DE10106887A1 - Direct-injection internal combustion engine with spark ignition and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Direct-injection internal combustion engine with spark ignition and method for operating such an internal combustion engine

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennraum eines direkteinspritzenden Ottomotors mit einer in der Zylindermittelachse 1 angeordneten Zündkerze 2, einem seitlich im Brennraum angeordneten Injektor 3, einem Kolben 7, Einlaßkanälen, Einlaßventilen 4, 4a, Auslaßventilen 5, 5a und einem eine zur Zylindermittelachse 1 versetzt angeordnete Kolbenmulde 9 aufweisenden Kolbenboden 8, wobei durch den seitlichen Versatz der Kolbenmulde 9 entsprechend dem seitlich versetzten Einspritzstrahl 10 die Gemischwolke im Schichtladebetrieb besser aufgenommen wird. Dabei wird der wesentliche Teil des Kraftstoffs in die Kolbenmulde 9 eingespritzt und durch eine Drallbewegung eine ausreichende Verdampfung des Kraftstoffs erreicht.The invention relates to a combustion chamber of a direct-injection gasoline engine with a spark plug 2 arranged in the cylinder center axis 1, an injector 3 arranged laterally in the combustion chamber, a piston 7, inlet channels, inlet valves 4, 4a, outlet valves 5, 5a and one offset to the cylinder center axis 1 arranged piston bowl 9 having piston crown 8, the mixture cloud being better absorbed in stratified charge operation due to the lateral displacement of the piston bowl 9 in accordance with the laterally offset injection jet 10. The essential part of the fuel is injected into the piston recess 9 and sufficient swirling of the fuel is achieved by a swirling movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer im Bereich einer Zylindermittelachse im Zylinderkopf angeordneten Zündkerze, einem seitlich im Zylinderkopf angeordneten Injektor, einem Kolben und einer zur Zylindermittelachse versetzt im Kolbenboden angeordneten Kolbenmulde sowie ein Verfahren zur inneren Gemischbildung bei einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.The invention relates to a direct injection spark-ignited Internal combustion engine with one in the range Cylinder center axis in the cylinder head arranged spark plug, an injector arranged laterally in the cylinder head, one Piston and one offset to the cylinder central axis in Piston plate arranged piston bowl and a method for internal mixture formation in a direct injection spark ignition internal combustion engine.

Ein direkteinspritzender Motor besitzt üblicherweise mindestens zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile, eine meist in der Mitte des Brennraumdachs angeordnete Zündkerze, einen Kraftstoffinjektor, der zwischen den Einlaßventilen plaziert und gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet ist, sowie einen mit einer Kolbenmulde ausgestatteten Kolben, der den so gebildeten Brennraum nach unten hin begrenzt.A direct injection engine usually has at least one two inlet and two outlet valves, one mostly in the middle arranged on the combustion chamber roof, one Fuel injector placed between the intake valves and is arranged inclined to the horizontal, and a piston equipped with a piston bowl, the so formed combustion chamber limited at the bottom.

Der Motor nutzt im geschichteten Verbrennungsverfahren (der Kraftstoff wird in der Kompressionsphase in den Brennraum eingebracht) zur Gemischbildung bzw. Gemischführung die Kolbenmulde. Dabei findet eine Benetzung des Kolbenbodens mit Kraftstoff statt. Die Verdampfungszeit, die der Ladungswolke im Brennraum bzw. in der Kolbenmulde zur Verfügung steht, ist sehr kurz, so daß eine Drallströmung im Brennraum generiert wird, die den Verdampfungsprozess und den Transport der Gemischwolke zum Zündort unterstützt. Im geschichteten Verbrennungsverfahren muß darauf geachtet werden, daß möglichst der gesamte eingespritzte Kraftstoff als geschichtete Ladungswolke an der Verbrennung teilnimmt und vom Kolbenboden zum Zeitpunkt der Zündung weitestgehend verdampft ist.The engine uses the stratified combustion process (the Fuel is in the compression phase in the combustion chamber introduced) for mixture formation or mixture management Piston bowl. This wets the piston crown Fuel instead. The evaporation time that the charge cloud in the Combustion chamber or available in the piston bowl is very short, so that a swirl flow is generated in the combustion chamber, which the evaporation process and the transport of the mixture cloud to the ignition location. In the stratified combustion process  care must be taken that the entire injected fuel as a stratified charge cloud on the Combustion participates and from the piston crown at the time of Ignition has largely evaporated.

Aus der DE 197 35 863 A1 ist bereits ein solcher Brennraum bekannt. Der hier dargestellte Brennraum wird ebenfalls von einem Kolben begrenzt, der eine Kolbenmulde aufweist. Das Zentrum der Kolbenmulde ist hierbei zur Achse des Zylinders versetzt angeordnet, so daß die mit mehr oder weniger starken Drall in den Zylinder oder den Brennraum einströmende Frischluft in der Kolbenmulde gesammelt, im Bereich der zentral im Zylinder angeordneten Zündkerze verdichtet und schließlich gezündet wird. Es ist nicht beschrieben bzw. vorgesehen, die Kolbenmulde entsprechend der Kraftstoffstrahlausbildung, d. h. entsprechend der resultierenden Bewegung aus Einspritzrichtung und Drallbewegung, auszubilden und anzuordnen. Die Drallströmung kann durch die hier erläuterte Muldenposition nur unzureichend in die Kolbenmulde gelangen, da die Ablenkung des Kraftstoffstrahls aufgrund der Drallströmung dazu führt, daß ein Teil des Kraftstoffs nicht in den Bereich der Kolbenmulde gelangt. Es findet keine ausreichende Verdampfung der Ladungswolke und des auf dem Kolben befindlichen Kraftstoffs statt.Such a combustion chamber is already known from DE 197 35 863 A1 known. The combustion chamber shown here is also from limited a piston which has a piston recess. The The center of the piston recess is the axis of the cylinder staggered so that the more or less strong Swirl flowing into the cylinder or the combustion chamber Fresh air collected in the piston bowl, in the central area in the cylinder arranged spark plug and finally compressed is ignited. It is not described or provided that Piston bowl according to the fuel jet formation, d. H. corresponding to the resulting movement from the injection direction and swirl movement to train and arrange. The Swirl flow can only through the trough position explained here insufficient to get into the piston bowl, because the deflection of the Fuel jet due to the swirl flow causes some of the fuel is not in the area of the piston bowl arrives. There is no adequate evaporation of the Charge cloud and the fuel on the piston instead of.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennraum bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Verbrennung des zugeführten Brennstoff-Luftgemischs erzielt wird.The invention has for its object a combustion chamber provide with which an improved combustion of the supplied fuel-air mixture is achieved.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Verbrennung des zugeführten Brennstoff-Luftgemischs erzielt wird. Another object of the invention is a method provide with which an improved combustion of the supplied fuel-air mixture is achieved.  

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 21 oder 22 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile bzw. Verbesserungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a device the features of claim 1 and a method with the Features of claims 21 or 22 solved. Further Refinements and advantages or improvements result from the subclaims.

Der Brennraum einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine weist eine im Bereich der Zylindermittelachse im Zylinderkopf angeordnete Zündkerze, einen seitlich im Zylinderkopf angeordneten Injektor, einen Kolben, ein Auslaßventil, eine zur Zylindermittelachse versetzt im Kolbenboden angeordneten Kolbenmulde und wenigstens zwei Einlaßkanäle auf, wobei in einem ersten Einlaßkanal eine drallerzeugende Einrichtung angeordnet ist. Bei einer geöffneten Stellung der drallerzeugenden Einrichtung weisen die Kanäle eine Tumble-Grundströmung mit einer integralen Tumblezahl auf, welche mindestens 25% größer als eine integrale Tumblezahl eines konventionellen Füllungskanals ist.The combustion chamber of a direct-injection spark-ignited Internal combustion engine has one in the range of Cylinder center axis spark plug arranged in the cylinder head, an injector arranged laterally in the cylinder head, one Piston, an exhaust valve, one offset to the cylinder center axis arranged in the piston crown and at least two Inlet channels, a in a first inlet channel swirl generating device is arranged. At a open position of the swirl generating device have the Channels a tumble flow with an integral Tumble count on which is at least 25% larger than an integral one Tumble number of a conventional filling channel is.

Durch die starke Tumbleströmung wird insbesondere bei hohen Drehzahlen im Vollastbetrieb ein schnelles Durchbrennen bei gleichzeitigem geringen Restsauerstoffgehalt im Abgas erzielt. Dabei wird eine geringe Abgastemperatur erzielt, die einen besseren Temperaturschutz für eine zur Abgasnachbehandlung angeordnete Abgasreinigungsanlage bereitstellt.Due to the strong tumble flow, especially at high Speeds in full load operation cause a rapid blowout achieved at the same time low residual oxygen content in the exhaust gas. A low exhaust gas temperature is achieved, which is a better temperature protection for exhaust gas aftertreatment provides arranged exhaust gas cleaning system.

Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt in Richtung der Zylindermittelachse derart, daß die aus einer sogenannten "geometrischen Injektorspritzrichtung" und Ladungsbewegungsrichtung resultierende Kraftstoffstrahlrichtung in Richtung der seitlich versetzten Kolbenmulde zeigt. Mit der sogenannten "geometrischen Injektorspritzrichtung" ist die Richtung gemeint, mit welcher der Kraftstoff bei fehlender Ladungsbewegung in den Brennraum in Richtung der Injektorachse eingespritzt wird. Durch den seitlichen Versatz der Kolbenmulde wird entsprechend dem durch die Drallbewegung seitlich versetzten Einspritzstrahl die Gemischwolke besser aufgenommen, wodurch der wesentliche Teil des Kraftstoffs in die Mulde eingespritzt wird. Dabei wird eine ausreichende, durch die Drallbewegung und die Tumble-Grundströmung unterstützte Verdampfung des Kraftstoffs erreicht.The fuel injection takes place in the direction of the Cylinder central axis such that the so-called "Geometric injector injection direction" and Direction of charge movement resulting fuel jet direction in the direction of the laterally offset piston recess. With the the so-called "geometric injector injection direction" is the Direction with which the fuel is missing Charge movement into the combustion chamber in the direction of the injector axis is injected. Due to the lateral offset of the piston bowl  becomes corresponding to that due to the swirling movement to the side offset injection jet better absorbed the mixture cloud, causing most of the fuel to enter the trough is injected. Adequate, through which Swirl movement and the tumble flow supported Evaporation of the fuel reached.

Vorteilhaft ist es ferner, daß die Kolbenmulde an der aus der "geometrischen Einspritzrichtung" des Injektors und der Drallbewegung des Kraftstoff-Luft-Gemischs resultierenden Kraftstoffstrahlrichtung ausgerichtet ist.It is also advantageous that the piston recess on the from "Geometric injection direction" of the injector and the Swirl movement of the fuel-air mixture resulting Fuel jet direction is aligned.

Die Kolbenmulde setzt sich aus einem ersten größeren Teil, der im wesentlichen eine erste kreisförmige Begrenzungswand aufweist, und einem zweiten kleineren Teil zusammen, wobei eine zweite Begrenzungswand des zweiten kleineren Teils teilweise eine nach außen hin zu einer Zylinderwand ausgebildete Ausbuchtung aufweist.The piston bowl consists of a first larger part, the essentially a first circular boundary wall has, and a second smaller part together, one second boundary wall of the second smaller part partially one formed towards the outside towards a cylinder wall Has bulge.

Die in der Kolbenmulde ausgebildete Ausbuchtung soll dazu dienen, daß die Strömung in Richtung des ersten Teils der Kolbenmulde geführt wird. Dort wird die Kraftstoffwolke durch eine Umlenkwand zur Zündkerze hin geführt, wobei die im wesentlichen kreisförmige Begrenzungswand der Kolbenmulde im ersten Teil der Kolbenmulde zur Erzielung eine präzise Umlenkung und Führung der Gemischwolke vorgesehen ist.The bulge formed in the piston recess is intended to do this serve that the flow towards the first part of the Piston recess is guided. There the fuel cloud is going through a deflection wall led to the spark plug, the im essentially circular boundary wall of the piston bowl in first part of the piston bowl to achieve a precise Redirection and guidance of the mixture cloud is provided.

Bei Motoren mit einer Zylinderbohrung von etwa 82 mm ist es vorteilhaft, daß die Begrenzungswand des ersten Teils der Kolbenmulde einen Radius zwischen 15 mm und 25 mm zum Mittelpunkt des ersten Teils der Kolbenmulde aufweist und die Begrenzungswand des zweiten Teils der Kolbenmulde einschließlich der Ausbuchtung einen Radius zwischen 8 mm und 15 mm zum Mittelpunkt des zweiten Teils der Kolbenmulde aufweist.It is for engines with a cylinder bore of about 82 mm advantageous that the boundary wall of the first part of the Piston bowl a radius between 15 mm and 25 mm for Has the center of the first part of the piston bowl and the Boundary wall of the second part of the piston bowl including the bulge a radius between 8 mm and  15 mm to the center of the second part of the piston bowl having.

Des weiteren ist es vorteilhaft, daß im Bereich des ersten Teils der Kolbenmulde ein Radius zwischen dem Kolbenmuldenboden und einer Kolbenmuldenumlenkwand zwischen 5 mm 12 mm ist. Dazu ist die Kolbenmulde derart ausgebildet, daß die Umlenkwand eine Höhendifferenz zwischen Muldenboden und Muldenrand von mindestens 10 mm aufweist.Furthermore, it is advantageous that in the area of the first Part of the piston bowl a radius between the piston bowl bottom and a piston bowl deflection wall between 5 mm and 12 mm. To the piston recess is designed such that the deflecting wall Height difference between trough bottom and trough edge from has at least 10 mm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Hinterschnitt in der Kolbenmulde vorgesehen. Durch den Hinterschnitt wird ein Wiederaustreten der Kraftstoffwolke verhindert. Hierbei ist es wichtig, daß die Umlenkwand im Bereich der Zündkerze derart ausgebildet ist, daß die Gemischwolke ungehindert über die Kolbenkontur zur Zündkerze hin umgelenkt wird.According to a further preferred embodiment of the solution according to the invention is an undercut in the Piston recess provided. The undercut becomes a Prevents the fuel cloud from escaping. Here it is important that the deflecting wall in the area of the spark plug is formed that the mixture cloud over the Piston contour is deflected towards the spark plug.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Kolbenmuldenboden im Bereich des Hinterschnitts der Kolbenmulde einen Muldenbodenradius zwischen 6 mm und 12 mm aufweist, und der Hinterschnitt mit der Kolbenbodenfläche einen Winkel γ zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 13° und 17°, einschließt.For this purpose, it is advantageous that the piston crown bottom in the area of the undercut of the piston bowl a bowl bottom radius has between 6 mm and 12 mm, and the undercut with the Piston crown surface an angle γ between 10 ° and 20 °, especially between 13 ° and 17 °.

Ferner ist es vorteilhaft, daß der Hinterschnitt der Kolbenmulde bezüglich einer Kraftstoffstrahlmitte in einem der Zündkerze gegenüberliegenden Teil der Kolbenmulde angeordnet ist. Somit wird die Gemischwolke durch den Hinterschnitt wieder auf die Seite der Zündkerze zurückgeführt. Im Bereich der Zündkerze bzw. auf der Seite der Zündkerze ist vorzugsweise kein Hinterschnitt vorgesehen, damit die Gemischwolke ungehindert zirkulieren kann. It is also advantageous that the undercut of the Piston recess with respect to a fuel jet center in one of the Spark plug located opposite part of the piston recess is. Thus, the mixture cloud through the undercut again returned to the side of the spark plug. In the field of Spark plug or on the side of the spark plug is preferred no undercut provided for the mixture cloud can circulate freely.  

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorgesehen, daß das Einlaßventil im Bereich der Kolbenmulde kleiner als das andere Einlaßventil ausgebildet ist. Somit steht Bauraum für die Zündkerze zur Verfügung, und die Zündkerze kann entsprechend der Kolbenmuldenmitte versetzt angeordnet sein, ohne daß es zu Kollisionen mit dem direkt benachbarten Einlaßventil kommt.According to a further preferred embodiment of the Solution according to the invention provides that Inlet valve in the area of the piston bowl smaller than the other Inlet valve is formed. So there is space for Spark plug is available, and the spark plug can be made accordingly the center of the piston bowl can be arranged offset without it Collisions with the directly adjacent intake valve comes.

Für den fall, daß der Kraftstoffstrahl nicht über die Kolbenmulde hinweg gespritzt werden darf, wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine möglichst hohe Kolbenmuldenwand vorgesehen. Diese wird aber durch den Ventilfreigang begrenzt, so daß durch eine Reduzierung der Steuerzeit des entsprechenden Ventils eine ausreichende Kolbenmuldenwandhöhe erreicht wird. Es ist daher von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung, daß ein Auslaßventil früher schließt als das andere Auslaßventil bzw. die Steuerzeit entsprechend definiert ist. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß der Kolbenboden eine Auslaßventiltasche aufweist, so daß ein ausreichender Ventilfreigang bei optimaler Kolbenmuldenwandhöhe gewährleistet wird.In the event that the fuel jet does not have the Piston recess may be sprayed away, according to one another preferred embodiment as high as possible Piston bowl wall provided. But this is through the Valve clearance limited, so that by reducing the Control time of the corresponding valve is sufficient Piston bowl wall height is reached. It is therefore special Importance for the present invention that an exhaust valve closes earlier than the other exhaust valve or timing is defined accordingly. In connection with the Training and arrangement according to the invention, it is advantageous that the piston crown has an exhaust valve pocket, so that adequate valve clearance with optimal Piston bowl wall height is guaranteed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kolbenmulde an einer resultierenden Kraftstoffstrahlrichtung ausgerichtet, welche eine Projektion der Kraftstoffstrahlmitte in Richtung der Zylindermittelachse aufweist. Das ist der Fall wenn die aus einer geometrischen Injektorspritzrichtung und Ladungsbewegungsrichtung resultierende Kraftstoffstrahlrichtung in Richtung der Zylindermittelachse zeigt.According to a further embodiment, the piston bowl is on aligned with a resulting fuel jet direction, which is a projection of the center of the fuel jet towards has the cylinder center axis. That is the case when it is out a geometric injector injection direction and Direction of charge movement resulting fuel jet direction shows in the direction of the cylinder central axis.

Außerdem ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorteilhaft, daß zwei unterschiedliche Einlaßkanäle vorgesehen sind, wobei ein Einlaßkanal eine starke Ladungsbewegung und der andere Einlaßkanal eine geringe Ladungsbewegung im Zylinder generiert. Für die verschiedenen Betriebspunkte, wie geschichtete Teillast, homogene Teillast und Vollast, werden unterschiedliche Anforderungen an die Ladungsbewegung gestellt. In der geschichteten Teillast fördert die Drallbewegung die Verdampfung der Kraftstoffwolke und unterstützt deren Transport zum Zündort.It is also according to another embodiment advantageous that two different inlet channels are provided are, with an inlet channel a strong charge movement and the  other inlet channel a slight charge movement in the cylinder generated. For the various operating points, such as stratified partial load, homogeneous partial load and full load different demands placed on the movement of cargo. In the stratified partial load, the swirl movement promotes the Evaporation of the fuel cloud and supports its transportation to the ignition site.

Für die Ausbildung einer stabilen Schichtladungswolke ist eine Drallbewegung notwendig, die mit den Tumblekomponenten je nach Betriebspunkt überlagert ist. In der geschichteten Teillast wird also der Einlaßkanal, der eine hohe Tumbleströmung erzeugt, über eine Klappe vollständig oder teilweise verschlossen bzw. abgeschaltet. In der homogenen Teillast oder Vollast strömt die Ladeluft kennfeldpunktabhängig über einen oder beide Einlaßkanäle in den Brennraum. In der homogenen Teillast und Vollast ist insbesondere bei Motoren mit einer Zylinderbohrung von etwa 82 mm und einem Hub von etwa 85 mm ab einer Drehzahl von ca. 2700 Umdrehungen pro Minute eine ausgeprägte Tumbleströmung im Brennraum notwendig.One is necessary for the formation of a stable stratified charge cloud Twist motion necessary with the tumble components depending on Operating point is superimposed. In the stratified partial load So is the inlet channel, which has a high tumble flow generated completely or partially via a flap locked or switched off. In the homogeneous part load or Depending on the map point, the charge air flows over a full load or both inlet channels in the combustion chamber. In the homogeneous Partial load and full load is especially for engines with one Cylinder bore of about 82 mm and a stroke of about 85 mm a speed of about 2700 revolutions per minute pronounced tumble flow in the combustion chamber necessary.

Um restlich verbliebene Kraftstofftröpfchen am Injektor mitzureißen, ist am Zylinderkopf im Injektorbereich ein erster Dralleinlauf mit einer kleinen Quetschfläche vorgesehen. Damit werden am Injektor anhaftenden Kraftstofftropfen nach der Einspritzung durch die Zylinderinnenströmung entfernt. Dadurch wird die mit einer steigenden Betriebszeit einsetzende Verkokung minimiert.For remaining fuel droplets on the injector entrainment is a first on the cylinder head in the injector area Swirl inlet provided with a small squeeze area. In order to drops of fuel adhering to the injector after Injection removed by the cylinder flow. Thereby becomes the one with increasing operating time Coking minimized.

Erfindungsgemäß ist der erste Dralleinlauf im Zylinderkopf eine Vertiefung, die sich in Richtung eines im Brennraum befindlichen Ladungsbewegungsdralles bis zum Injektor absenkt, wobei eine kleine Quetschfläche nahe dem Injektor ausgebildet ist, um die Strömung in die Kolbenmulde zu lenken. According to the first swirl inlet in the cylinder head is one Deepening towards one in the combustion chamber current charge swirl is lowered to the injector, with a small squeeze area formed near the injector is to direct the flow into the piston bowl.  

Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kolbenmulde ein zweiter Dralleinlauf im Kolbenboden zugeordnet, wobei der zweite Dralleinlauf im Kolbenboden als eine Vertiefung außerhalb der Kolbenmulde derart ausgebildet ist, daß eine von dieser Vertiefung gelenkte Strömung in Richtung des zweiten Teils der Kolbenmulde gerichtet ist. Damit wird die Drallströmung optimal in die Kolbenmulde weitergeführt, wodurch die Gemischaufbereitung verbessert wird.In addition, according to a further embodiment, the Assigned a second swirl inlet in the piston crown, the second swirl inlet in the piston crown as one Recess is formed outside the piston bowl in such a way that a flow directed by this depression towards the second part of the piston bowl is directed. With that the Swirl flow optimally continued into the piston bowl, whereby the mixture preparation is improved.

Erfindungsgemäß sind die Einlaßventile voneinander beabstandet nahe des Brennraumrands angeordnet, so daß ein kleinster Abstand zwischen beiden Einlaßventilumfängen mindestens 9 mm insbesondere bei Motoren mit einer Zylinderbohrung von etwa 82 mm und einem Hub von etwa 85 mm beträgt. Dadurch soll möglichst eine geringe Benetzung der Einlaßventile mit Kraftstoff bei Saughubeinspritzung stattfinden. Diese Anordnung soll darüber hinaus eine gute Kühlung des Injektors über entsprechende Kühlwasserkanäle ermöglichen, wodurch Verkokung des Injektors vermieden wird.According to the invention, the inlet valves are spaced apart arranged near the edge of the combustion chamber, so that a smallest The distance between the two inlet valve circumferences is at least 9 mm especially for engines with a cylinder bore of about 82 mm and a stroke of about 85 mm. This is supposed to a low wetting of the intake valves with fuel Suction stroke injection take place. This arrangement is about in addition, good cooling of the injector via appropriate Allow cooling water channels, thereby coking the injector is avoided.

Gemäß der Erfindung soll die Spritzrichtung des Injektors zu einer Zylinderkopftrennfläche eine Neigung von 35° bis 50° aufweisen, wobei ein Strahlkegelwinkel in einem Abstand von 10 mm zur Kraftstoffaustrittsöffnung von mindestens 60° bei Umgebungsbedingungen vorliegt.According to the invention, the direction of injection of the injector is to a cylinder head parting surface an inclination of 35 ° to 50 ° have a beam cone angle at a distance of 10 mm to the fuel outlet opening of at least 60 ° Environmental conditions.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Kolbenmuldenboden eine Neigung zur Zylinderkopftrennfläche aufweist. Dies führt zu einer besseren, gezielten Führung des Gemisches in Richtung der Zündkerze. According to a preferred embodiment of the invention Solution is finally provided that the piston crown bottom has an inclination to the cylinder head parting surface. this leads to for better, targeted guidance of the mixture in the direction the spark plug.  

Erfindungsgemäß weist die Ladungsbewegung - von oben gesehen - einen Drall mit einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn, und der Kraftstoffstrahl, vom Injektor aus betrachtet, eine Drallbewegung mit einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn auf, wobei die Ladungsbewegung - von oben gesehen - einen Drall mit einer Richtung mit dem Uhrzeigersinn aufweisen kann, falls der Kraftstoffstrahl, vom Injektor aus betrachtet, eine Drallbewegung mit einer Richtung mit dem Uhrzeigersinn aufweist.According to the invention, the charge movement - seen from above - a twist with a counterclockwise direction, and the Fuel jet, viewed from the injector, one Swirl motion with a counterclockwise direction, the charge movement - seen from above - with a twist may have a clockwise direction if the Fuel jet, viewed from the injector, one Twist movement in a clockwise direction having.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Gemischbildung vor, bei dem in einem Einlaßkanal eine Ladungsbewegung mit einem Drall erzeugt wird. Der Drall der zugeführten Luftmenge weist - von oben betrachtet - eine Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn auf. In die zugeführte Luftmenge wird eine Kraftstoffmenge mit einer Drallbewegung eingespritzt, wobei der Drall - vom Injektor aus betrachtet -, d. h. in Spritzrichtung, ebenfalls eine Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn aufweist.The invention provides a method for mixture formation, in a charge movement with a swirl in an inlet channel is produced. The swirl of the supplied air volume points - from Viewed above - a counter-clockwise rotation on. A quantity of fuel is added to the quantity of air supplied a swirl movement injected, the swirl - from the injector viewed from -, d. H. in the spray direction, also one Counterclockwise.

Durch die Generierung der Drallströmung in Interaktion mit der Tumble-Grundströmung im Brennraum wird im Schichtladebetrieb die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs trotz der kurzen Verdampfungszeit, die der Ladungswolke im Brennraum zur Verfügung steht, beschleunigt und der Transport der Gemischwolke zum Zündort unterstützt.By generating the swirl flow in interaction with the Tumble basic flow in the combustion chamber is in stratified charge mode the evaporation of the injected fuel despite the short Evaporation time that the charge cloud in the combustion chamber Is available, accelerated and the transportation of Mixture cloud supported to the ignition location.

Es ist auch denkbar, daß in einem Einlaßkanal ein Drall gebildet wird, so daß die Ladungsbewegung mit einem Drall mit einer Richtung im Uhrzeigersinn, von oben betrachtet, erzeugt wird, falls die Kraftstoffmenge derart eingespritzt wird, daß der Kraftstoffstrahl stromabwärts, d. h. vom Injektor aus betrachtet, eine Drallbewegung mit einer Richtung im Uhrzeigersinn aufweist. It is also conceivable that a swirl in an inlet duct is formed so that the charge movement with a swirl in a clockwise direction when viewed from above if the amount of fuel is injected such that the fuel jet downstream, d. H. from the injector considered a swirl movement with a direction in the Clockwise.  

Beim Schichtladebetrieb wird durch eine gezielte Überlagerung einer Tumbleströmung und einer Drallbewegung eine sinnvolle Führung des in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffes erreicht. Dabei findet eine Interaktion zwischen dem mit einem Drall eingespritzten Kraftstoff und der drallunterstützten und mit einer tumblebehafteten Zylinderinnenströmung statt. Die entstehende Gemischwolke wird durch den im Kolbenboden angeordneten Dralleinlauf zur Kolbenmulde geführt und dabei von der um die Zylinderachse rotierende Drallströmung gefördert.In stratified charge mode is a targeted overlay a tumble flow and a swirling movement make sense Management of the fuel brought into the combustion chamber reached. There is an interaction between the one Swirl injected fuel and the swirl assisted and with a tumbling cylinder flow instead. The The resulting mixture cloud is caused by the cloud in the piston crown arranged swirl inlet to the piston bowl and thereby by the swirl flow rotating around the cylinder axis is promoted.

Vorteilhaft ist die dabei erzielte beschleunigte Verdampfung des Kraftstoffs. Durch den am Zylinderkopf angeordneten Dralleinlauf ist gewährleistet, daß keine Kraftstoffreste an der Austrittsöffnung des Injektors in Form von Tröpfchen haften bleiben, die zu einer Verkokung des Injektors führen können.The accelerated evaporation achieved is advantageous of fuel. Through the arranged on the cylinder head Swirl inlet ensures that there are no fuel residues stick to the outlet opening of the injector in the form of droplets remain, which can lead to coking of the injector.

Durch die zwei Einlaßkanäle werden je nach Motorlast unterschiedliche Ladungsbewegungen generiert, wodurch die Summe der Geschwindigkeitsvektoren aus der Drallströmung des Einspritzstrahls und der Zylinderinnenströmung dem jeweiligen Betriebspunkt derart angepasst wird, daß ein gezielter Transport der Ladungswolke zum zylindermittigen Zündort stattfindet.The two inlet channels are depending on the engine load generates different cargo movements, which adds up to the sum of the velocity vectors from the swirl flow of the Injection jet and the internal flow of the cylinder Operating point is adjusted so that a targeted Transport of the charge cloud to the center of the ignition takes place.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen sowie in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:Further advantages and details of the invention are in the Claims and explained in the description and in the Figures shown. Show it:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes eines erfindungsgemäßen direkteinspritzenden Ottomotors, Fig. 1 is a sectional view of a cylinder head of a direct injection gasoline engine according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Kolbens mit einer versetzten Kolbenmulde Fig. 2 is a schematic plan view of a piston according to the invention with an offset piston recess

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen zylinderkopfseitigen Brennraums mit einem Dralleinlauf, Fig. 3 is a schematic representation of a cylinder head side combustion chamber according to the invention with a swirl inlet,

Fig. 4 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Kolbens, Fig. 4 is a plan view of a piston according to the invention,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kolbens von Fig. 4 entlang der Linie V-V, Fig. 5 is a sectional view of the piston according to the invention of Fig. 4 taken along line VV,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Kolbens von Fig. 4 entlang der Linie VI-VI, Fig. 6 is a sectional view of another embodiment of the piston of Fig. 4 taken along line VI-VI,

Fig. 7 eine Draufsicht des zylinderkopfseitigen Brennraums mit dem ersten Dralleinlauf, und Fig. 7 is a plan view of the cylinder head-side combustion chamber with the first swirl inlet, and

Fig. 8 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 8 is a schematic diagram of a method according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 12 einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine dargestellt. Der Zylinderkopf 12 umfaßt einen Injektor 3, eine Zündkerze 2, sowie nicht näher bezeichnete Ein- und Auslaßkanäle für das Arbeitsmedium des Motors.In Fig. 1, a cylinder head 12 is shown a direct-injection spark-ignition internal combustion engine. The cylinder head 12 comprises an injector 3 , a spark plug 2 , and inlet and outlet channels for the working medium of the engine, which are not described in more detail.

Der Zylinderkopf 12 ist über eine sogenannte Zylinderkopftrennfläche 17 in nicht näher dargestellten Weise auf einem Motorblock angeordnet. Im Motorblock sind zylindrische Bohrungen (Zylinder) vorgesehen, in denen Brenn- bzw. Arbeitsräume für das Arbeitmedium des Motors gebildet sind, die wiederum von dem Zylinderkopf 12 nach oben hin abgeschlossen sind. In den Zylindern sind Kolben 7 geführt, welche die in den Zylindern gebildeten Brennräume nach unten hin begrenzen. Der vorgeschlagene Motor weist pro Zylinder ein Brennraumvolumen von etwa 0.5 l auf.The cylinder head 12 is arranged on a so-called cylinder head parting surface 17 in a manner not shown on an engine block. In the engine block, cylindrical bores (cylinders) are provided, in which combustion or working spaces for the working medium of the engine are formed, which in turn are closed off from the cylinder head 12 . Pistons 7 are guided in the cylinders and limit the combustion chambers formed in the cylinders downwards. The proposed engine has a combustion chamber volume of approximately 0.5 l per cylinder.

Der Injektor 3 ist im Zylinderkopf 12 zu der Zylinderkopftrennfläche 17 derart geneigt angeordnet, daß die Spritzrichtung des Injektors 3 zu der Zylinderkopftrennfläche 17 eine Neigung von 35° bis 50° aufweist. Dabei spritzt der Injektor 3 den Kraftstoff in den Brennraum so ein, daß ein Strahlkegelwinkel α in einem Abstand von etwa 10 mm von einer Kraftstoffaustrittsöffnung 3a von mindestens 60° bei Umgebungsbedingungen vorliegt.The injector 3 is arranged in the cylinder head 12 inclined to the cylinder head parting surface 17 such that the direction of injection of the injector 3 to the cylinder head parting surface 17 has an inclination of 35 ° to 50 °. The injector 3 injects the fuel into the combustion chamber in such a way that a jet cone angle α is present at a distance of approximately 10 mm from a fuel outlet opening 3 a of at least 60 ° under ambient conditions.

In Fig. 2 ist ein Kolbenboden 8 der direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine dargestellt, der eine Kolbenmulde 9 aufweist. Der Kolbenboden 8 ist Teil eines Kolbens 7, der koaxial zu einer Zylindermittelachse 1 gemäß Fig. 1 angeordnet ist. FIG. 2 shows a piston crown 8 of the direct-injection spark-ignition internal combustion engine, which has a piston recess 9 . The piston crown 8 is part of a piston 7 , which is arranged coaxially to a cylinder central axis 1 according to FIG. 1.

Die Kolbenmulde 9 besteht aus einem ersten größeren Teil 9a und einem zweiten kleineren Teil 9b, wobei der zweite Teil 9b als eine Ausbuchtung ausgebildet ist. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt in Richtung der Zylindermittelachse 1 derart, daß die aus einer sogenannten "geometrischen Injektorspritzrichtung" 18a und der Ladungsbewegungsrichtung resultierende Kraftstoffstrahlrichtung 18 in Richtung der seitlich versetzten Kolbenmulde 9 zeigt.The piston bowl 9 consists of a first larger part 9 a and a second smaller part 9 b, the second part 9 b being designed as a bulge. The fuel injection takes place in the direction of the cylinder center axis 1 such that the fuel jet direction 18 resulting from a so-called “geometric injector spray direction” 18 a and the direction of charge movement points in the direction of the laterally offset piston recess 9 .

Gemäß Fig. 3 ist an einer Seite zwischen Einlaßventilen 4, 4a der Injektor 3 am Brennraumrand im Zylinderkopfbereich derart schräg angeordnet, daß zwischen dem Injektor 3 und der Zylinderkopftrennfläche 17 ein Winkel von 35° bis 50° eingeschlossen ist. Durch die Einlaßventile 4 und 4a strömt Frischluft in den Brennraum ein, wobei der Zündort auf oder in unmittelbarer Nähe der Zylindermittellachse 1 liegt. Die nicht dargestellten Einlaßkanäle sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß sich entweder eine Tumbleströmung alleine oder eine Tumbleströmung kombiniert mit einer Drallströmung ergibt.Referring to FIG. 3, on one side between the intake valves 4, 4 are arranged a the injector 3 at the combustion chamber edge in the cylinder head area obliquely such that the cylinder head joint face 17 is an angle of 35 ° included to 50 ° between the injector 3 and. Through the inlet valves 4 and 4 a fresh air flows into the combustion chamber, the ignition location being on or in the immediate vicinity of the cylinder center axis 1 . The inlet channels, not shown, are designed according to the invention in such a way that either a tumble flow alone or a tumble flow combined with a swirl flow results.

Fig. 3 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Anordnung eines ersten Dralleinlaufs 13 am Zylinderkopf 12 nahe dem Injektor 3, der dazu dient, die Strömungsverhältnisse am Injektor derart zu gestalten, daß nach dem Einspritzen des Kraftstoffs keine Kraftstofftröpfchen an der Kraftstoffaustrittsöffnung anhaften, wodurch die mit einer steigenden Betriebszeit einsetzende Kraftstoffinjektorverkokung minimiert wird. Fig. 3 illustrates an arrangement according to the invention of a first swirl inlet 13 on the cylinder head 12 near the injector 3 , which serves to design the flow conditions at the injector in such a way that no fuel droplets adhere to the fuel outlet opening after the injection of the fuel, as a result of which the operating time increases starting fuel injector coking is minimized.

Ein zweiter Dralleinlauf 13a ist gemäß Fig. 2 am Kolbenboden 8 als konkave Abflachung im Randbereich des Kolbens 7 auf der der Kolbenmulde 9 gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens 8 und im Bereich des Injektors 3 ausgebildet, der tangential in die Kolbenmulde mündet.A second swirl inlet 13 a is formed according to FIG. 2 on the piston crown 8 as a concave flattening in the edge region of the piston 7 on the side of the piston crown 8 opposite the piston recess 9 and in the region of the injector 3 , which opens tangentially into the piston recess.

Aufgrund der dem Brennraum zugeführten Frischluft (Ansaugkanäle sind nicht dargestellt) entsteht eine Drallströmung, die im Bereich einer nicht dargestellten Zylinderwand bzw. im Randbereich des Kolbens 7 entlang des zweiten Dralleinlaufs 13a gemäß Fig. 2 zur Kolbenmulde 9 geführt wird.Due to the fresh air supplied to the combustion chamber (intake ducts are not shown), a swirl flow occurs which is conducted to the piston bowl 9 in the area of a cylinder wall (not shown) or in the edge area of the piston 7 along the second swirl inlet 13 a according to FIG. 2.

Die Kolbenmulde 9 ist im Verhältnis zur Zylindermittelachse 1 derart versetzt angeordnet, daß der eingespritzte Kraftstoffstrahl 10 eine aus der Drallströmungsrichtung und Kraftstoffeinspritzrichtung überlagerte bzw. resultierende Einspritzrichtung aufweist, welche im Bereich der Kolbenmuldenmitte liegt.The piston bowl 9 is arranged offset in relation to the cylinder center axis 1 in such a way that the injected fuel jet 10 has an injection direction superimposed or resulting from the swirl flow direction and fuel injection direction, which lies in the region of the piston bowl center.

Durch den seitlichen Versatz der Kolbenmulde 9 und entsprechend dem seitlich versetzten Einspritzstrahl 10 wird die Gemischwolke in die Kolbenmulde 9 besser aufgenommen. Dabei wird der wesentliche Teil des Kraftstoffs in die Kolbenmulde 9 eingespritzt, so daß durch die Drallbewegung und die Tumble- Grundströmung eine ausreichende Verdampfung des Kraftstoffs erreicht wird.Due to the lateral offset of the piston recess 9 and corresponding to the laterally offset injection jet 10 , the mixture cloud is better absorbed into the piston recess 9 . In this case, the essential part of the fuel is injected into the piston recess 9 , so that sufficient swirl of the fuel is achieved by the swirl movement and the tumble flow.

Die ausgebildete Ausbuchtung in der Kolbenmulde 9 dient dazu, daß die durch den zweiten Dralleinlauf 13a geführte Strömung in Richtung des größeren Teils 9a der Kolbenmulde 9 weitergeführt wird. Somit kann die Drallströmung in die seitlich versetzte Mulde besser einlaufen, wodurch die Verdampfung der Ladungswolke und des auf dem Kolben befindlichen Kraftstoffs beschleunigt wird. Darüber hinaus wird Transport der Ladungswolke durch die Drallströmung zum Zündort verstärkt.The bulge formed in the piston recess 9 serves to ensure that the flow through the second swirl inlet 13 a is continued in the direction of the larger part 9 a of the piston recess 9 . The swirl flow can thus better enter the laterally offset trough, which accelerates the evaporation of the charge cloud and the fuel on the piston. In addition, transport of the charge cloud is increased by the swirl flow to the ignition site.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß gemäß Fig. 4 eine Begrenzungswand 9c des ersten Teils 9a der Kolbenmulde 9 einen Radius R1 zwischen 15 mm und 25 mm aufweist und eine Begrenzungswand 9c des zweiten Teils 9b der Kolbenmulde 9 einschließlich der Ausbuchtung einen Radius R2 zwischen 8 mm und 15 mm aufweist.For this purpose, it is advantageous that according to Fig. 4 c a boundary wall 9 of the first part 9a of the piston cavity 9 mm having a radius R1 between 15 and 25 mm and having a boundary wall 9 c of the second part 9b of the piston cavity 9 including the bulge has a radius R2 has between 8 mm and 15 mm.

Gemäß Fig. 4 weist der Kolbenboden 8 zwei Auslaßventil­ taschen 19 für einen ausreichenden Ventilfreigang auf, wenn der Kraftstoffstrahl 10 nicht über die Kolbenmulde 9 hinweg gespritzt werden darf und eine möglichst hohe Kolbenmuldenwand vorgesehen wird.According to FIG. 4, the piston head 8, two exhaust valve bags 19 for a sufficient valve clearance when the fuel spray 10 may not be injected via the piston recess 9 across a very high, and the piston recess wall is provided.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt V-V aus Fig. 4. Der Kolben 7 weist neben einem Pleuelauge 6 drei Umfangsnuten 20 für nicht dargestellte Kolbenringe auf. Gemäß Fig. 5 wird die Kraftstoffwolke durch eine Umlenkwand 9e zur Zündkerze 2 hingeführt, wobei durch die im wesentlichen kreisförmige Begrenzungswand 9c der Kolbenmulde im ersten Teil 9a eine präzise Umlenkung erzielt wird. FIG. 5 shows the cross section VV from FIG. 4. In addition to a connecting rod eye 6, the piston 7 has three circumferential grooves 20 for piston rings (not shown). Referring to FIG. 5, the fuel cloud is led by a baffle 9 e to the spark plug 2, wherein by the essentially circular boundary wall 9 of the piston cavity c in the first part 9 a precise deflection is achieved.

Die Kolbenmulde 9 weist gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 6 einen Hinterschnitt 9g auf, der im Bereich eines Kolbenmuldenteils 9j gemäß Fig. 2 vorgesehen ist. Der Kolbenmuldenteil 9j ist der Teil der Kolbenmulde 9, der bezüglich einer Kraftstoffstrahlmitte 1 rechts (gemäß Fig. 2) gegenüber der Zündkerze 2 angeordnet ist. Der Hinterschnitt 9g ist in der Ansicht von oben (gemäß Fig. 2) sichelförmig ausgebildet.According to a further embodiment according to FIG. 6, the piston recess 9 has an undercut 9 g, which is provided in the region of a piston recess part 9 j according to FIG. 2. The piston recess part 9 j is the part of the piston recess 9 which is arranged on the right (according to FIG. 2) with respect to a fuel jet center 1 with respect to the spark plug 2 . The undercut 9 g is crescent-shaped in the view from above (according to FIG. 2).

Der Kolbenboden 8 wird auf der linken Seite gemäß Fig. 6 durch zwei Radien R3 und R4 und auf der rechten Seite durch einen Wulst 21 und den dahinter angeordneten Dralleinlauf 13a begrenzt. Zwischen dem Wulst 21 und dem Dralleinlauf 13a ist ein stetiger Übergang vorgesehen, der mit der Kolbenbodenfläche 8b bzw. mit der Horizontalen einen Winkel β zwischen 150° und 160° einschließt.The piston crown 8 is delimited on the left side according to FIG. 6 by two radii R3 and R4 and on the right side by a bead 21 and the swirl inlet 13 a arranged behind it. A continuous transition is provided between the bead 21 and the swirl inlet 13 a, which includes an angle β between 150 ° and 160 ° with the piston crown surface 8 b or with the horizontal.

Die Kolbenmulde 9 wird auf der rechten Seite vom Wulst 21 ausgehend durch einen Radius R5 begrenzt. Von diesem Radius ausgehend erstreckt sich die Kolbenmulde 9 bzw. eine Seitenfläche der Kolbenmulde 9 ins Kolbeninnere zum Pleuelauge 6 hin. Von dieser Seitenfläche wird über zwei Muldenbodenradien 9h der nahezu horizontal bzw. parallel zum Kolbenboden 8 verlaufende Muldenboden 9d gebildet. Hieraus ergibt sich eine in etwa ovalförmige Querschnittsform der Kolbenmulde 9.The piston recess 9 is delimited on the right side by a radius R5, starting from the bead 21 . Starting from this radius, the piston recess 9 or a side surface of the piston recess 9 extends into the interior of the piston towards the connecting rod eye 6 . The trough bottom 9 d, which runs almost horizontally or parallel to the piston head 8 , is formed from this side surface over two trough bottom radii 9 h. This results in an approximately oval cross-sectional shape of the piston recess 9 .

Der Hinterschnitt 9g ist an der linken Seite gegenüber von R5 so angeordnet, daß er das Wiederaustreten des sich in der Kolbenmulde 9 befindlichen Kraftstoffgemisches aus der Kolbenmulde vermeidet. Dabei ist der Muldenbereich in der Nähe der Zündkerze 2 hinterschnittfrei, damit die Schichtladewolke möglichst ungehindert über die Kolbenkontur zur Zündkerze umgelenkt wird. Darüber hinaus bildet der Hinterschnitt 9g der Kolbenmulde 9 gemäß Fig. 6 mit einer Senkrechten 9k zur Kolbenbodenfläche 8b einen Winkel γ zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 13° und 17°.The undercut 9 g is arranged on the left-hand side opposite R5 in such a way that it prevents the fuel mixture located in the piston recess 9 from escaping from the piston recess. The trough area in the vicinity of the spark plug 2 is undercut-free, so that the stratified charge cloud is deflected as freely as possible via the piston contour to the spark plug. In addition, the undercut 9 g of the piston recess 9 according to FIG. 6 with a perpendicular 9 k to the piston crown surface 8 b forms an angle γ between 10 ° and 20 °, in particular between 13 ° and 17 °.

An den Hinterschnitt 9g schließt sich ein weiterer Abschnitt des horizontal verlaufenden Teils 8b des Kolbenbodens 8 an bzw. verbindet den Hinterschnitt 9g mit dem zuvor genannten Radius R4.The undercut 9 g is followed by a further section of the horizontally running part 8 b of the piston head 8 or connects the undercut 9 g with the radius R4 mentioned above.

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des ersten Dralleinlaufs 13 und der Quetschfläche 14. Der erste Dralleinlauf 13 stellt eine im Zylinderkopf ausgebildete Vertiefung dar, die sich in Richtung der im Brennraum befindlichen Drallströmungsrichtung zum Injektor hin derart absenkt, daß die Oberfläche rund um den Injektor mit dem Rand des Injektors bündig zusammenfällt. Eine kleine Quetschfläche 14 ist nahe dem Injektor in Richtung des Ladungsbewegungsdralles so ausgebildet, daß die abgetragenen Kraftstoffreste am Injektor vom Brennraumdach hin zur Brennraummitte transportiert werden. Fig. 7 shows an enlarged view of the first swirl inlet 13 and the squish fourteenth The first swirl inlet 13 represents a depression formed in the cylinder head, which lowers in the direction of the swirl flow direction in the combustion chamber toward the injector in such a way that the surface around the injector coincides flush with the edge of the injector. A small squeeze area 14 is formed near the injector in the direction of the charge movement swirl so that the removed fuel residues on the injector are transported from the combustion chamber roof to the center of the combustion chamber.

Die Einlaßventile 4 und 4a sind im Zylinderkopf 12 zum Brennraumrand 15 hin derart angeordnet, daß ein kleinster Abstand 16 zwischen beiden Einlaßventilumfängen mindestens 9 mm beträgt.The inlet valves 4 and 4 a are arranged in the cylinder head 12 towards the combustion chamber edge 15 in such a way that a minimum distance 16 between the two inlet valve circumferences is at least 9 mm.

Fig. 8 veranschaulicht die Richtung der Ladungsbewegung im Brennraum des erfindungsgemäßen Ottomotors. Die in den Brennraum eingebrachte Frischluftmasse weist eine Drallrichtung 22 mit einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn, wobei der Kraftstoff derart eingespritzt wird, daß der Kraftstoffstrahl 10, vom Injektor 3 aus beobachtet, d. h. in Spritzrichtung, eine Drallbewegung 23 mit einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn aufweist. Dies kann auch entgegengesetzt erfolgen. D. h. die durch das erste Einlaßventil eingebrachte Frischluftmasse weist eine Drallrichtung 22 mit einer Richtung im Uhrzeigersinn auf, wobei die Kraftstoffmenge derart eingespritzt wird, daß der Kraftstoffstrahl 10 in Spritzrichtung eine Drallbewegung mit einer Richtung 23 im Uhrzeigersinn aufweist. Fig. 8, the direction of charge movement illustrated in the combustion chamber of the gasoline engine according to the invention. The fresh air mass introduced into the combustion chamber has a swirl direction 22 with a counterclockwise direction, the fuel being injected in such a way that the fuel jet 10 , observed from the injector 3 , ie in the spray direction, has a swirl movement 23 with a counterclockwise direction. This can also be done in the opposite direction. That is, the fresh air mass introduced through the first inlet valve has a swirl direction 22 with a clockwise direction, the fuel quantity being injected in such a way that the fuel jet 10 has a swirl movement with a clockwise direction 23 in the spraying direction.

Der Ottomotor wird erfindungsgemäß bei Teillast im Schichtladebetrieb betrieben, wobei im Einlaßkanal eine Drallströmung erzeugt wird, die durch eine Drallklappe variabel einstellbar ist, so daß das Frischgas teilweise oder vollständig über den ersten Einlaßkanal in den Brennraum gelangt. Falls der Motor bei Teillast oder Vollast im Homogenbetrieb läuft, wird das Frischgas über beide Einlaßkanäle in den Brennraum eingebracht, wobei die drallerzeugende Einrichtung last- und drehzahlabhängig derart gesteuert wird, daß eine ausreichende Tubulenz bzw. Ladungsbewegung im Brennraum erzeugt wird. Dies Führt dazu, daß sowohl im Schichtladebetrieb als auch im Homogenbetrieb im Zündbereich ein zündfähiges Gemisch (λ ≈ 1) bei allen Lastbereichen vorliegt, bei dem beste Zündbedingungen vorliegen, so daß ein sicheres Zünden gewährleistet und ein Verußen der Zündkerze 2 vermieden wird. The gasoline engine is operated according to the invention at partial load in stratified charge operation, a swirl flow being generated in the inlet duct, which is variably adjustable by means of a swirl flap, so that the fresh gas partly or completely reaches the combustion chamber via the first inlet duct. If the engine is running at partial load or full load in homogeneous operation, the fresh gas is introduced into the combustion chamber via both inlet channels, the swirl-generating device being controlled depending on the load and speed in such a way that sufficient tubulence or charge movement is generated in the combustion chamber. This leads to the fact that both in stratified charge mode and in homogeneous mode in the ignition area there is an ignitable mixture (λ ≈ 1) in all load areas, in which the best ignition conditions are present, so that reliable ignition is ensured and the spark plug 2 is avoided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Zylindermittelachse
Cylinder center axis

22

Zündkerze
spark plug

33

Injektor
injector

33

a Kraftstoffaustrittsöffnung
a Fuel outlet opening

44

Einlaßventil
intake valve

44

a Einlaßventil
a inlet valve

55

Auslaßventil
outlet valve

55

a Auslaßventil
a exhaust valve

66

Pleuelauge
connecting rod

77

Kolben
piston

88th

Kolbenboden
piston crown

88th

b Kolbenbodenfläche
b piston crown surface

99

Kolbenmulde
piston bowl

99

a größerer Teil der Kolbenmulde
a larger part of the piston bowl

99

b kleinerer Teil der Kolbenmulde
b smaller part of the piston bowl

99

c Begrenzungswand
c boundary wall

99

d Kolbenmuldenboden
d Piston bowl bottom

99

e Umlenkwand
e baffle

99

f Muldenrand
f trough edge

99

g Hinterschnitt
g undercut

99

h Muldenbodenradius
h Trough bottom radius

99

j Teil der Kolbenmulde gegenüber der Zündkerze
j Part of the piston recess opposite the spark plug

99

k Senkrechte zur Kolbenbodenfläche
k Vertical to the piston crown surface

1010

Kraftstoffstrahl
Fuel jet

1111

Kraftstoffstrahlmitte
Fuel jet center

1212

Zylinderkopf
cylinder head

1313

Erster Dralleinlauf
First spin entry

1313

a Zweiter Dralleinlauf
a Second swirl inlet

1414

Quetschfläche
squish

1515

Brennraumrand
Combustion chamber edge

1616

Kleinster Abstand
Smallest distance

1717

Zylinderkopftrennfläche
Cylinder head interface

1818

Resultierende Kraftstoffstrahlrichtung
Resulting fuel jet direction

1818

a Geometrische Kraftstoffstrahlrichtung
a Geometric fuel jet direction

1919

Auslaßventiltasche
Auslaßventiltasche

2020

Umfangsnut
circumferential groove

2121

Wulst
bead

2222

Frischluftdralldrehrichtung
Fresh air twist direction of rotation

2323

Kraftstoffdralldrehrichtung
Fuel swirl direction of rotation

Claims (23)

1. Brennraum einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit
einer annähernd im Bereich der Zylindermittelachse (1) im Zylinderkopf angeordneten Zündkerze (2),
einem seitlich im Zylinderkopf angeordneten Injektor (3),
einem Kolben (7),
einem Auslaßventil(5, 5a),
einer zur Zylindermittelachse (1) versetzt im Kolbenboden (8)angeordneten Kolbenmulde (9),
wenigstens zwei Einlaßkanälen (4, 4a),
wobei in einem ersten Einlaßkanal (4) ein drallerzeugende Einrichtung angeordnet ist, und
in beiden Einlaßkanälen (4a) jeweils eine Tumble- Grundströmung mit einer integralen Tumblezahl vorgesehen ist, welche mindestens 25% größer als eine integrale Tumblezahl eines konventionellen Füllungskanals ist.
1. Combustion chamber of a direct-injection spark-ignition internal combustion engine
a spark plug ( 2 ) arranged approximately in the area of the cylinder central axis ( 1 ) in the cylinder head,
an injector ( 3 ) arranged laterally in the cylinder head,
a piston ( 7 ),
an outlet valve ( 5 , 5 a),
a piston recess ( 9 ) arranged in the piston head ( 8 ) offset to the cylinder center axis ( 1 ),
at least two inlet channels ( 4 , 4 a),
wherein a swirl generating device is arranged in a first inlet channel ( 4 ), and
in both inlet channels ( 4 a) there is a basic tumble flow with an integral tumble number which is at least 25% larger than an integral tumble number of a conventional filling channel.
2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kolbenmulde (9) aus einem ersten größeren Teil (9a), der im wesentlichen eine erste kreisförmige Begrenzungswand (9c) aufweist, und einem zweiten kleineren Teil (9b) zusammensetzt, wobei eine zweite Begrenzungswand (9c) des zweiten kleineren Teils teilweise eine nach außen hin zu einer Zylinderwand ausgebildete Ausbuchtung aufweist. 2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the piston bowl ( 9 ) from a first larger part ( 9 a), which essentially has a first circular boundary wall ( 9 c), and a second smaller part ( 9 b) is composed , wherein a second boundary wall ( 9 c) of the second smaller part partially has a bulge formed on the outside towards a cylinder wall. 3. Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswand (9c) des ersten Teils (9a) der Kolbenmulde einen Radius zwischen 15 mm und 25 mm aufweist und die Begrenzungswand (9c) des zweiten Teils (9b) der Kolbenmulde einschließlich der Ausbuchtung einen Radius zwischen 8 mm und 15 mm aufweist.3. Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the boundary wall ( 9 c) of the first part ( 9 a) of the piston bowl has a radius between 15 mm and 25 mm and the boundary wall ( 9 c) of the second part ( 9 b ) the piston bowl including the bulge has a radius between 8 mm and 15 mm. 4. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des ersten Teils (9a) der Kolbenmulde ein Radius zwischen einem Kolbenmuldenboden (9d) und einer Kolbenmuldenumlenkwand (9e) zwischen 5 mm und 12 mm ist.4. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that in the region of the first part ( 9 a) of the piston bowl, a radius between a piston bowl bottom ( 9 d) and a piston bowl deflecting wall ( 9 e) is between 5 mm and 12 mm. 5. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmulde (9) derart ausgebildet ist, daß eine Umlenkwand (9e) mit einer Höhe von mindestens 10 mm zwischen Muldenboden (9d) und Muldenrand (9f) vorliegt.5. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston bowl ( 9 ) is designed such that a deflection wall ( 9 e) with a height of at least 10 mm between the bowl bottom ( 9 d) and bowl edge ( 9 f) is present. 6. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmulde (9) einen Hinterschnitt (9g) aufweist.6. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston recess ( 9 ) has an undercut ( 9 g). 7. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Hinterschnitts (9g) der Kolbenmulde (9) der Kolbenmuldenboden (9d) einen Muldenbodenradius (9h) zwischen 6 mm und 12 mm aufweist. 7. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that in the region of the undercut ( 9 g) of the piston bowl ( 9 ) the piston bowl bottom ( 9 d) has a bowl bottom radius ( 9 h) between 6 mm and 12 mm. 8. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterschnitt (9g) der Kolbenmulde (9) mit einer Senkrechten 9k zur Kolbenbodenfläche (8b) einen Winkel γ zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 13° und 17°, einschließt.8. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the undercut ( 9 g) of the piston bowl ( 9 ) with a perpendicular 9 k to the piston crown surface ( 8 b) an angle γ between 10 ° and 20 °, in particular between 13 ° and 17 °, includes. 9. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterschnitt (9g) der Kolbenmulde (9) im Verhältnis zu einer Kraftstoffstrahlmitte (11) vorzugsweise in einem der Zündkerze (2) gegenüberliegenden Teil (9j) der Kolbenmulde (9) angeordnet ist.9. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the undercut ( 9 g) of the piston bowl ( 9 ) in relation to a fuel jet center ( 11 ) preferably in one of the spark plug ( 2 ) opposite part ( 9 j) of the piston bowl ( 9 ) is arranged. 10. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmulde (9) an der aus einer Einspritzrichtung des Injektors (3) und einer Drallbewegung des Kraftstoff-Luft- Gemischs resultierenden Kraftstoffstrahlrichtung ausgerichtet ist.10. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston recess ( 9 ) is aligned with the fuel jet direction resulting from an injection direction of the injector ( 3 ) and a swirl movement of the fuel-air mixture. 11. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (4) im Bereich der Kolbenmulde (6) kleiner als das andere Einlaßventil (4a) ausgebildet ist.11. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet valve ( 4 ) in the region of the piston recess ( 6 ) is smaller than the other inlet valve ( 4 a). 12. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Auslaßventil früher schließt als das andere Auslaßventil. 12. combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized, that at least one exhaust valve closes earlier than the other Exhaust valve.   13. Brennraum nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (12) im Injektorbereich einen ersten Dralleinlauf (13) mit einer kleinen Quetschfläche (14) aufweist.13. Combustion chamber according to the preceding claims, characterized in that the cylinder head ( 12 ) has a first swirl inlet ( 13 ) in the injector area with a small squeeze area ( 14 ). 14. Brennraum nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dralleinlauf (13) im Zylinderkopf (12) eine Vertiefung ist, die sich in Richtung eines im Brennraum befindlichen Ladungsbewegungsdralles bis zum Injektor (3) absenkt, wobei die kleine Quetschfläche (14) nahe dem Injektor (3) in Richtung des Ladungsbewegungsdralles ausgebildet ist.14. Combustion chamber according to the preceding claims, characterized in that the first swirl inlet ( 13 ) in the cylinder head ( 12 ) is a depression which lowers in the direction of a charge movement swirl located in the combustion chamber up to the injector ( 3 ), the small squeeze area ( 14 ) is formed near the injector ( 3 ) in the direction of the charge movement swirl. 15. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmulde (9) ein zweiter Dralleinlauf (13a) im Kolbenboden (8) zugeordnet ist.15. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston bowl ( 9 ) is assigned a second swirl inlet ( 13 a) in the piston crown ( 8 ). 16. Brennraum nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dralleinlauf (8a) im Kolbenboden (8) als eine Vertiefung außerhalb der Kolbenmulde (9) derart ausgebildet ist, daß eine von dieser Vertiefung gelenkte Strömung in Richtung des zweiten Teils (9b) der Kolbenmulde gerichtet ist.16, the combustion chamber according to the preceding claims, characterized in that the second swirl inlet (8 a) in the piston head (8) is formed as a recess outside the piston cavity (9) such that a steered by this recess flow in the direction of the second part ( 9 b) the piston bowl is directed. 17. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlventile (4, 4a) auseinander zum Brennraumrand (15) hin derart angeordnet sind, daß ein kleinster Abstand (16) zwischen beiden Einlaßventilumfängen mindestens 9 mm beträgt. 17. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet valves ( 4 , 4 a) are arranged apart from one another towards the combustion chamber edge ( 15 ) in such a way that the smallest distance ( 16 ) between the two inlet valve circumferences is at least 9 mm. 18. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzrichtung des Injektors zu einer Zylinderkopftrennfläche (17) eine Neigung von 35° bis 50° aufweist, wobei ein Strahlkegelwinkel (α) in einem Abstand von etwa 10 mm zu einer Kraftstoffaustrittsöffnung (3a) von mindestens 60° bei Umgebungsbedingungen vorliegt.18. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that a direction of injection of the injector to a cylinder head parting surface ( 17 ) has an inclination of 35 ° to 50 °, a beam cone angle (α) at a distance of about 10 mm from a fuel outlet opening ( 3 a) of at least 60 ° at ambient conditions. 19. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmuldenboden (9d) eine Neigung zur Zylinderkopftrennfläche (17) aufweist.19. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston bowl bottom ( 9 d) has an inclination to the cylinder head separating surface ( 17 ). 20. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsbewegung einen Drall mit einer Richtung (22), von oben gesehen, gegen den Uhrzeigersinn, und der Kraftstoffstrahl (10) eine Drallbewegung mit einer Richtung (23), vom Injektor aus gesehen, gegen den Uhrzeigersinn aufweist, oder die Ladungsbewegung einen Drall mit einer Richtung (22) mit dem Uhrzeigersinn, und der Kraftstoffstrahl eine Drallbewegung mit einer Richtung (23) mit dem Uhrzeigersinn aufweist. 20. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the charge movement has a swirl with a direction ( 22 ), seen from above, counterclockwise, and the fuel jet ( 10 ) a swirl movement with a direction ( 23 ) from the injector seen, has a counterclockwise direction, or the charge movement has a swirl with a direction ( 22 ) with the clockwise direction, and the fuel jet has a swirl movement with a direction ( 23 ) with the clockwise direction. 21. Verfahren zur Gemischbildung bei einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine insbesondere nach Anspruch 1 mit
einer annähernd im Bereich der Zylindermittelachse (1) im Zylinderkopf angeordneten Zündkerze (2),
einem seitlich im Zylinderkopf angeordneten Injektor (3),
einem Kolben (7),
einem Auslaßventil(5, 5a),
einer zur Zylindermittelachse (1) versetzt im Kolbenboden (8)angeordneten Kolbenmulde (9),
wenigstens zwei Einlaßkanälen (4, 4a),
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Einlaßkanal (4) ein Drall mit einer Ladungsbewegung mit einer Richtung (22) gegen den Uhrzeigersinn gebildet wird, und eine Kraftstoffmenge derart eingespritzt wird, daß der Kraftstoffstrahl (10) in Spritzrichtung mit einer Drallbewegung mit einer Richtung (23) gegen den Uhrzeigersinn gebildet wird.
21. A method for mixture formation in a direct injection spark-ignition internal combustion engine, in particular according to claim 1
a spark plug ( 2 ) arranged approximately in the area of the cylinder central axis ( 1 ) in the cylinder head,
an injector ( 3 ) arranged laterally in the cylinder head,
a piston ( 7 ),
an outlet valve ( 5 , 5 a),
a piston recess ( 9 ) arranged in the piston head ( 8 ) offset to the cylinder center axis ( 1 ),
at least two inlet channels ( 4 , 4 a),
characterized,
that in a first inlet channel ( 4 ) a swirl is formed with a charge movement in a direction ( 22 ) counterclockwise, and an amount of fuel is injected such that the fuel jet ( 10 ) in the spray direction with a swirl movement in a direction ( 23 ) against clockwise.
22. Verfahren zur Gemischbildung bei einer direkteinspritzenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine insbesondere nach Anspruch 1 mit
einer annähernd im Bereich der Zylindermittelachse (1) im Zylinderkopf angeordneten Zündkerze (2),
einem seitlich im Zylinderkopf angeordneten Injektor (3),
einem Kolben (7),
einem Auslaßventil(5, 5a),
einer zur Zylindermittelachse (1) versetzt im Kolbenboden (8)angeordneten Kolbenmulde (9),
wenigstens zwei Einlaßkanälen (4, 4a),
dadurch gekennzeichnet,
daß im ersten Einlaßkanal (4) ein Drall mit einer Ladungsbewegung mit einer Richtung (22) im Uhrzeigersinn gebildet wird, und eine Kraftstoffmenge derart eingespritzt wird, daß der Kraftstoffstrahl (10) in Spritzrichtung mit einer Drallbewegung mit einer Richtung (23) im Uhrzeigersinn gebildet wird.
22. A method for mixture formation in a direct injection spark-ignition internal combustion engine, in particular according to claim 1
a spark plug ( 2 ) arranged approximately in the area of the cylinder central axis ( 1 ) in the cylinder head,
an injector ( 3 ) arranged laterally in the cylinder head,
a piston ( 7 ),
an outlet valve ( 5 , 5 a),
a piston recess ( 9 ) arranged in the piston head ( 8 ) offset to the cylinder center axis ( 1 ),
at least two inlet channels ( 4 , 4 a),
characterized,
that in the first inlet channel ( 4 ) a swirl is formed with a charge movement in a clockwise direction ( 22 ), and an amount of fuel is injected such that the fuel jet ( 10 ) is formed in the spray direction with a swirl movement in a clockwise direction ( 23 ) becomes.
23. Verfahren zur Gemischbildung bei einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast im Schichtladebetrieb ein Frischgasdurchfluß im Einlaßkanal variabel so eingestellt wird, daß das Frischgas teilweise oder vollständig über den ersten Einlaßkanal in den Brennraum gelangt, und im Homogenbetrieb bei Teillast oder Vollast das Frischgas über beide Einlaßkanäle erfolgt, wobei die drallerzeugende Einrichtung last- und drehzahlabhängig derart gesteuert wird, daß eine ausreichende Tubulenz bzw. Ladungsbewegung im Brennraum vorliegt.23. Method for mixture formation in an internal combustion engine according to claim 21 or 22, characterized, that at partial load in stratified charge a fresh gas flow is variably adjusted in the inlet duct so that the fresh gas partially or completely via the first inlet channel in the Combustion chamber arrives, and in homogeneous operation at part load or At full load the fresh gas takes place via both inlet channels, whereby the swirl-generating device depending on load and speed is controlled in such a way that sufficient tubulence or There is charge movement in the combustion chamber.
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