche 5, andererseits durch eine Umlenkung bzw. Konzentration des Kraftstoffes bzw. des KraftstoffLuftgemisches in einem Teilbereich des Brennraumes 6 bewirkt.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, besteht die Leitrippenanordnung 12 aus zwei in einem Abstand 14c voneinander angeordneten einzelnen Längsrippen 14, die symmetrisch zu einer Normalebene 16 auf die Kurbelwellenachse 15 durch die Zylinderachse 15a verlaufen. Die Oberkante 14a jeder Längsrippe weist-im Grundriss betrachtet - zumindest in einem Punkt eine zur Normalebene 16 parallele Tangente 14b auf. Durch die Längsrippen 14 wird die Ausbildung von Querkomponenten der Tumbleströmung bei deren Umlenkung am Kolben 2 verhindert.
Zusätzlich zu den beiden Längsrippen 14 ist eine Querrippe 18 vorgesehen, deren grösster Abstand von der Motorlängsebene 17 in den Figuren mit 18c bezeichnet ist. Die Oberkante 18a jeder Querrippe 18 weist-im Grundriss betrachtet - zumindest in einem Punkt eine zur Motorlängsebene 17 parallele Tangente 18b auf. Die mit den Längsrippen 14 kombinierte Querrippe 18 verstärkt zusätzlich die Aufrichtung der Tumleströmung 12 nach der Umlenkung am Kolben 2 und trägt damit zur weiteren Verringerung der Ausbildung von Se-
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kundärstrukturen und zur Intensivierung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Tumblewirbels 13 nahe dem oberen Totpunkt bei.
Durch die Anordnung der Querrippe 18 nahe der Motorlängsebene 17 trägt die Querrippe 18 bei Annäherung des Kolbens 2 an den oberen Totpunkt zur Transformation der Tumblebewegung in turbulente Fluktuationen bei.
Die Höhe H der Längsrippen 14 über einer von der Kolbenaussenkante 2a aufgespannten Bezugsebene 2b nimmt vorzugsweise das maximal mögliche Mass an, welches durch die Kontur der dachförmigen Brennraumdecke 3 bei Stellung des Kolbens 2 im oberen Totpunkt und den nötigen Freigang der Ventile 9,10 begrenzt wird. Die Höhe h der Querrippe 18 ist geringer als die maximale Höhe H der Längsrippen 14.
Die beiden Längsrippen 14 und die etwa in Kolbenmitte angeordnete Querrippe 18 bilden - in Richtung der Zylinderachse 15a betrachtet - annähernd die Form des Buchstabens
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Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist die Kolbenoberfläche 5a zwischen den Längsrippen 14 auf beiden Seiten der Querrippe 18 kontinuierlich gerundet und konkav ausgeführt und kann zumindest teilweise unterhalb der von der Kolbenaussenkante aufgespannten Bezugsebene 2b liegen. Auf den Aussenseiten der Längsrippen 14 ist die Kolbenoberfläche Sb ebenfalls kontinuierlich gerundet ausgeführt und kann ebenfalls zumindest teilweise unterhalb der von der Kolbenaussenkante 2a aufgespannten Bezugsebene 2b liegen. Die Oberkanten 14a der Längsrippen 14 sind in einem Radius R gerundet. Der Radius R weist vorzugsweise den grösstmöglichen Wert, beispielsweise die halbe Rippenbreite b, auf.
Die Oberkante 18a der Querrippe 18 weist vorzugsweise einen genügend kleinen Krümmungsradius r auf, um eine Strömungsablösung der parallel zu den Längsrippen 14 von der Auslass- zur Einlassseite über die Kol- benoberfläche 5 streichenden Luftströmung 13a zu gewährleisten, was zu einer Aufrichtung der Strömungsrichtung im mittleren Bereich des Zylinders 1 führt (Fig. 3). Auf der Einlassseite bildet sich durch die Strömungsablösung ein zweiter Wirbel 13b mit umgekehrtem Drehsinn aus, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Der Drehimpuls dieses Wirbels 13b wird durch den in den Brennraum 6 eintretenden Einspritzstrahl 19c weiter angefacht, so dass sich schliesslich in Brennraummitte eine aufwärtsgerichtete Strömung und im Bereich der zentralen Zündkerze
11 ein Staupunkt ausbildet.
Die Symmetrieachse 19b des Einspritzstrahles 19c schliesst dabei mit der Motorlängsebene 17 einen Winkel a zwischen 300 und 600 ein. Der Kegelwinkel ss des Einspritzstahles 19c beträgt zwischen 30 und 90 , vorzugsweise 60 . Die Austrittsöff-
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nung 19a ist von der Zylinderachse 15a in einem Abstand 19d entfernt angeordnet, der etwa zwischen 0, 3 und 0, 55 mal dem Kolbendurchmesser D beträgt.
Da der Bereich ausserhalb der Längsrippen 14 keine Querrippe 18 aufweist, ist über der Kolbenfläche 5 eine ungestörte Strömung 13c der Luft in Richtung zur Einlassseite des Motors möglich, die dort durch die Zylinderwand la zur Zylindermitte und damit an den dort eintretenden Einspritzstrahl 19c herangeführt wird. Diese Strömung entspricht der auch bei Kolben mit ebener Kolbenoberfläche zu beobachtenden (0- Tumble-Charakteristik.
In der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführung liegt die Querrippe 18 auf der Auslassseite und die Längsrippen 14 sind annähernd symmetrisch zur Motorlängsebene 17 ausgebildet.
Die Form und Richtung der Gemischwolke 20 kann wesentlich durch die Lage der Querrippe 18 beeinflusst werden. Wird die Querrippe 18 - wie in Fig. 5 gezeigt-auf der Einlassseite angeordnet, so bleibt die Gemischwolke 20 überwiegend in der einlassseitigen Zylinderhälfte. Wird die Kolbenoberfläche 5a zwischen den Längsrippen 14 flacher, also mit grö- sserem Rundungsradius ausgeführt, so bildet sich eine flachere Form der Gemischwolke 20 (siehe Fig. 6).
Die erfindungsgemässe Kolbenform kann auch bei Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlassventilen 9 angewendet werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Einspritzdüse 19 asymmetrisch, also zwischen einem äusseren und dem mittleren Einlasskanal 7 angeordnet ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist.