DE10041424C2

DE10041424C2 - Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

Info

Publication number: DE10041424C2
Application number: DE10041424A
Authority: DE
Inventors: Walter Piock
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: AT3751U1; DE10041424A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zumindest einem hin- und hergehenden Kolben, mit einer Zündeinrichtung und mindestens einer Kraftstoffeinbringungseinrichtung pro Zylinder zur direkten Kraftstoffein bringung im wesentlichen in Richtung Zündeinrichtung, sowie mit zumindest ei nem eine Drallströmung im dachförmig begrenzten Brennraum erzeugenden Einlasskanal, wobei eine Kolbenoberfläche eine die Drallbewegung der Zylinder ladung unterstützende, asymmetrische, bogenförmige Leitrippe aufweist, welche durch eine Anformung an der Kolbenoberfläche gebildet ist, die die dachförmige Begrenzung des Brennraumes weitgehend nachbildet, und eine im wesentlichen zentral ausgebildete Brennraummulde, welche durch eine innere, von der Leit rippe gebildete Strömungsleitfläche begrenzt ist, sowie einen im Bereich der Kraftstoffeinbringungseinrichtung liegenden Muldeneinlauf aufweist, wobei die Leitrippe in Richtung der Drallströmung ein sich in Breite und Höhe verjüngendes Ende aufweist.

Ständig steigende Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch und die Reduktion der Abgasemissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe, erfordern den Ein satz neuer Technologien im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen. Durch den heute üblichen Einsatz einer externen Gemischbildung bei Otto-Motoren, wie z. B. durch die Verwendung einer Saugrohreinspritzung oder eines Vergasers, strömt ein Teil des in den Brennraum und Zylinder eingesaugten Gemisches während der Ventilüberschneidungsphase, wenn Auslass- und Einlassventil gleichzeitig offen sind, in den Auspufftrakt der Brennkraftmaschine. Ein nicht unerheblicher Teil der messbaren unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Auspufftrakt stammt auch von Gemischteilen, die sich während der Verbrennung in Ringspalten oder wandnahen Bereichen, wo keine Verbrennung stattfindet, aufhalten. Zu diesen genannten Punkten kommt die notwendige Homogenisierung der Zylinderladung bei einem annähernd stöchiometrischen Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft hinzu, welches eine sichere und aussetzerfreie Verbrennung sicherstellt. Dies bedingt eine Regelung der Motorlast mit Hilfe eines Drosselorganes zur Begren zung der insgesamt angesaugten Gemischmenge (Quantitätsregelung).

Diese Drosselung der Ansaugströmung führt zu einem thermodynamischen Ver lust, der den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Das Potential zur Verbrauchsreduzierung der Verbrennungskraftmaschine bei Umge hung dieser Drosselung kann auf etwa 20% geschätzt werden.

Um diese Nachteile zu verhindern bzw. zu vermindern, werden schon seit langem Versuche unternommen, fremdgezündete Verbrennungskraftmaschinen ungedrosselt zu betreiben und den Kraftstoff erst nach Beendigung der Luftansaugung wie bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine innerhalb des Brennraums und Zylinders oder einer unmittelbar angeschlossenen Mischkammer einzubrin gen.

Dabei sind grundsätzlich drei Gemischbildungssysteme zu unterscheiden:

- Flüssigkeitshochdruckeinspritzung
- Luftunterstützte Kraftstoffeinbringung
- Gemischeinblasung.

Aus SAE 780699 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Kraftstoff mittels einer Hochdruckeinspritzdüse direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die notwendige Zeit für die Aufbereitung des Gemisches be grenzt den zeitlichen Minimalabstand zwischen Einspritzzeitpunkt und Zündzeit punkt. Es ist ein hohes Druckniveau für den Einspritzvorgang notwendig, um ei nerseits kurze Einspritzzeiten und andererseits eine gute Zerstäubung des Kraft stoffes mit entsprechend kleinem Tropfenspektrum zu erhalten. Die Aufbereitung und Dosierung des Kraftstoffes findet gleichzeitig statt. Um nur ein örtlich be grenztes Gebiet mit brennbarem Kraftstoff-Luftgemisch zu erhalten ist es ande rerseits notwendig, erst sehr spät im Motorzyklus den Kraftstoff einzubringen (ggf. erst während der Kompression kurz vor der Zündung), um die Zeit für die Ausbreitung und Verdünnung des Gemisches in der Brennraumluft zu begrenzen. Die Forderungen nach genügend früher Einspritzung für vollständige Kraftstoff verdampfung und möglichst später Einspritzung zur Aufrechterhaltung der Ge mischschichtung stehen daher im Gegensatz zueinander. Die Entwicklungsbemü hungen müssen somit darauf gerichtet sein, einerseits die charakteristische Zeit für die Gemischaufbereitung zu verkürzen und andererseits die charakteristische Zeit der Aufrechterhaltung der gewünschten Gemisch-Schichtung zu verlängern.

Aus SAE 940188 ist das Prinzip eines Einspritzventils bekannt, welches einen ke gelförmigen 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 ebenfalls 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 Drall- oder Tumblebewegung mit maximal ca. 25-30 m/s nur einen deutlich geringeren Impuls auf, weshalb der Einspritzstrahl in einer ersten Phase des Eintritts in den Brennraum nur unwesentlich von der Brennraumströ mung beeinflusst wird.

Es stellt sich unter diesen Voraussetzungen die 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 fol gende Punkte wesentlich

- Die Gemischwolke muss insbesondere bei niedrigen Motorlasten deutlich abgegrenzt bleiben und sich aus thermodynamischen Gründen sowie zur Re duzierung der Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst in der Mitte des Brennraumes befinden.
- Die Verdünnung des eingeblasenen Gemisches auf ein vorzugsweise stöchio metrisches 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 direkteinspritzen den Ottomotor sind neben den Charakteristiken der Einspritzstrahlausbreitung auch die zur Verfügung stehenden Brennraumabmessungen zu berücksichtigen. Für PKW-Ottomotoren typische Hubräume des Einzelzylinders führen zu Boh rungsdurchmessern von ca. 65 bis 100 mm, wobei sich der Kolbenhub in der gleichen Größenordnung bewegt.

Bei einer Anordnung des Einspritzventils im Zylinderkopf in einer maximal ca. 70° zur Zylinderachse geneigten Position steht dem Einspritzstrahl im Falle einer späten Einspritzung kurz vor dem Zündzeitpunkt eine freie Ausbreitungsstrecke von max. 50-60 mm zu Verfügung, bevor der Einspritzstrahl auf die gegenüber liegende Brennraumwand (zumeist die Kolbenoberfläche) auftrifft. In Anbetracht der genannten Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Einspritzstrahls muss daher ein Auftreffen zumindest eines Teils des Kraftstoff-Sprays auf der Kolbenoberflä che erwartet werden. Die Gestaltung der Brennrauminnenströmung sollte daher diesen Vorgang der Wandbenetzung berücksichtigen.

Zur Formung der Gemischwolke und zur Aufbereitung des Kraftstoff-Sprays kön nen 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 Be schleunigung der direkten Verdampfung des Kraftstoff-Sprays vor der Wand berührung.
- Erzeugung eines erhöhten Turbulenzniveaus im Bereich des Einspritzstrahls durch die Brennrauminnenströmung.
- Beschleunigung der Wandfilmverdampfung durch Erzeugung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit am benetzten Bereich der Kolbenoberfläche.

Alle durch die Brennrauminnenströmung erzielbaren Maßnahmen setzen die Ge nerierung eines hohen Ladungsbewegungsniveaus beim Einlassvorgang voraus. Diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten sollten möglichst lange während der Ansaug- und Kompressionsphase erhalten bleiben oder sogar während der Kom pression verstärkt werden. Diese Forderung lässt sich am sinnvollsten durch eine einlassgenerierte Drall- oder Tumblebewegung der Brennraumluft erreichen. Eine Drallbewegung (Rotation um die Zylinderachse) stellt die stabilste Strömungs struktur in Zylinder dar, was zur geringsten Dissipation der Bewegungsenergie während der Kompression führt. Durch Ausbildung einer gegenüber dem Zylin derdurchmesser kleineren Kolbenmulde lässt sich während der Kompression auf grund der Drallerhaltung eine Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit des Drall wirbels erzielen.

Ein einlassgenerierter Tumblewirbel (Rotation um eine zur Kurbelwelle parallele Achse) zeigt einerseits eine Beschleunigung der Rotation durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche während der Kompression. Andererseits ist der Tumble wirbel im Vergleich zum Drall instabiler und neigt zum Zerfall in komplexere Se kundärwirbel. In der Endphase der Kompression ist bei genügend flachem Ven tilwinkel (eines typischen Vierventil-Brennraums) ein starker Zerfall des Tumble wirbels in kleinere stochastisch verteilte Wirbel zu beobachten.

Aus der AT 001 392 U1 ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zu mindest einem hin- und hergehenden Kolben mit einer Kolbenmulde bekannt, welche die einlassgenerierte Drallströmung bei der Aufwärtsbewegung des Kol bens beschleunigt. Die Kolbenmulde ist dabei asymmetrisch gestaltet und weist einen Einlaufbereich mit zunehmender Muldentiefe, einen Zentralbereich mit ma ximaler Muldentiefe und einen Auslaufbereich mit abnehmender Muldentiefe auf. Zwischen dem Auslaufbereich und dem Einlaufbereich ist auf der Seite einer Kraftstoffeinbringungseinrichtung eine keilförmige Einschnürung vorgesehen. Die Form der Kolbenmulde bewirkt, dass einerseits ein Auftreffen der Kraftstoff strahlen in Richtung der mittig angeordneten Zündkerze umgelenkt wird, und andererseits die Fallströmung während der Kompression durch die Kolbenmul denform derart umgelenkt und beschleunigt wird, so dass im Auftreffbereich der Kraftstoffstrahlen eine auf die Zündkerze gerichtete Strömung mit hoher Ge schwindigkeit erreicht wird. Das Turbulenzniveau reicht allerdings nicht aus, um bei jeder Drehzahl eine sichere Entflammung des Kraftstoffes sicher zu stellen.

Aus der JP 7-102976 A ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit einer einzigen bogenförmigen Leitrippe bekannt, welche die Drallströmung in den Bereich der mittig angeordneten Zündkerze lenkt. Der Kraftstoff wird dabei in einen von den konkaven Leitflächen der Leitrippen begrenzten, muldenförmi gen Bereich der Kolbenstirnfläche durch eine am Rand des Brennraumdaches angeordnete Einspritzdüse eingespritzt. Durch die seitliche Einspritzung zur Zy linderachse hin werden die Kraftstoffteilchen allerdings über die Leitrippe hin weggeschleudert und in einen durch eine konvexe Leitfläche der Leitrippe und den Kolbenrand begrenzten Bereich abgelenkt. Die abgelenkten Kraftstoffteilchen müssen erst wieder durch die Drallströmung in den Bereich der Zündkerze ge führt werden, wobei ein relativ langer, sich über einen Winkelbereich von mehr als 180° erstreckender Strömungsweg entlang des Kolbenrandes zurückgelegt werden muss. Dies bewirkt, dass die abgelenkten Kraftstoffteilchen erst zu einem relativ späten Zeitpunkt im Bereich der Zündkerze eintreffen und für die Ent flammung des Gemisches nicht mehr zur Verfügung stehen. Dies wirkt sich nachteilig für die Kohlenwasserstoffemissionen und für den Kraftstoffverbrauch aus.

Die EP 0 639 703 A1 zeigt einen Kolben für eine fremdgezündete Brennkraftma schine mit einer Kolbenmulde. Der Kolben weist eine Ausnehmung unter der Zündkerze auf, um eine Kollision des Kolbens mit der Zündkerze zu vermeiden. Die Ausnehmung hat jedoch von der Form und Dimensionierung nur wenig Ein fluss auf die Gemischaufbereitung.

Aus der AT 002 378 U1 ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung der ein gangs genannten Art bekannt. Aufgrund der Nachbildung des zylinderkopfseiti gen Brennraumdaches durch die auf der Kolbenoberfläche ausgebildete Leitrippe und der nahezu zentral angeordneten, ausgeprägten Brennraummulde kommt es zu einem Zurückschieben der über die Brennraummulde und Leitrippe hinweg strömenden (vagabundierenden) Kraftstoffteilchen durch eine sich zwischen der Kolbenoberfläche und dem Brennraumdach ausbildenden Quetschströmung. Dies trägt zur Verbesserung der Zerstäubung und der Entflammung des Kraftstoffes bei.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs ge nannten Art eine weitere Verbesserung der Zerstäubung und der Entflammung des Kraftstoffes zu erzielen.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die Leitrippe im Bereich der Zünd einrichtung eine Tasche aufweist, welche am Übergang zu der durch die Leitrippe gebildeten Strömungsleitflächen zumindest eine scharfe Kante ausbildet, und dass an der Kolbenoberfläche einlassseitige und auslassseitige Quetschflächen ausgebildet sind, wobei die Leitrippe im Anschluss an diese Quetschflächen je weils dachförmige Begrenzungsflächen aufweist, welche vorzugsweise durch eine zur Kolbenoberfläche parallele Abflachung verbunden sind. Durch die im Bereich der Zündeinrichtung im Kolben eingelassene Tasche wird die Führung der ge richteten Drallströmung durch die Strömungsleitfläche der Leitrippe in diesem Bereich unterbrochen und damit eine erhöhte Turbulenz generiert.

In einer Draufsicht auf den Kolben kann die Tasche im wesentlichen die Form eines Kreissegmentes aufweisen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Krüm mungsmittelpunkt M_T der Tasche zu einer Bezugsebene ε eine Exzentrizität X_T aufweist, für welche gilt -0,08.D < X_T < 0,03.D, wobei die Bezugsebene ε durch eine Kolbenbolzenachse und eine Kolbenlängsachse definiert ist und mit D der Kolbendurchmesser bezeichnet ist, sowie dass der Krümmungsmittelpunkt der Tasche eine Exzentrizität Y_T in Bezug auf eine die Kolbenlängsachse enthaltende Normalebene ε' der Bezugsebene ε aufweist, für die gilt -0,08.D < Y_T < 0,08.D.

Vorteilhaft für die Bildung einer starken Turbulenz im Bereich der Zündeinrich tung ist es, wenn der Krümmungsradius R_T der Tasche zwischen 0,05.D und 0,15.D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist. Die Krümmungsmitte der Ta sche befindet sich dabei vorzugsweise im Bereich der Zündeinrichtung. Herstel lungsmäßig besonders einfach ist es, wenn die Mantelfläche der Tasche im we sentlichen als Kugelkalotte ausgeführt ist.

Um eine gute Zündung des Kraftstoffes zu erreichen, ist die Tiefe der Tasche kleiner oder gleich der Tiefe der Brennraummulde ausgeführt. Zwischen dem Bo den der Brennraummulde und dem Boden der Tasche ist vorzugsweise ein Absatz ausgebildet. Die Absatzhöhe T_T beträgt höchstens 0,22.D, wobei D der Kolben durchmesser ist.

Vorteile bei der Fertigung können dann erreicht werden, wenn die Wand der Ta sche zur Kolbenlängsachse einen Winkel γ zwischen -10° und +10° aufweist. Die Wandfläche der Tasche kann somit eine Hinterschneidung bis zu etwa 10° auf weisen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausge hend vom Muldeneinlauf ein um das sich verjüngende Ende der Leitrippe herum geführter Muldenzulauf vorgesehen ist, welcher als in die Kolbenoberfläche ein gearbeitete rinnenartige Vertiefung ausgeführt ist. Durch diese Maßnahme kommt es zu einer weiteren Beschleunigung der Drallströmung Richtung Mulden einlauf, wobei die auslassseitige Quetschströmung ausgenützt wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Flächenschwerpunkt z der Brenn raummulde in der Ebene der Kolbenoberfläche zu einer Bezugsebene ε eine Ex zentrizität E_h aufweist, für welche gilt 0,03.D < E_V < 0,23.D, wobei die Bezugs ebene ε durch die Kolbenbolzenachse und die Kolbenlängsachse definiert ist und mit D der Kolbendurchmesser bezeichnet ist. Die Exzentrizität E_s im Bezug auf eine die Kolbenlängsachse enthaltende Normalebene ε' der Bezugsebene ε kann zwischen -0,03.D und +0,12.D liegen, wobei vorzugsweise eine Verschiebung der Brennraummulde von Vorteil ist, welche in Fig. 4 nach oben erfolgt.

Herstellungstechnische Vorteile ergeben sich insbesondere dann, wenn die Brennraummulde im wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.

Zur Ausbildung einer hohen Drallströmung entlang der Strömungsleitflächen der Leitrippe ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser D_m der Brennraummulde zwi schen 0,4.D und 0,6.D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist. Die Tiefe T_m der Brennraummulde liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1.D und 0,25.D.

Um zu gewährleisten, dass bei jeder Drehzahl eine genügend hohe Drallströmung ausgebildet werden kann, ist vorgesehen, dass der Anfang der Leitrippe so ange ordnet ist, dass gilt: 20° < α < 70°, wobei α der im Uhrzeigersinn um die Kol benlängsachse gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene ε und dem An fangsbereich der Leitrippe ist. Das sich verjüngende Ende der Leitrippe ist dabei so angeordnet, dass gilt: 120° < β < 170°, wobei β der im Uhrzeigersinn um die Kolbenlängsachse gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene ε und dem Ende der Leitrippe ist.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die innere Strömungsleitfläche der Leit rippe zur Kolbenlängsachse einen Winkel δ zwischen -5° und 20° aufweist. Es sind somit Hinterschneidungen der Strömungsleitfläche bis zu 20° vorgesehen, um die Gemischwolke in der Brennraummulde zu halten.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tiefe T_m der Brenn raummulde größer ist als jene des rinnenartigen Muldenzulaufs.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 bzw. Fig. 4,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Kolbens der Brennkraftmaschine in einer Schnittführung gemäß Linie III-III in Fig. 4,

Fig. 4 und 5 Draufsichten auf den Kolben.

In einem Zylinder 1 ist ein hin- und hergehender Kolben 2 angeordnet. Die Kol benoberfläche 3 bildet zusammen mit der im Zylinderkopf 4 dachförmig ausge bildeten Brennraumdeckfläche 5 einen Brennraum 6 aus, in welchen eine Zünd einrichtung 8 einmündet. Die Mündung 10 einer Kraftstoffeinbringungseinrich tung 9 befindet sich am Rand des Brennraumes 6. Die Längsachse der Kraftstoff einbringungseinrichtung 9 ist mit 11 bezeichnet, der Winkel ϕ zwischen der Längsachse 11 und der Ebene des Zylinderkopfes 4 beträgt 25 bis 60°. Die Kraft stoffeinbringungseinrichtung 9 ist so angeordnet, dass ein eingespritzter Kraft stoffstrahl 12 im wesentlichen zur Zündeinrichtung 8 gerichtet ist, und der Kraft stoffstrahl 12 etwa im Bereich der Brennraummulde 14 des Kolben 2 auf dessen Oberfläche 3 auftrifft. Für die folgenden Winkel- und Entfernungsangaben wird eine Bezugsebene ε eingeführt, welche durch die Kolbenbolzenachse 2' und die Kolbenlängsachse 7 aufgespannt wird. Die Ebene ε' enthält die Kolbenlängs achse 7 und steht normal auf die Bezugsebene ε (siehe Fig. 1 bzw. Fig. 2 und 4).

Wie aus den Fig. 1 bis 5 ersichtlich, ist an der Kolbenoberfläche 3 eine die Drallbewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bogenför mige Leitrippe 13 angeformt, welche in ihrer äußeren Kontur die dachförmige Begrenzung des Brennraum 6 weitgehend nachbildet ist, und die im wesentlichen zentral ausgebildete Brennraummulde 14 sowie einen im Bereich der Kraftstoff einbringungseinrichtung 9 liegenden Muldeneinlauf 15 aufweist. In Richtung der mit 16 bezeichneten Drallströmung (siehe Fig. 5) weist die Leitrippe 13 ein sich in Breite und Höhe verjüngendes Ende 17 auf.

Weiters ist ausgehend vom Muldeneinlauf 15 ein um das sich verjüngende Ende 17 der Leitrippe 13 herumgeführter Muldenzulauf 18 vorgesehen, welcher als rinnenartige Vertiefung 19 in die Kolbenoberfläche 3 eingearbeitet ist.

Die ebenen Teile der Kolbenoberfläche 3 verbreitern sich einlassseitig und aus lassseitig zu Quetschflächen 20, 21, wobei die Leitrippe 13 im Anschluss an diese Quetschflächen jeweils dachförmige Begrenzungsflächen 22, 23 aufweist, welche durch eine zur Kolbenoberfläche 3 parallele Abflachung 24 miteinander verbun den sein können.

Im Bereich der Zündeinrichtung 8 weist die Kolbenoberfläche 3 eine Tasche 25 auf, welche mit der Brennraummulde 14 verbunden ist. Die Wand 26 der Tasche 25 schneidet sich scharfkantig mit den Strömungsleitflächen 13' der Brenn raummulde 14. Die entsprechenden Kanten sind in den Fig. 4 und 5 mit Be zugszeichen 27 und 28 bezeichnet. Dadurch kommt es im Bereich der Kanten 27 und 28 zu einer Unterbrechung der Führung der gerichteten Drallströmung 16, wodurch eine erhöhte Turbulenz im Bereich der Zündeinrichtung 8 entsteht. Der Bereich der Turbulenz ist mit Bezugszeichen 16a in Fig. 5 angedeutet.

Die Tasche 25 kann in einer Draufsicht auf den Kolben 2 eine kreissegmentartige Form aufweisen. Eine besonders einfache Herstellung ergibt sich, wenn die Wände 26 der Tasche 25 im wesentlichen die Form einer Kreiskalotte haben.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich weist die Erfindung fol gende Merkmale auf:

Muldendurchmesser D_m	0,4.D < D_m < 0,6.D
Tiefe der Mulde T_m	0,1.D < T_m < 0,25.D
Tiefe unter der Quetschfläche T_uq	0,02.D < T_uq < 0,15.D
Breite der Leitrippe B	0,06.D < B < 0,15.D
Exzentrizität E_s	-0,03.D < E_s < +0,12.D
Exzentrizität E_v	0,03.D < E_v < 0,23.D
Leitrippenanfang	20° < α < 70°
Leitrippenende	120° < β < 170°
Neigung der Strömungsleitfläche	-5° < δ < 15°
Taschenkrümmungsradius R_T	0,05.D < R_T < 0,15.D
Exzentrizität Y_T	-0,08.D < Y_T < 0,08.D
Exzentrizität X_T	-0,08.D < X_T < 0,03.D
Absatzhöhe T_T	0 < T_T < 0,22.D
Neigung der Taschenwand 26	-10° < γ < 10°

Die Angaben über die Exzentrizität Y_T und X_T beziehen sich auf den Krümmungs mittelpunkt M_T der Tasche 25. Im dargestellten Beispiel (Fig. 4) beträgt die Ex zentrizität X_T ca. -0,04.D und die Exzentrizität Y_T allenfalls ca. -0,04.D.

Die Angaben über die Exzentrizität E_s und E_v beziehen sich auf den Flächen schwerpunkt z der Brennraummulde 14 in der Ebene der Kolbenoberfläche 3. Die Brennraummulde 14 kann auch im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein. Mit D wird jeweils der Kolbendurchmesser bezeichnet. Die Winkelangaben im Zu sammenhang mit dem Anfang und dem Ende 17 der Leitrippe 13 werden aus gehend von der Bezugsebene ε im Uhrzeigersinn um die Kolbenlängsachse 7 ge messen. Die innere Strömungsleitfläche 13', welche die Brennraummulde be grenzt, kann nach außen (δ < 5°) oder nach innen (δ < 15°) geneigt sein.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zumindest einem hin- und hergehenden Kolben (2), mit einer Zündeinrichtung (8) und mindestens ei ner Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9) pro Zylinder zur direkten Kraft stoffeinbringung im wesentlichen in Richtung Zündeinrichtung (8), sowie mit zumindest einem eine Drallströmung im dachförmig begrenzten Brenn raum (6) erzeugenden Einlasskanal, wobei eine Kolbenoberfläche (3) eine die Drallbewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bo genförmige Leitrippe (13) aufweist, welche durch eine Anformung an der Kolbenoberfläche (3) gebildet ist, die die dachförmige Begrenzung des Brennraumes (6) weitgehend nachbildet, und eine im wesentlichen zentral ausgebildete Brennraummulde (14), welche durch eine innere, von der Leitrippe (13) gebildete Strömungsleitfläche (13') begrenzt ist, sowie einen im Bereich der Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9) liegenden Muldenein lauf (15) aufweist, wobei die Leitrippe (13) in Richtung der Drallströmung ein sich in Breite und Höhe verjüngendes Ende (17) aufweist, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitrippe (13) im Bereich der Zündeinrichtung (8) eine Tasche (25) aufweist, welche am Übergang zu der durch die Leit rippe (13) gebildeten Strömungsleitflächen (13') zumindest eine scharfe Kante (27, 28) ausbildet, und dass an der Kolbenoberfläche (3) einlasssei tige und auslassseitige Quetschflächen (20, 21) ausgebildet sind, wobei die Leitrippe (13) im Anschluss an diese Quetschflächen jeweils dachförmige Begrenzungsflächen (22, 23) aufweist, welche vorzugsweise durch eine zur Kolbenoberfläche (3) parallele Abflachung (24) verbunden sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (25) im wesentlichen kreissegmentförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsmittelpunkt M_T der Tasche (25) zu einer Bezugsebene ε eine Exzentrizität X_T aufweist, für welche gilt -0,08.D < X_T < 0,03.D, wobei die Bezugsebene ε durch eine Kolbenbolzenachse (2') und eine Kolben längsachse (7) definiert ist und mit D der Kolbendurchmesser bezeichnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der Krümmungsmittelpunkt der Tasche (25) eine Exzentri zität Y_T in Bezug auf eine die Kolbenlängsachse (7) enthaltende Normal ebene ε' der Bezugsebene ε aufweist, für die gilt -0,08.D < Y_T < 0,08.D.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Krümmungsradius R_T der Tasche (25) zwischen 0,05.D und 0,15.D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Tiefe der Tasche (25) kleiner oder gleich der Tiefe T_m der Brennraummulde (14) ist, wobei vorzugsweise ein zwischen Tasche und Brennraummulde gebildeter Absatz eine Absatzhöhe T_T aufweist, die maxi mal 0,22 mal dem Kolbendurchmesser D ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Wand (26) der Tasche (25) zur Kolbenlängsachse (7) einen Winkel γ zwischen -10° und +10° aufweist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass ausgehend vom Muldeneinlauf (15) ein um das sich verjün gende Ende (17) der Leitrippe (13) herumgeführter Muldenzulauf (18) vor gesehen ist, welcher als in die Kolbenoberfläche (3) eingearbeitete rinnen artige Vertiefung (19) ausgeführt ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass der Flächenschwerpunkt z der Brennraummulde (14) in der Ebene der Kolbenoberfläche (3) zu einer Bezugsebene ε eine Exzentrizität E_V aufweist, für welche gilt 0,03.D < E_V < 0,23.D, wobei die Bezugsebene ε durch die Kolbenbolzenachse (2') und die Kolbenlängsachse (7) definiert ist und mit D der Kolbendurchmesser bezeichnet ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenschwerpunkt z der Brennraummulde (14) eine Exzentrizität E_S im Bezug auf eine die Kolbenlängsachse (7) enthaltende Normalebene ε' der Bezugsebene ε aufweist, für die gilt -0,03.D < E_S < +0,12.D.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die Brennraummulde (14) im wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass der Durchmesser D_m der Brennraummulde (14) zwischen 0,4.D und 0,6.D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die Tiefe T_m der Brennraummulde (14) zwischen 0,1.D und 0,25.D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist.

14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der Anfang der Leitrippe (13) so angeordnet ist, dass gilt: 20° < α < 70°, wobei α der im Uhrzeigersinn um die Kolbenlängsachse (7) gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene ε und dem Anfangsbereich der Leitrippe (13) ist.

15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, dass das sich verjüngende Ende (17) der Leitrippe (13) so ange ordnet ist, dass gilt: 120° < β < 170°, wobei β der im Uhrzeigersinn um die Kolbenlängsachse (7) gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene ε und dem Ende (17) der Leitrippe (13) ist.

16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die innere Strömungsleitfläche (13') der Leitrippe (13) zur Kolbenlängsachse (7) einen Winkel 6 zwischen -5° und 20° aufweist.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, dass die Tiefe T_m der Brennraummulde (14) größer ist als jene des rinnenartigen Muldenzulaufs (18).