AT1564U1 - Viertakt-brennkraftmaschine mit fremdzündung - Google Patents

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AT1564U1
AT1564U1 AT0053496U AT53496U AT1564U1 AT 1564 U1 AT1564 U1 AT 1564U1 AT 0053496 U AT0053496 U AT 0053496U AT 53496 U AT53496 U AT 53496U AT 1564 U1 AT1564 U1 AT 1564U1
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stroke internal
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Martin Dipl Ing Dr Wirth
Walter Dr Piock
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Avl Verbrennungskraft Messtech
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

Um bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und direkter Einspritzung die Strömung zur Realisierung einer optimalen Verbrennung günstig zu beeinflussen ist vorgesehen, daß die Kolbenfläche (5) jedes Kolbens (2) eine im wesentlichen T-förmige Leitrippenanordnung (12) aufweist, welche aus einer Längsrippe (14) quer zur Kurbelwellenachse (15) und einer Querrippe (18) in Richtung der Kurbelwellenachse (15) besteht.

Description


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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 einem Auslassventil und 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 in den Brennraum mündenden 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 erreichen 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 dem 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 

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 des in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Sprays.

   Demgegenüber weist die Luftströmung im Brennraum, selbst bei starker einlassgenerierter 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 
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 und sich aus thermodynamischen Gründen sowie zur Reduzierung der Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst in der Mitte des Brennraumes befinden.   o   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 Bohrungsdurchmessem 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 : 
 EMI3.2 
 Kolbenoberfläche. 



  . Hoher Einspritzdruck zur Verbesserung der Zerstäubung und damit zur Beschleunigung der direkten Verdampfung des Kraftstoff-Sprays vor der Wandberührung. 

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 . Erzeugung eines erhöhten Turbulenzniveaus im Bereich des Einspritzstrahls durch die Brennrauminnenströmung. 



  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 0 694 682 Al ist eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung bekannt, bei welcher durch die Ausformung der Einlasskanäle eine 
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 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 umzulenken. Der Drallströmung kommt die Aufgabe zu. den von der Muldenkante umgelenkten 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 
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 Einspritzdüse im Zylinderkopf untergebracht werden muss, wobei diese in etwa mit der Zündkerze vergleichbare Dimensionen aufweist. 



   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. Hier ist insbesondere die Anordnung der Einspritzdüse in der Brennraumdachfläche seitlich zwischen einem   Einlass- und   einem Auslassventil vorteilhaft.

   Diese Anordnung bedingt zwar einen vergrösserten konstruktiven Aufwand bei der Integration der Einspritzdüse in die Struktur des Zylinderkopfes, andererseits bleibt bei dieser Düsenposition die Gestaltung der Einlasskanäle unbeeinflusst von den Bedürfnissen des Düseneinbaus. Um eine möglichst grosse Neigung des Einspritzstrahles zur Zylindermitte auch bei beschränktem Neigungswinkel der Düse zu erreichen, erscheint hier auch die Verwendung von Einspritzdüsen sinnvoll, bei denen die Symmetrieachse des Einspritzstrahls gegenüber der Symmetrieachse der Düse geneigt ist. 



   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 
 EMI5.1 
 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 

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 Tumbleströmung im Zylinderraum der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wobei insbesonders folgende Aufgaben erfüllt werden sollen :   Unterstützung   der Ausbildung der Tumblegrundströmung während der Ansaugphase. 



  . Effiziente Umsetzung der Tumblegrundströmung in erhöhte Turbulenz in der Spätphase der Kompression. 



    *   Umlenkung des Einspritzstrahls zur Zündkerze. 



    *   Führung der Gemischströmung zur weitestmöglichen Begrenzung der zyklischen
Schwankungen der Gemischverteilung. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Kolben an seiner brennraumseitigen Oberfläche eine im wesentlichen T-förmige Anordnung von Strömungsleitrippen aufweist, von welchen eine Längsrippe in Richtung quer zur Kurbelwellenachse angeordnet ist und eine von der Zylinderachse beabstandete Querrippe etwa in Richtung der Kurbelwellenachse verläuft und vorzugsweise in zumindest einem Punkt etwa parallel zur Kurbelwellenachse angeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Zylinderkopf im Bereich der Motorlängsebene vorgesehen ist und vorzugsweise die Kolbenoberfläche zwischen den Leitrippen und der Kolbenaussenkante eine kontinuierlich   gekrümmte,   konkave Form annimmt und der Einspritzstrahl auf einen dieser konkav ausgebildeten Bereiche gerichtet ist. 



   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-Tumble 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. 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 des quer zu der Längsrippe zur Zylindermitte 
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 Radius der Rundung der Längsrippe vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm beträgt und besonders vorzugsweise seinen kleinsten Wert im Bereich der Motorlängsebene annimmt. 



   In einer möglichen Ausgestaltung wird eine asymmetrische Brennraumströmung erreicht. wenn der in Richtung der Kurbelwellenachse gemessene Abstand der Längsrippe von der Zylinderachse im Bereich der Motorlängsebene höchstens 0, 2 mal dem Kolbendurchmesser, vorzugsweise 0, 1 mal dem Kolbendurchmesser beträgt. Diese Asymmetrie kann auch bei der Einlassströmung berücksichtigt werden, indem der Tumbleströmung eine geringe Drallkomponente überlagert wird, etwa durch asymmetrische Kanalanordnung oder durch leichte Drosselung eines der Ansaugkanäle. 



   Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Längsrippe im Bereich der Einlassseite stetig verlaufend in die Querrippe übergeht. Dies ermöglicht es, während der Ansaugphase die Tumbleströmung zu stabilisieren, wobei es in der oben genannten Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft ist, wenn die Längsrippe in Richtung der Zylinderachse gesehen, einen gekrümmten Verlauf aufweist und vorzugsweise im Bereich der Zylinderachse den grössten Abstand auf eine, die Zylinderachse beinhaltende Normalebene auf die Kurbelwellenachse aufweist. 



   In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Querrippe zumindest überwiegend im Bereich der Einlassseite angeordnet ist und der normal zur
Motorlängsebene gemessene Abstand der Querrippe von der Zylinderachse zwischen 0, 1 und
0, 45 mal dem Kolbendurchmesser beträgt. 



   Zur Erzielung eines optimalen Lenkungseffekts für die Strömung ist es weiters vorteilhaft, wenn die Längsrippe zumindest teilweise die grösste mögliche Höhe aufweist.
Diese wird durch die Kontur des Brennraumdaches bei Stellung des Kolbens im oberen
Totpunkt und durch den nötigen Freigang der Ventile begrenzt. Da die Längsrippe sich nahe 
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 Brennraum für den kurzen Zeitraum um den oberen Totpunkt quasi in zwei Teilräume geteilt, wobei die Einbringung des Kraftstoffes in nur einen dieser Teilräume erfolgt. Dies unterstützt die Schichtladefähigkeit dieses Brennverfahrens. 



   Zur Ausbildung einer optimalen Strömungsform ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnung der Einspritzeinrichtung im Bereich zwischen einem Einlassventil und einem   Auslassventil   angeordnet ist und einen radialen Abstand von mindestens 0. 3 mal dem Kolbendurchmesser und maximal 0, 55 mal dem Kolbendurchmesser von der Zylinderachse aufweist. 

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   Die Symmetrieachse des von der Einspritzeinrichtung erzeugten Einspritzstrahles weist dabei im bevorzugten Fall mit einer Querebene auf die Kurbelwellenachse einen Winkel von mindestens   300 und   maximal   600,   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 
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 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 in einem Schnitt entsprechend 
 EMI8.2 
 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. Das Bezugszeichen la bezeichnet die Zylinderwand. 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 
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 schrägliegende Einlassventile und Auslassventile durch strichlierte Linien angedeutet. 



  Bezugszeichen 11 bezeichnet eine mittig angeordnete Zündkerze. Zwischen einem Einlasskanal 7 und einem Auslasskanal 8 ist im Bereich der Motorlängsebene 17 eine, strichliert in Fig. 1 angedeutete Einspritzdüse 19 zur direkten Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum 6 angeordnet. 



   An der Kolbenoberfläche 5 weist der Kolben 2 eine Leitrippenanordnung 12 auf, welche die in den Fig. 4 und 5 mit den Pfeilen   13   angedeutete, als Tumble ausgebildete Zylinderinnenströmung beeinflusst, um einen optimalen Verbrennungsablauf zu erreichen. 
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 ihrer Umlenkung an der Kolbenoberfläche 5, andererseits durch eine Umlenkung bzw. Konzentration des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luftgemisches in einem Teilbereich des Brennraumes 6 bewirkt. 

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   Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist die Leitrippenanordnung 12 eine von der Zylinderachse 15a in einem Abstand 14c entfernte Längsrippe 14 auf. Die Oberkante 14a der Längsrippe weist-im Grundriss betrachtet - zumindest in einem Punkt eine zur Normalebene 16 parallele Tangente 14b auf, wie Fig. 4 zeigt. Durch die Längsrippe 14 wird die Ausbildung von Querkomponenten der Tumbleströmung bei deren Umlenkung am Kolben 2 verhindert und andererseits die Gemischwolke 20 begrenzt. 



   Zusätzlich zur Längsrippe 14 ist eine Querrippe 18 vorgesehen, die aus den Teilrippen 18'und 18"besteht und die einen normalen Abstand 18c zur Motorlängsebene 17 aufweist. Die Oberkante 18a der Querrippe 18 weist-im Grundriss betrachtet - zumindest in einem Punkt eine zur Motorlängsebene 17 parallele Tangente 18b auf. Die mit der Längsrippe 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 Sekundärstrukturen und zur Intensivierung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Tumblewirbels   13   nahe dem oberen Totpunkt bei. 



   Die Höhe H der Längsrippe 14 über einer von der Kolbenaussenkante 2a aufgespannten Bezugsebene 2b nimmt vorzugsweise das maximal mögliche Mass an, welches durch die 
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 und den nötigen Freigang der Ventile 9,10 begrenzt wird. Die Höhe h der Querrippe 18 ist geringer als die maximale Höhe H der Längsrippe 14. 



   Die Längsrippe 14 und die Querrippe 18 bildet - in Richtung der Zylinderachse 15a   betrachtet - annähernd   die Form des   Buchstabens T".   



   Wie in Fig. 2 ersichtlich, weist die Kolbenoberfläche 5 zwischen der Längsrippe 14 bzw. der Querrippe 18 und der Kolbenaussenkante 2a kontinuierlich gerundete und konkav ausgeführte Bereiche 5a auf und kann zumindest teilweise unterhalb der von der Kolbenaussenkante 2a aufgespannten Bezugsebene 2b liegen. Die Oberkante 18a der Querrippe 18 ist mit einem Radius r ausgeführt. Die Oberkante 14a der Längsrippe 14 weist vorzugsweise einen genügend kleinen   Krümmungsradius R   auf, um eine Strömungsablösung des etwa parallel zur Motorlängsebene 17 zur Zylindermitte vordringenden Kraftstoffstrahles 19c und der mit ihm mitgerissenen Luftströmung 13a zu gewährleisten, was zu einer Aufrichtung der Strömungsrichtung im mittleren Bereich des Zylinders   l   führt (Fig. 3).

   Auf der Einlassseite bildet sich durch die Annäherung des Kolbens an die Brennraumdeckfläche im oberen Totpunkt eine Quetschströmung aus, wie durch die Pfeile 13b angedeutet ist. Die
Symmetrieachse 19b des Einspritzstrahles 19c schliesst dabei mit der Normalebene 16 einen 

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 Winkel a zwischen 30  und   600 ein.   Der Kegelwinkel ss des Einspritzstahles 19c beträgt zwischen 30  und 90 , vorzugsweise 60 . Mit 19a ist die Austrittsöffnung der Einspritzeinrichtung 19 bezeichnet, welche zur Normalebene 16 einen Abstand 19d aufweist. 



  Aus Fig. 3 ist zu erkennen, dass die Gemischwolke 20 zur Zündeinrichtung 11 gelenkt wird. 



   Die erfindungsgemässe Kolbenform kann auch bei Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlassventilen 9 angewendet werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Einspritzdüse 19 in einem Abstand   19e   von der Motorlängsebene 17 entfernt angeordnet.

Claims (13)

  1. ANSPRÜCHE 1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und direkter Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum (6), mit einem hin- und hergehenden Kolben (2) pro Zylinder (l) und einer dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche (3) mit mindestens einem Auslassventil und mindestens zwei Einlassventilen (9) sowie mit im Brennraum (6) eine Tumbleströmung (13) erzeugenden und auf einer Seite der durch die EMI11.1 (7),Kraftstoffeinspritzeinrichtung (19) und einer im Bereich der Zylinderachse (15a) in der Brennraumdeckfläche (3) angeordneten Zündquelle (11), dadurch gekennzeichnet, dass EMI11.2 der Zylinderachse (15a) beabstandete Querrippe (18) etwa in Richtung der Kurbelwellenachse (15)
    verläuft und vorzugsweise in zumindest einem Punkt etwa parallel zur Kurbelwellenachse (15) angeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (19) im Zylinderkopf im Bereich der Motorlängsebene (17) vorgesehen ist und vorzugsweise die Kolbenoberfläche (5) zwischen den Leitrippen (14,18) und der Kolbenaussenkante (2a) eine kontinuierlich gekrümmte, konkave Form annimmt und der Einspritzstrahl (19c) auf einen dieser konkav ausgebildeten Bereiche (5a) gerichtet ist.
  2. 2. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenoberfläche (5) teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenaussenkante (2a) aufgespannten Bezugsebene (2b) liegt.
  3. 3. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (14) eine gerundete Oberkante (14a) aufweist, deren Rundung direkt in die anschliessende konkave Kolbenoberfläche (5a) übergeht, wobei der Radius (R) der Rundung der Längsrippe (14) vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm beträgt und besonders vorzugsweise seinen kleinsten Wert im Bereich der Motorlängsebene (17) annimmt. <Desc/Clms Page number 12>
  4. 4. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch EMI12.1 Motorlängsebene (17) höchstens 0, 2 mal dem Kolbendurchmesser (D), vorzugsweise 0, 1 mal dem Kolbendurchmesser (D) beträgt.
  5. 5. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (14) im Bereich der Einlassseite stetig verlaufend in eine Teilrippe (18') der Querrippe (18) übergeht.
  6. 6. Viertaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (14) in Richtung der Zylinderachse (15a) gesehen, einen gekrümmten Verlauf aufweist und vorzugsweise im Bereich der Zylinderachse (15a) den grössten Abstand (14c) auf eine, die Zylinderachse (15a) beinhaltende Normalebene (16) auf die Kurbelwellenachse (15) aufweist.
  7. 7. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querrippe (18) zumindest überwiegend im Bereich der Einlassseite angeordnet ist.
  8. 8. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der normal zur Motorlängsebene (17) gemessene Abstand (18c) der Querrippe (18) von der Zylinderachse (15a) zwischen 0, 1 und 0, 45 mal dem Kolbendurchmesser (D) beträgt.
  9. 9. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querrippe (18) auf ihrer ganzen Länge eine geringere Höhe (h) aufweist als die grösste Höhe (H) der Längsrippen (14).
  10. 10. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (14) zumindest teilweise die grösste mögliche Höhe (H) aufweist. die durch die Kontur des Brennraumdaches (3) bei Stellung des <Desc/Clms Page number 13> Kolbens (2) im oberen Totpunkt und den nötigen Freigang der Ventile (8,9) begrenzt wird.
  11. 11. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (19a) der Einspritzeinrichtung (19) im Bereich zwischen einem Eintrittsventil (9) und einem Austrittsventil (10) angeordnet ist und einen radialen Abstand (19d) von mindestens 0, 3 mal dem Kolbendurchmesser (D) und maximal 0, 55 mal dem Kolbendurchmesser (D) von der Zylinderachse (15a) aufweist.
  12. 12. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse (19b) des von der Einspritzeinrichtung (19) erzeugten Einspritzstrahls (19c) mit einer Normalebene (16) auf die Kurbelwellenachse (15) einen Winkel (a) von mindestens 30 und maximal 60 , vorzugsweise etwa 450 einschliesst und in Zylinderachsrichtung gesehen in den Bereich der Zylindermitte gerichtet ist.
  13. 13. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Einspritzeinrichtung (19) erzeugte kegelförmige Einspritzstrahl (19c) einen Kegelwinkel (ss) von mindestens 30 und maximal 90 , vorzugsweise etwa 600 aufweist.
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