DE10392175T5

DE10392175T5 - Verbrennungsmotor mit geringen Emissionen

Info

Publication number: DE10392175T5
Application number: DE10392175T
Authority: DE
Inventors: Wayne A. Columbus Eckerle; Donald W. Columbus Stanton; Francois Columbus Ntone
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2005-01-05
Also published as: US6732703B2; US20040182358A1; GB2394990B; US20030226538A1; GB0405195D0; WO2003104625A1; AU2003248645A1; GB2394990A; US6966294B2; JP4299238B2; JP2005530084A

Abstract

Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend:
einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf sowie mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist;
einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer senkrecht zu einer Hin- und Herbewegungsachse des Kolbens verlaufenden Ebene erstreckt, wobei...

Description

STAND DER TECHNIK GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen verbesserten Motor, mit dem Emissionen minimiert

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Die Entwickler von Verbrennungsmotoren müssen sich mit immer schärferen behördlichen Vorschriften zur Emissionsreduzierung und zum Leistungsverhalten von Motoren auseinandersetzen. Modifizierungen, die vorgenommen werden, um einer bestimmten Norm zu entsprechen, können höhere Emissionen einer Art zur Folge haben, mit denen eine andere Norm überschritten wird. Somit sehen sich Motorenentwickler häufig nicht nur mit der Herausforderung konfrontiert, eine neu vorgeschriebene Emissionsnorm zu erfüllen, sondern dies auch so zu tun, daß andere Emissionsnormen, die bereits erfüllt oder neu erlassen wurden, nicht überschritten werden. Die Motorenentwickler müssen auch notwendigerweise die nachteiligen Auswirkungen von Modifizierungen auf das Leistungsverhalten von Motoren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit berücksichtigen und diese vorzugsweise minimieren.

Ein Beispiel für die Schwierigkeiten, mit denen sich Motorenentwickler auseinandersetzen müssen, ergibt sich aus einer neuen Emissionsverordnung mit neuen Grenzwerten für Dieselmotoren, die von der Environmental Protection Agency für den US-amerikanischen Markt erlassen wurde. Diese Normen schreiben Dieselmotoren mit extrem niedrigen Emissionswerten vor, die je nach Kraftstoffverbrauch unter spezifischen Grenzwerten liegen. So schreiben beispielsweise neue Vorschriften für den Highwayverkehr vor, daß Dieselmotoren, die diese Bestimmungen erfüllen, mit ihren Stickoxidemissionen (NOx), kombiniert mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen, unter 2,5 g/(Brems-PS · h) und mit ihren Partikelanteilen unter 0,1 g/(Brems-PS · h) bleiben.

Änderungen einer beliebigen Variablen aus einer Vielzahl von Motorkonstruktions- oder Motorbetriebsvariablen, wie beispielsweise Motorverdichtung, Brennraumform, Brennraumwärmeabfuhrrate und/oder Kraftstoffeinspritzungssprühbild, Verstellung und/oder Durchflußmenge, können angewendet werden, um die Steuerung von einer oder mehreren Emissionen positiv zu beeinflussen. Solche Änderungen können sich jedoch oft nachteilig auf eine oder mehrere andere Emissionen auswirken, was möglicherweise zur Folge hat, daß die Emissionen den akzeptablen Grenzwert überschreiten. Wenn beispielsweise der mittlere Arbeitsdruck (bmep) in gewünschter Weise erhöht wird, ergibt sich daraus eine Tendenz, daß die NOx-Emissionen im Motorabgas zunehmen. Dieses Problem wird durch die Notwendigkeit verdeutlicht, andere kritische Motorbetriebsmerkmale, wie beispielsweise Kraftstoffwirtschaftlichkeit, hohe Drehmomentabgabe, niedrige Betriebs- und/oder reduzierte Wartungskosten, zu erzielen. So kann sich beispielsweise die in das Schmieröl eines Motors mitgerissene Rußmenge deutlich auf die Betriebskosten und die Länge der Kundendienstintervalle auswirken, bevor eine Generalüberholung erforderlich ist. Ruß ist sehr abriebsfördernd und kann, wenn er in wesentlichem Umfang in das Schmieröl eines Motors mitgerissen wird, einen hohen Verschleiß zur Folge haben. Die in das Schmieröl eines Motors mitgerissene Rußmenge kann durch eine Reihe von Faktoren beeinflußt werden, wie beispielsweise Brennraumform und Kraftstoffeinspritzungssprühwinkel, aber Änderungen dieser Variablen können die unerwünschte Wirkung haben, daß in das Schmieröl eines Motors mitgerissene Emissionen tatsächlich erhöht werden.

Es sind viele Versuche unternommen worden, ein ideales Strömungsbild für die Ladeluft und den Kraftstoff innerhalb des Brennraums eines internen Brennraums zu erzeugen. Die Bereitstellung einer Brennraummulde im oberen Bereich eines Kolbens, um u.a. ein Kraftstoff/Ladeluft-Gemisch innerhalb eines Motors mit Direkteinspritzung zu bewirken, ist beispielsweise bekannt, wie in dem Artikel "Future Developments ..." ["Künftige Entwicklungen ..."], Automotive Industries, 15. Oktober 1952, beschrieben. Während die meisten der in diesem Artikel beschriebenen Brennraummuldenausführungen symmetrisch um eine zentrale Achse ausgeführt zu sein scheinen, setzt sich der Artikel jedoch nicht mit dem kritischen Verhältnis der Brennraummuldenform und des Kraftstoffeinspritzwegs oder anderer Brennraummerkmale zu den spezifischen Problemen auseinander, mit denen sich die vorliegende Erfindung befaßt.

Eine Vielzahl von Kolbenausführungen, zu denen in der Oberseite des Kolbenkopfs ausgebildete symmetrische muldenförmige Rücksprünge zählen, um gewünschte Strömungsbilder innerhalb des teilweise durch den Kolben gebildeten Brennraums zu erzielen, sind beschrieben worden. Diese Muldenkonfigurationen werden häufig als "Sombrero"-Ausführungen bezeichnet. Im US-Patent 4,377,967 ist beispielsweise eine Gelenkkolbeneinheit mit einem Kopf beschrieben, der eine symmetrische Brennraummulde in der Oberseite enthält, die durch einen konusförmigen zentralen Bodenbereich definiert ist, der sich an seiner Basis mit einer bogenförmigen Rotationsfläche verbindet, die koaxial zur zentralen Achse der Konusoberfläche verläuft, wobei die Rotationsfläche sich nach oben ausweitet, um sich mit der obersten Kolbenoberfläche zu verbinden. Die Basis des konusförmigen zentralen Bodenbereichs erstreckt sich maximal über etwa 50% des Durchmessers der Mulde. Andere ähnliche Kolbenausführungen sind in der UK-Patentanmeldung 2,075,147 und in den US-Patenten 1,865,841, 3,508,531, 4,242,948 und 5,029,563 beschrieben. Keine dieser Referenzschriften befaßt sich jedoch mit irgendwelchen kritischen Größenbereichen oder Größenverhältnissen für die beschriebenen Brennraummulden- oder Brennraumausführungen, und auch auf die Bedeutung des Winkels des aus den Einspritzlöchern austretenden Kraftstoffstrahls im Verhältnis zur Brennraummuldenform und zu spezifischen Distanzen zwischen dem Kolben und sowohl dem Zylinderkopf als auch den Einspritzlöchern wird nicht eingegangen. Diese Patente beschreiben somit nicht, daß der Brennraum und die Kolbenmulde kritische Abmessungen und Dimensionsverhältnisse haben, die erforderlich sind, um spezifische Motorfunktionalitäten, zu denen geringe Emissionen zählen, zu erzielen.

Das auf die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung übertragene US-Patent 5,868,112 beschreibt einen Kolben mit einem Kopf, der eine Brennraummulde enthält, die passend zur Einspritzungskraftstoffsprühfahne so geformt ist, daß eine sehr geringe Menge von mitgerissenem Ruß im Schmieröl des Motors beibehalten wird und andere Motoremissionen innerhalb akzeptabler Bereiche aufrechterhalten werden. Dieses Patent setzt sich jedoch nicht mit der spezifischen Kombination von Merkmalen und Abmessungen auseinander, die erforderlich ist, um sowohl NOx- als auch Partikelemissionen zu erzielen, die die neu festgelegten Grenzwerte unterschreiten.

Trotz der vielen Beispiele von Brennraumanordnungen, einschließlich Kolbenausführungen, die dem Stand der Technik entsprechen, scheint es nach dem Stand der Technik keine Anordnung zu geben, die für das entsprechende Zusammenwirken zwischen dem Kolben und einer Einspritzungssprühfahne sorgt, um NOx-Emissionen zu minimieren und gleichzeitig die Oxidation von Partikeln während der Verbrennung dadurch wirksam zu fördern, daß die Verbrennungsgase so gesteuert und geleitet werden, daß annehmbar geringe Abgasemissionen im Verhältnis zu den neu festgelegten Grenzwerten erzielt werden. Somit besteht ein Bedarf an einer Motor- und Brennraumanordnung, mit der diese Funktionalitätskombination erreicht werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu überwinden und einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der eine Brennraumanordnung enthält, die so ausgeführt ist, daß unerwünschte Motoremissionen ausreichend reduziert werden, um neu festgelegten Grenzwerten zu entsprechen.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Brennraumanordnung bereitzustellen, mit der unerwünschte Motoremissionen ausreichend reduziert werden können, um neu festgelegte Grenzwerte zu erfüllen, sowie auch der Ruß im Motorschmieröl minimiert werden kann und andere Motorleistungserfordernisse, wie beispielsweise Kraftstoffwirtschaftlichkeit, auf einem akzeptablen Niveau aufrechterhalten werden können.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor bereitzustellen, bei dem die Form, die Position und die Abmessungen verschiedener Merkmale der Brennraumanordnung, einschließlich der Kolbenmulde und des Einspritzungssprühwinkels, bewirken, daß die Sprühfahne nach dem Austreten aus den Einspritzlöchern rasch, d.h. wesentlich rascher als bei herkömmlichen Anordnungen, auf die Kolbenmuldenoberfläche aufprallt und diese berührt.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dieselmotor bereitzustellen, mit dem die neuen NOx- und Partikelemissionsvor- Schriften erfüllt und gleichzeitig ein akzeptabler Kraftstoffverbrauch und eine akzeptable Schmierölrußverunreinigung aufrechterhalten werden können.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dieselmotor bereitzustellen, der mit NOx-Emissionen, zuzüglich unverbrannter Kohlenwasserstoffe, unter 2,5 g/(Brems-PS · h) und mit einem Partikelanteil unter 0,1 g/(Brems-PS · h) betrieben werden kann und gleichzeitig auch den mechanischen Konstruktionszwängen eines kommerziell akzeptablen Motors gerecht wird.

Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor mit einer Brennraumanordnung mit Abmessungen und Dimensionsverhältnissen bereitzustellen, um die Menge des dem Sauerstoff ausgesetzten Kraftstoffs im Brennraum während des anfänglichen Einspritzabschnitts zu minimieren, um die NOx-Emissionen auf ein Minimum zu reduzieren und gleichzeitig eine Oxidation von genügend Partikeln während der Verbrennung sicherzustellen, um sowohl die für ein Mitreißen in das Schmieröl des Motors verfügbaren Partikel als auch die für einen Austrag in das Abgassystem verfügbaren Partikel auf ein Minimum zu reduzieren.

Eine noch spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schlüsselkombination von Brennraumauslegungsparametern bereitzustellen, die zusammen zu einem Verbrennungsrezept führen, das geringere NOx-Emissionen als herkömmliche Motoren erzeugt.

Gemäß der Erfindung können die vorstehenden Aufgaben sowie andere detailiertere Aufgaben dadurch erfüllt werden, daß ein Motor mit einer Brennraumanordnung bereitgestellt wird, die gewisse vorbestimmte Kombinationen von Brennraumauslegungsparametern, einschließlich spezifischer Brennraumabmessungen und Dimensionsverhältnisse, aufweist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Motor beispielsweise einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf sowie mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet. Die Ansaugluft ist während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt, um ein Verwirbelungsverhältnis im Bereich von 0,5 – 2,5 zu bilden. Der Motor beinhaltet auch einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen. Der Kolben beinhaltet einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite. Der Kolbenkopf enthält eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde, wobei die Kolbenmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer senkrecht zu einer Hin- und Herbewegungsachse des Kolbens verlaufenden Ebene erstreckt. Die Kolbenmulde beinhaltet weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereich mit einer konkaven krummlinigen Form und einem ebensolchen Querschnitt. Der Motor beinhaltet weiterhin einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen. Der Düsenhalter beinhaltet mehrere Einspritzlöcher, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden. Jedes der mehreren Einspritzlöcher beinhaltet eine zentrale Achse, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Hin- und Herbewegungsachse des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Mul-denbodenbereich aufprallt. Der Sprühwinkel entspricht einem Wert, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 - 19 Grad liegt. Jedes der mehreren Einspritzlöcher beinhaltet eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist und im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt.

Bei den mehreren Einspritzlöchern handelt es sich vorzugsweise um maximal sechs Einspritzlöcher und, besonders bevorzugt, um weniger als sechs Einspritzlöcher. Außerdem liegt der innere Muldenbodenwinkel vorzugsweise im Bereich von 18 – 30 Grad, während der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 13 Grad liegt. Das Verwirbelungsverhältnis liegt vorzugsweise im Bereich von 0,7 – 1,5. Der Motor kann auch einen Zylinderkopf beinhalten, der eine Innenfläche des Brennraums bildet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt. Der Brennraum kann so ausgeführt sein, daß eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt. Außerdem kann die konkave krummlini ge Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R, im Bereich von 8 – 20 mm haben. Der Motorzylinder kann einen Zylinderdurchmesser CD aufweisen, und die Kolbenmulde kann einen Muldendurchmesser BD aufweisen, wobei ein BD/CD-Verhältnis im Bereich von 0,5 – 0,9 liegt. Der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich kann sich mit der Oberseite einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneiden, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist. Die Distanz L₁ liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 – 3 mm.

Verschiedene andere spezifische Kombinationen der vorstehend beschriebenen Brennraumauslegungsparameter zählen ebenfalls zu den Lehren der vorliegenden Erfindung, um die hierin aufgeführten Aufgaben zu erfüllen. So zählt beispielsweise ein Motor mit einem Verwirbelungsverhältnis im Bereich von 0,5 – 2,5 mm, einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad, einem Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm, dem Sprühwinkel, der einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, und mit der im Bereich von 0,5 – 3 mm liegenden Distanz L₂ ebenfalls zu den Lehren der vorliegenden Erfindung. Des gleichen bilden die spezifischen Kombinationen von Verwirbelungsverhältnis, Sprühwinkel, innerem Muldenbodenwinkel, Krümmungsradius R₁ und Krümmungsradius R₂ auch einen Brennraum in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Motorkörper, der die spezifische Kombination von Auslegungsparametern mit Verwirbelungsverhältnis, innerem Muldenbodenwinkel, Sprühwinkel und mehreren Einspritzlöchern, deren Zahl unter sechs liegt, enthält. Eine oder mehrere der Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden auch durch die spezielle Kombination des hierin vorgesehenen Verwirbelungsverhältnisses, des inneren Mul-denbodenwinkels, des Sprühwinkels, der Distanz L₂ und der Distanz BH erfüllt. Des weiteren werden eine oder mehrere Aufgaben der vorliegenden Erfindung auch durch die Kombination des inneren Muldenbodenwinkels, des Sprühwinkels, der Distanz L₁, der Distanz L₂ und der Distanz BH erfüllt. Des weiteren werden eine oder mehrere Aufgaben der vorliegenden Erfindung auch dadurch erfüllt, daß ein Motor mit einem Brennraum mit der hierin vorgesehenen nachstehenden Kombination bereitgestellt wird: innerer Muldenbodenwinkel, Sprühwinkel, Distanz L₁, Distanz L₂ und R₁. Außerdem erfüllt die vorliegende Erfindung eine oder mehrere Aufgaben dadurch, daß sie einen Motor mit der hierin vorgesehenen Kombination von Auslegungsparametern bereitstellt, zu denen der innere Muldenbodenwinkel, der Sprühwinkel, der Krümmungsradius R₂, die Distanz L₁ und die Distanz BH zählen. Natürlich werden auch andere spezifische Kombinationen der hierin vorgesehenen Auslegungsparameter als unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Phantomansicht eines Abschnitts des Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfindung, bei dem die Brennraumanordnung der vorliegenden Erfindung mit dem in der oberen Totpunktposition befindlichen Kolben zum Einsatz kommt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der 1, aus der verschiedene Abmessungen ersichtlich sind;
3a – 3c sind Phantomschnittansichten ähnlich wie 1, aus denen ersichtlich ist, wie sich die Sprühfahne während eines Einspritzvorgangs fortschreitend weiterentwickelt, während sich der Kolben aus der oberen Totpunktposition hin zur unteren Totpunktposition bewegt;
4 ist eine vergrößerte Phantomschnittansicht durch das Ende der Düsenhalter-Einspritzdüsen-Einheit der 1, die die Einspritzlöcher enthält;
5 ist eine grafische Darstellung, aus der normierte Daten ersichtlich sind, die die Emissionsergebnisse der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zu Emissionsniveaus von Motoren aus derzeitiger Produktion zeigen;
6 ist eine grafische Darstellung, die die Wirkungen einer Veränderung der Distanz L₁ für den Motor der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist eine grafische Darstellung, aus der normierte Daten ersichtlich sind, die die Emissionsergebnisse des vorliegenden Motors im Verhältnis zu Emissionsniveaus von Motoren aus derzeitiger Produktion zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie aus 1 ersichtlich, auf die nunmehr Bezug genommen wird, betrifft die vorliegende Erfindung einen Verbrennungsmotor, von dem ein Abschnitt in einer Phantomschnittansicht dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet ist, mit dem Emissionen, z.B. NOx und Partikel, mit Niveaus erzeugt werden können, die wesentlich unter den von herkömmlichen Motoren erzeugten Emissionen und unter kürzlich erlassenen amtlichen Grenzwerten liegen. Der Motor 10 beinhaltet, wie nachstehend erörtert, verschiedene präzise Konfigurationsparameter, die zu einem Verbrennungsablauf führen, mit dem erwünschte Verbrennungsmerkmale zur Erzeugung annehmbar niedriger Emissionen erzielt werden können, die ausreichen, um neu erlassene Motorbetriebsnormen für Dieselmotoren sowohl für niedrige Schadstoffemissionen als auch für niedrige Partikelanteile zu erfüllen und gleichzeitig eine erwünschte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einen gewünschten Wirkungsgrad zu erzielen.
Der Motor 10 beinhaltet einen Motorblock, von dem nur ein kleiner Abschnitt dargestellt und mit 12 bezeichnet ist, und mindestens einen Brennraum 14. Der Motor kann natürlich mehrere Brennräume enthalten, typischerweise vier bis acht, die in Reihe oder in einer "V"-Konfiguration angeordnet sein können. Jeder Brennraum ist an einem Ende eines Zylinderhohlraums 16 ausgebildet, der direkt im Motorblock 12 ausgebildet sein kann. Der Zylinderhohlraum 16 kann so angeordnet sein, daß er eine entfernbare Zylinderbüchse 18 aufnehmen kann, die in 1 nur teilweise dargestellt ist. Ein Ende des Zylinderhohlraums ist, wie es auch üblich ist, durch einen Motorzylinderkopf 20 geschlossen. Der Motor 10 beinhaltet weiterhin einen jeweiligen Kolben 22, der in einer zu jedem Brennraum gehörenden entsprechenden Büchse 18 montiert ist. Obwohl nur ein oberer Abschnitt des Kolbens 22 in 1 dargestellt ist, kann der Kolben 22 ein beliebig ausgeführter Kolben sein, solange er die nachstehend identifizierten Merkmale enthält, die zur Realisierung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Der Kolben 22 kann beispielsweise ein Gelenkkolben oder ein einteilig ausgeführter Kolben sein. Die obere Fläche oder Oberseite des Kolbens 22 wirkt mit dem Kopf 20 und dem Abschnitt der Zylinderbüchse 18 zusammen, die sich zwischen dem Kopf 20 und dem Kolben 22 erstreckt, um den Brennraum 14 zu definieren. Der Kolben 22 ist, obwohl nicht speziell dargestellt, durch eine Verbindungsstange mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden, die bewirkt, daß sich der Kolben, während sich die Motorkurbelwelle dreht, entlang ei nem geradlinigen Weg innerhalb der Zylinderbüchse 18 hin und her bewegt. 1 zeigt die Position des Kolbens 22 in einer oberen Totpunktposition (TDC), die erzielt wird, wenn die Kurbelwelle so positioniert ist, daß sie den Kolben in die am weitesten von der Drehachse der Kurbelwelle entfernte Position bewegt. Der Kolben bewegt sich in der herkömmlichen Weise, während er sich durch den Einlaß- und den Arbeitshub weiterbewegt, aus der oberen Totpunktposition in eine untere Totpunktposition (BDC). Im Rahmen dieser Patentschrift entsprechen die Begriffe "außen" und "nach außen" der von der Motorkurbelwelle wegführenden Richtung, und die Begriffe "innen" und "nach innen" entsprechen der zur Kurbelwelle des Motors oder zur unteren Totpunktposition des Kolbens hinführenden Richtung.
Beim Motor 10 der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Viertakt-Selbstzünder-(Diesel-)Motor mit direkter Kraftstoffeinspritzung in jeden Brennraum des Motors. Ein Einlaßkanal 24 leitet mittels eines Paars Tellerventile 26, von denen nur ein Ventil in 1 dargestellt ist, wahlweise Ansaugluft in den Brennraum 14. Gleichermaßen leitet ein Auslaßkanal 28 mittels eines Paars Auslaßtellerventile 30, von denen nur ein Ventil in 1 dargestellt ist, wahl-weise Abgas aus dem Brennraum 14 heraus. Das Öffnen und Schließen der Ventile 26 und 30 kann durch ein mechanisches Nocken- oder hydraulisches Betätigungssystem oder durch ein anderes Antriebssystem in einer sorgfältig gesteuerten Zeitsequenz zur Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 erzielt werden.
In der in 1 dargestellten obersten TDC-Position hat der Kolben 22 gerade seinen nach oben durchgeführten Verdichtungshub abgeschlossen, und während dieses Hubs wird die Ladeluft, der es ermöglicht wird, aus dem Einlaßkanal 24 in den Brennraum 16 einzuströmen, verdichtet, wodurch ihre Temperatur auf eine über der Zündtemperatur des Motorkraftstoffs liegende Temperatur erhöht wird. Diese Position wird üblicherweise als die Nullposition angesehen, mit der die 720 Grad umfassende Drehung beginnt, die zur Durchführung von vier Hüben des Kolbens 22 erforderlich ist. Die Ladeluftmenge, deren Einströmen in die Brennräume bewirkt wird, kann erhöht werden, indem ein Drucklader im Einlaßkrümmer des Motors vorgesehen wird. Dieser Drucklader kann beispielsweise als ein (nicht dargestellter) Turbolader vorgesehen sein, der von einer durch das Motorabgas betriebenen Turbine oder durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird.
Der Motor 10 beinhaltet auch einen Düsenhalter 32, der sicher in einer Düsenhalterbohrung 34 montiert ist, um Kraftstoff mit sehr hohem Druck in den Brennraum 14 einzuspritzen, wenn sich der Kolben 22 der TDC-Position annähert, sich in dieser Position befindet oder sich aus dieser Position herausbewegt. Der Düsenhalter 32 beinhaltet an seinem inneren Ende eine Düsenhalter-Einspritzdüsen-Einheit 36, die mittels einer Einspritzdüsenhalterung 38 am (nicht dargestellten) Rest der Düsenhaltereinheit gehalten wird. Der Düsenhalter 32 beinhaltet mehrere kleine Einspritzlöcher 40, die im unteren Ende der Einspritzdüseneinheit 36 ausgebildet sind, um es dem Hochdruckkraftstoff zu ermöglichen, vom Einspritzdüsenhohlraum des Düsenhalters 32 mit einem sehr hohen Druck in den Brennraum einzuströmen, um ein gründliches Vermischen des Kraftstoffs mit der verdichteten Hochtemperaturladeluft innerhalb des Brennraums 14 zu bewirken. Es versteht sich, daß der Düsenhalter 32 eine beliebige Ausführung aufweisen kann, mit der Hochdruckkraftstoff durch mehrere Einspritzlöcher in der nachstehend beschriebenen Weise im Verhältnis zum Sprühwinkel des Kraftstoffs in den Brennraum 14 eingespritzt werden kann. Der Düsenhalter 32 kann beispielsweise ein geschlossener Einspritzdüsen-Düsenhalter oder ein offener Einspritzdüsen-Düsenhalter sein. Darüber hinaus kann der Düsenhalter 32 einen mechanisch betätigten Plunger beinhalten, der sich innerhalb des Düsenhalterkörpers befindet, um den hohen Druck während eines Weiterbewegungshubs der Plungereinheit zu erzeugen. Alternativ kann der Düsenhalter 32 Hochdruckkraftstoff aus einer stromaufwärts befindlichen Hochdruckquelle erhalten, beispielsweise aus einem Pumpen-Leitungs-Düsen-System, das eine oder mehrere Hochdruckpumpen und/oder einen Hochdrucksammler und/oder einen Kraftstoffverteiler beinhaltet. Der Düsenhalter 32 kann ein elektronisch betätigtes Einspritzsteuerventil beinhalten, das Hochdruckkraftstoff an die Düsenventileinheit liefert, um das Düsenventilelement zu öffnen, oder das das Ablassen von Hochdruckkraftstoff aus dem Düsenventilhohlraum steuert, um ein Druckungleichgewicht am Düsenventilelement zu erzeugen, wodurch bewirkt wird, daß sich das Düsenventilelement öffnet und schließt, um einen Einspritzvorgang zu bilden. Das Düsenventilelement 36 kann beispielsweise ein herkömmliches federvorgespanntes geschlossenes Düsenventilelement sein, das durch Kraftstoffdruck betätigt wird, wie im US-Patent 5,326,034 beschrieben, das hierin vollinhaltlich zu Referenzzwecken aufgenommen ist. Der Düsenhalter 32 kann in der Form des Düsenhalters vorgesehen sein, wie er im US-Patent 5,819,704 beschrieben ist, das hierin vollinhaltlich zur Referenzzwecken aufgenommen ist.
Der Motor der vorliegenden Erfindung beinhaltet Brennraumbauteile und -merkmale, die, wie nachstehend beschrieben, so dimensioniert, geformt und/oder im Verhältnis zueinander positioniert sind, daß sie vorteilhafterweise sowohl NOx-Emissionen als auch Partikel auf Niveaus reduzieren, die neuen behördlichen Bestimmungen entsprechen oder diese unterschreiten, und gleichzeitig eine akzeptable Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufrechterhalten. Die Abmessungen, die Form und/oder die relative Positionierung der Brennraumbauteile und -merkmale reduzieren insbesondere die im Brennraum 14 während des anfänglichen Abschnitts eines Einspritzvorgangs erfolgende Sauerstoffeinwirkung auf den Kraftstoff, wodurch NOx-Emissionen reduziert und gleichzeitig eine ausreichende Partikeloxidation im späteren Verlauf des Verbrennungsablaufs sichergestellt sowie ein Zusammenwirken zwischen den Verbrennungsgasen und den Zylinderwänden minimiert wird. Die Abmessungen, die Form und/oder die relative Positionierung der Brennraumbauteile und -merkmale, wie nachstehend beschrieben, haben einen Brennraum zur Folge, mit dem ein Bild eingespritzten Kraftstoffs und gasförmiger Strömung innerhalb des Brennraums 14 sowohl während der anfänglichen Stufen der Kraftstoffeinspritzung als auch während des Einleitens der Verbrennung und der Expansion der resultierenden Gase während des Arbeitshubs des Kolbens 22 gebildet, geleitet und gesteuert werden kann, um so optimale Emissionsreduzierungen zu erzielen.
Um die einzigartigen physikalischen Eigenschaften des Brennraums 14 zu verstehen, sei zunächst auf die 1 und 2 hingewiesen, in denen die verschiedenen physikalischen Eigenschaften oder Parameter dargestellt sind, von denen mindestens zwei und vorzugsweise alle erforderlich sind, um die unerwarteten Emissionsverringerungsvorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Während die allgemeine Form des Brennraums nach dem Stand der Technik Vorrang hat, sind es die spezifische Konfiguration und, von besonderer Bedeutung, die kritischen Abmessungen und Dimensionsverhältnisse, wie nachstehend beschrieben, die das verbesserte Funktionsleistungsverhalten im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewirken. Genauer gesagt: Der obere Abschnitt des Kolbens 22 kann als der Kolbenkopf 50 betrachtet werden. Diese Fläche des Kolbens beinhaltet eine nach unten verlaufende zylindrische Wand mit mehreren sich nach außen öffnenden ringförmigen Nuten 52 zur Aufnahme entsprechender Kolbenringe, die so ausgeführt sind, daß sie eine relativ dichte Verbrennungsgasdichtung zwischen dem Kolben und den umgebenden Wänden der Zylinderbüchse 18 bilden. Der Kolbenkopf 50 beinhaltet eine Oberseite 54, die teilweise einen Brennraum 14 bildet, und eine Kolbenmulde 56, die von einem sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildet ist. Die Kolbenmulde 56 beinhaltet einen vorspringenden Abschnitt 58, der vorzugsweise im Zentrum oder in der Nähe des Zentrums der Mulde 56 positioniert ist. Der vorspringende Abschnitt 58 beinhaltet ein distales Ende 60, das in der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform im Zentrum der Kolbenmulde 56 und somit entlang der Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 positioniert ist. Der vorspringende Abschnitt 58 beinhaltet auch einen inneren Muldenbodenbereich 62, der sich vom vorspringenden Abschnitt 58 aus nach innen (zur BDC-Position des Kolbens 22 hin) mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 verläuft, wie in 1 dargestellt. Wie nachstehend erläutert, ist der innere Muldenbodenwinkel so ausgelegt, daß er relativ steil und auch im Verhältnis zu einem Sprühwinkel so ausgelegt ist, daß ein erwünschtes Zusammenwirken zwischen einem Kraftstoffsprühbild oder einer Kraftstoffsprühfahne 63 (3a) und einer Kolbenmulde 56 bewirkt wird, die für optimierte Motoremissionsreduzierungen erforderlich ist. Ein spezifischerer und bevorzugter Bereich für den inneren Muldenbodenwinkel liegt vorzugsweise zwischen 18 und 30 Grad.
Die Kolbenmulde 56 beinhaltet auch einen nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereich 64 mit einer allgemein konkaven krummlinigen Form im Durchmesserquerschnitt. Der äußere Muldenbereich 64 formt und leitet in wirksamer Weise die Kraftstoffströmung und das Kraftstoff/Luft-Gemisch innerhalb des Brennraums. Der äußere Muldenbereich 64 ist mit einem speziellen Radius R₁ und einer speziellen Position für ein Zentrum des Radius CR₁ ausgelegt, um sicherzustellen, daß die Sprühfahne mit einer Innenfläche 65 des Zylinderkopfs 20 in einer zweckentsprechenden Weise zusammenwirkt, um ein entsprechendes Vermischen und Verbrennen ohne Zusammenwirken mit den Wänden der Zylinderbüchse 18 sicherzustellen. Genauer gesagt: R, kann innerhalb eines Bereichs von 8 – 20 mm und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 12 – 16,5 mm liegen. Für jeden der hierin vorgesehenen Abmessungsbereiche ist ein innerhalb des höheren Endes des Bereichs liegender Wert für größere Motoren mit größeren Kolbendurchmessern wahrscheinlich geeigneter, und ein innerhalb des unteren Endes des Bereichs liegender Wert ist für kleinere Motoren mit kleineren Kolbendurchmessern wahrscheinlich erwünschter. Außerdem ist die Position des Zentrums des Radius CR₁ für R₁ vorzugsweise in einer Ebene positioniert, die sich durch die Oberseite 54 des Kolbens 22 oder innerhalb der Kolbenmulde 56 erstreckt, und es ist somit weniger erwünscht, daß R₁ oberhalb der Oberseite 54, wie aus 1 ersichtlich, positioniert ist. Indem die Größenordnung von R₁ und die Position von CR₁ kombiniert werden, wie hierin beschrieben, erzeugt die vorliegende Erfindung einen äußeren Muldenbereich 64 mit einer nach außen erfolgenden Aufweitung, so daß die Bewegungsenergie der Sprühfahne 63, während sie dem äußeren Muldenbereich 64 folgt, gesteuert werden kann, um die Verbrennung zu optimieren. Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Rußmenge, die tatsächlich den an den Zylinderwänden der Büchse 18 gebildeten Schmierfilm erreicht oder darin mitgerissen wird, dadurch zu minimieren, daß eine wirksame Verbrennung des Kraftstoffs innerhalb des Brennraums 14 gefördert und gleichzeitig die Strömung von Gasen innerhalb des Brennraums 14 erzeugt und erzwungen wird, um die Möglichkeit eines Mitreißens von Ruß innerhalb des Films weiterhin dadurch zu minimieren, daß die vollständige Verbrennung/Oxidation der während des Verbrennungsablaufs gebildeten Partikel sichergestellt wird. Die Position von CR₁ und die Größenordnung von R₁ stellen insbesondere sicher, daß die Sprühfahne und das Kraftstoff/Luft-Gemisch, das von der oberen Kante 66 der Mulde 56 abrollt, eine ausreichende Bewegungsenergie haben, um in den Zylinderkopf 20 eingeleitet zu werden, so daß sich als Folge davon der geeignete Grad des Vermischens und der Oxidation von Partikeln ergibt. Der äußere Muldenbereich 64 ist speziell so ausgelegt, daß eine nicht adäquate Bewegungsenergie der Sprühfahne und des Kraftstoff/Luft-Gemisches verhindert wird, was eine unerwünschte Stagnation der Fahne und des Kraftstoff/Luft-Gemisches ohne Zusammenwirken mit dem Zylinderkopf bewirken und dadurch ein nicht adäquates Vermischen und Verbrennen von Partikeln zur Folge haben würde. Dies wird mit einem R₁ erreicht, der ausreichend groß ist, so daß sich eine Krümmung im äußeren Mul-denbereich 64 ergibt, mit der die Bewegungsenergie in der Sprühfahne und im Kraftstoff/Luft-Gemisch erzeugt und aufrechterhalten werden kann. Der äußere Muldenbereich 64 ist auch so ausgelegt, daß eine übermäßige Bewegungsenergie in der Sprühfahne und im Kraftstoff/Luft-Gemisch verhindert wird, was bewir ken würde, daß die Sprühfahne und das Kraftstoff/Luft-Gemisch mit einer übermäßigen Geschwindigkeit mit dem Zylinderkopf zusammenwirken, wodurch bewirkt werden würde, daß die Sprühfahne und das Kraftstoff/Luft-Gemisch auf den Zylinderkopf 20 aufprallen und sich zu den durch die Zylinderbüchse 18 gebildeten Zylinderwänden hin ausbreitet oder darauf zurückprallt. Der Kraftstoff der mit dem Schmierölfilm an den Zylinderwänden des Brennraums 14 zusammenwirkt, bewirkt, daß die nicht verbrannten Partikel im Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Schmierfilm mitgerissen werden, was Ruß zur Folge hat, der sich schließlich unter den Kolbenringen hindurcharbeitet, wo er mit dem Motorschmieröl vermischt wird. Die Kraftstoff- und Partikelmenge, die mit Öl an der Zylinderwand zusammenwirkt, wird mindestens teilweise durch Verwendung eines R₁ minimiert, der ausreichend klein ist, um eine Krümmung zu erzeugen, die eine übermäßige Bewegungsenergie in der Sprühfahne und im Kraftstoff/Luft-Gemisch vermeidet. Somit ist R₁ so ausgelegt, daß die Bewegungsenergie der Verbrennungsfahne moduliert wird, um sicherzustellen, daß die Fahne eine ausreichende Bewegungsenergie hat, um mit dem Zylinderkopf zusammenzuwirken und in den offenen Raum des Brennraums 14 zurückzustrahlen. Ein abnehmender R₁ neigt dazu, die Bewegungsenergie der Verbrennungsfahne zu verringern.
Die Oberseite des an die Kante 66 angrenzenden äußeren Muldenbereichs 64 erstreckt sich vorzugsweise vertikal parallel zur Achse des Kolbens oder geringfügig nach innen zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 hin. Das heißt, wenn diese Oberseite des äußeren Muldenbereichs 64 an der Kante 66 ein Radiuszentrum CR₁ hat, dann ist CR₁ vorzugsweise auf einer durch die Oberseite 54 verlaufenden Ebene oder zur Mulde 56 hin positioniert. Die krummlinige Form des äußeren Muldenbereichs 64 kann durch eine Oberfläche mit einem Krümmungsradius R₁ gebildet sein, die vor der Kante 66 endet, während sich ein vertikaler oberer Abschnitt des äußeren Muldenbereichs 64 tangential von der Oberfläche mit einem Krümmungsradius R₁ aus vertikal zur Kante 66 erstreckt. CR, ist vorzugsweise, wie vorstehend erwähnt, nicht oberhalb der Oberseite 54 positioniert, und der obere Abschnitt des an die Kante 66 angrenzenden äußeren Muldenbereichs 64 schneidet sich nicht mit der Kante 66 in einer solchen Weise, daß Gase nach außen zu den durch die Zylinderbüchse 18 gebildeten Zylinderwänden hin geleitet werden. Auf diese Weise werden eine entsprechende Steuerung der Sprühfahne und des Kraftstoff/Luft-Gemisches sowie die Steuerung des Zusammenwirkens mit dem Zylinderkopf verstärkt, und gleichzeitig wird ein Zusammenwirken mit den Zylinderwänden verhindert, wodurch die Emissionen minimiert und die Rußanteile reduziert werden.
Wie aus 3 ersichtlich, erstrecken sich die Sprüh- oder Einspritzlöcher 40 des Düsenhalters 32 durch die Einspritzdüse 36, um den Brennraum 14 mit Kraftstoff zu versorgen. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung beinhaltet die Orientierung der zentralen Achse eines jeden Einspritzlochs 40 in einem relativ steilen Sprühwinkel, gemessen zwischen einer senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verlaufenden Ebene und einer zentralen Achse eines jeden Einspritzlochs 40 (1 und 4). Daher ist der aus den Einspritzlöchern 40 ausstrahlende Sprühwinkel. Der Sprühwinkel entspricht einem Wert, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad, vorzugsweise jedoch innerhalb des Bereichs von 1 – 13 Grad liegt. Dieses Dimensionsverhältnis bewirkt, daß die Kraftstoffsprühfahne 63 hin zum oberen Abschnitt des vorspringenden Abschnitts 58 in der Nähe der oberen Kante des inneren Muldenbodenbereichs 62, wie in 3a dargestellt, geleitet wird. Obwohl es möglich ist, daß die Kraftstoffsprühfahne unter gewissen Bedingungen, unter denen die Bewegung des Kolbens 22 und das Verwirbeln der Luft bewirken, daß die Sprühfahne dazu gezwungen wird, auf den inneren Muldenbodenbereich 62 aufzuprallen, in einer parallelen Richtung entlang dem inneren Muldenbereich 62 geleitet werden kann, ist die zentrale Achse der Sprühfahne 63, die auch die zentrale Achse eines jeden Einspritzlochs 40 ist, die durch das Zentrum C einer jeden Auslaßöffnung 68 (4) eines jeden Einspritzlochs 40 verläuft, vorzugsweise hin zum inneren Muldenbodenbereich 62 leicht winklig in einem beliebigen Winkel ausgeführt, der größer als 0 und kleiner als 13 Grad ist. Als Folge davon gelangt die Sprühfahne 63, kurz nachdem sie aus der Auslaßöffnung 68 ausgetreten ist, zum vorspringenden Abschnitt 58 und breitet sich über den inneren Muldenbodenbereich 62 des vorspringenden Abschnitts 58 aus, während sie, wie in den 3a – 3c dargestellt, nach unten strömt. Indem und so ausgebildet sind, daß das Dimensionsverhältnis zwischen und , d.h. minus, bewirkt, daß die Sprühfahne 63 hin zum oberen Abschnitt des vorspringenden Abschnitts 58 geleitet wird, maximiert die vorliegende Erfindung die Menge des in Kontakt mit dem inneren Muldenbodenbereich 62 kommenden Kraftstoffs, wodurch die Einwirkung von Sauerstoff auf den Kraftstoff im Brennraum 14 während des anfänglichen Abschnitts des Einspritzvorgangs bzw. der Verbrennung minimiert wird. Als Folge davon wird die Bil dung von NOx- und Partikelemissionen in gewünschter Weise minimiert. 5 enthält normierte Daten, die die Emissionsergebnisse der vorliegenden Erfindung bei = 8 Grad im Verhältnis zu Emissionsniveaus von Motoren aus derzeitiger Produktion zeigen. 5 zeigt, daß der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung darin liegt, daß sowohl die NOx-Emissionen als auch die Partikelemissionen, und nicht nur eine Emissionsart, reduziert werden.
Ein anderer wichtiger Brennraumparameter der vorliegenden Erfindung, dem besondere Bedeutung zukommt, um sicherzustellen, daß die Kraftstoffsprühfahne 63 schnell mit dem vorspringenden Vorsprung 58 in Kontakt kommt und in geeigneter Weise mit dem inneren Muldenbodenbereich 62 zusammenwirkt, ist die vertikale Distanz L₁ vom distalen Ende 60 des vorspringenden Abschnitts 58 zum Zentrum C der Auslaßöffnungen 68 der Einspritzlöcher 40, wie in 2 dargestellt. Die Brennraumanordnung der vorliegenden Erfindung beinhaltet insbesondere das Maß L₁ mit einer Größenordnung im Bereich von 0,5 – 4 mm und vorzugsweise im Bereich von 1,5 – 3 mm. Anmelder haben festgestellt, daß mit einem L₁-Wert innerhalb dieses Bereichs das Zusammenwirken der Sprühfahne 63 mit dem inneren Muldenbodenbereich 62 wirksam verstärkt und sichergestellt wird sowie die Länge des Strömungswegs der Sprühfahne 63 zwischen der Auslaßöffnung 68 und dem Aufprallpunkt der Fahne auf den inneren Muldenbodenbereich 62 minimiert wird, so daß die Möglichkeit einer Oxidation des Kraftstoffs minimiert wird und somit die NOx-Emissionen minimiert werden. Mit jedem Datenpunkt, der eine unterschiedliche Einspritzfolge repräsentiert, führt außerdem eine größere Distanz L₁ für die in 1 dargestellte Anordnung zu wesentlich erhöhten NOx-Emissionen und geringeren Partikelanteilen, wie aus 6 ersichtlich.
Ein anderer wichtiger Brennraumparameter, der die Emissionen wesentlich beeinflußt, ist die Zahl N der Einspritz- oder Einsprühlöcher 40. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden nicht mehr als sechs Einspritzlöcher verwendet, um den Brennraum 14 mit Kraftstoff zu versorgen. Vorzugsweise werden weniger als sechs Einspritzlöcher, wie beispielsweise vier oder fünf, verwendet. Die Einspritzlöcherzahl N ist aus folgendem Grund von besonderer Bedeutung: Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die NOx-Emissionen dadurch zu minimieren, daß die Einwirkung von Luft auf den Kraftstoff im Brennraum während des anfänglichen Abschnitts des Einspritzvorgangs bzw. der Verbrennung minimiert wird, während sich die Sprühfahne von den Auslaßöffnungen 68 der Einspritzlöcher 40 hin zum inneren Muldenbodenbereich 62 weiterbewegt. Je größer die Zahl der Einspritzlöcher ist, um so größer ist die Zahl der durch den Brennraum strömenden Sprühfahnen, was eine größere Oberfläche des einer Sauerstoffeinwirkung im Brennraum ausgesetzten Kraftstoffs zur Folge hat. Somit kann die Menge des einer Sauerstoffeinwirkung im Brennraum ausgesetzten Kraftstoffs dadurch verringert werden, daß die Zahl der Einspritzlöcher reduziert wird. Diese Reduzierung der Einspritzlöcher muß jedoch an die Notwendigkeit angepaßt werden, eine entsprechende Verteilung des Kraftstoffs innerhalb des Brennraums 14 und ein wirksames Vermischen des Kraftstoffs und der Luft während des gesamten Verbrennungsablaufs zu fördern. Obwohl viele herkömmliche Düsenhalter mehr als sechs Einspritzlöcher verwenden, haben Anmelder festgestellt, daß vorzugsweise nicht mehr als sechs und, besonders bevorzugt, vier oder fünf Einspritzlöcher verwendet werden sollten, um die Sauerstoffeinwirkung auf den Kraftstoff zu minimieren, während er sich hin zum inneren Muldenbodenbereich 62 weiterbewegt und über die verschiedenen Oberflächen der Mulde 56 strömt, wodurch die NOx-Emissionen reduziert werden.
Ein anderer wichtiger Brennraumparameter, der für eine Emissionssteuerung vorteilhaft ist, ist das Verwirbelungsverhältnis der Luftströmung, die durch die Einlaßkanäle 24 erzeugt wird. Das Verwirbelungsverhältnis SR ist ein Verhältnis der tangentialen Geschwindigkeit der im Brennraum 14 herumwirbelnden Luft, dividiert durch die Motordrehzahl. Das heißt, das Verwirbelungsverhältnis ist ein Maß der Tangentialbewegung der Luft, während sie aus dem Einlaßkanal bzw. den Einlaßkanälen des Zylinderkopfs in den Motorzylinder eintritt. Genauer gesagt: Der Begriff "Verwirbelungsverhältnis" bezieht sich auf die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit der Luft im Zylinder bei sich schließendem Einlaßventil, dividiert durch die Zylinderkolbenwinkelgeschwindigkeit. So bewirkt beispielsweise ein sich mit 1800 UpM drehender Motor mit einem Kopf, der eine Luftbewegung mit einem Verwirbelungsverhältnis von 2 erzeugt, daß sich die Luft im Zylinder bei sich schließendem Einlaßventil mit einer durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeit von 3600 UpM dreht. Je höher das Verwirbelungsverhältnis ist, um so größer ist die Verwirbelungswirkung der Luft oder des Luft/Kraftstoff-Gemisches, und je niedriger das Verwirbelungsverhältnis ist, um so geringer ist die Verwirbelungswirkung. Die Verwirbelungswirkung ist eine allgemein tangentiale Bewegung, die bei einer Verdichtung durch den Kolben 22 eine Turbulenz erzeugt und den Verbrennungsablauf unterstützt. Eine höhere Verwirbelungswirkung oder ein höheres Verwirbelungsverhältnis neigt jedoch allgemein dazu, die NOx-Emissionen zu erhöhen. Der Grund für diese Erhöhung der NOx-Emissionen liegt darin, daß die Verwirbelungswirkung dazu neigt, die Fahne in unerwünschter Weise abzulenken und eine Verschlechterung der Bewegungsenergie der aus der Kolbenmulde austretenden Verbrennungsfahne zu bewirken. Als Folge davon wird die Fähigkeit der Fahne, aus der Kolbenmulde auszutreten und in erwünschter Weise mit dem Zylinderkopf (3c) zusammenzuwirken, beeinträchtigt, wodurch möglicherweise bewirkt wird, daß die Fahne in der Kolbenmulde verbleibt, so daß eine vollständige Verbrennung dadurch behindert wird, daß eine maximale Einwirkung von freiem Sauerstoff verhindert wird. Anmelder haben festgestellt, daß eine Aufrechterhaltung eines Verwirbelungsverhältnisses im Bereich von 0,5 – 2,5, und vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,7 – 1,5, kombiniert mit einem oder mehreren der anderen Brennraumparameter, die Verwirbelungswirkung auf einem ausreichend niedrigen Niveau hält, um die Reduzierung der NOx-Emissionen zu verstärken und dennoch eine ausreichende Turbulenz für die Verbrennung zuzulassen. Indem ein Verwirbelungsverhältnis innerhalb des bevorzugten Bereichs aufrechterhalten wird, wird es der Verbrennungsfahne ermöglicht, vorteilhaft mit dem Zylinderkopf (3c) zusammenzuwirken, um das Einwirken von freiem Sauerstoff im Brennraum zu optimieren und dadurch die Reduzierung von Partikeln und NOx-Emissionen zu verstärken.
Ein anderer Brennraumparameter, der verwendet werden kann, um die Reduzierung von Emissionen zu unterstützen, ist die vertikale Distanz L₂ vom Zentrum C der Auslaßöffnungen 68 der Einspritzlöcher 40 zur Innenfläche 65 des Zylinderkopfs 20, der dem Brennraum 14 zugewandt ist. Das heißt, L₂ repräsentiert die Distanz, über die die Einspritzlöcher 40 unterhalb des Zylinderkopfs 20 in den Brennraum hineinragen. Anmelder haben festgestellt, daß der Bereich von L₂ vorzugsweise 0,5 – 3 mm betragen sollte, wobei der negative Wert von L₂ auftritt, wenn das Zentrum C der Auslaßöffnung 68 gerade im Innern der Bohrung 34 des Zylinderkopfs 20 positioniert ist.
Ein anderer wichtiger Brennraumparameter ist die Distanz BH von der Kolbenoberseite 54 zur Innenfläche des Zylinderkopfs 20, wenn sich der Kolben 22 in der oberen Totpunktposition befindet, wie aus 2 ersichtlich. Anmelder haben festgestellt, daß der bevorzugte Bereich für BH 0,5 – 8 mm beträgt. Das untere Ende des BH ist natürlich durch die Problematik des mechanischen Freiraums begrenzt, während die wichtige Obergrenze dazu beiträgt, die Verbrennungsgase mehr zum Innern des Brennraums oder des Kolbens, d.h. zur Kol-benmulde 56 hin, einzuschränken. Anmelder haben festgestellt, daß der BH das Zusammenwirken der Verbrennungsfahne mit dem Zylinderkopf wesentlich beeinflußt. Es wurde außerdem festgestellt, daß es eine größere Wahrscheinlichkeit gibt, daß ein außerhalb des bevorzugten Bereichs liegender BH den Bußanteil im Schmieröl an den Zylinderwänden erhöht. Der BH ist besonders wirksam in Kombination mit einem oder mehreren der hierin erörterten anderen Brennraumparameter, um die Reduzierung von Emissionen zu verstärken. Es sei darauf hingewiesen, daß die Oberseite 54 des Kolbens 22 als die äußerste Oberfläche des Kolbens betrachtet wird, und der BH wird daher nicht von einer Rücksprungsfläche aus gemessen, wie beispielsweise von solchen Flächen, die von Ventiltaschen gebildet sind, um einen Freiraum von offenen Einlaß- und Auslaßventilen bereitzustellen.
Ein anderer wichtiger Brennraumparameter ist der Krümmungsradius R₂ an der Lippe oder Kante 66 der Verbrennungsmulde 56, wie aus 2 ersichtlich. Obwohl der Radius R₂ in 2 lediglich an einem Punkt entlang der Kante 66 dargestellt ist, versteht es sich, daß R₂ entlang der gesamten Kante 66 um den Umfang der Kolbenmulde 56 herum ausgebildet ist. R₂ liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 – 1,5 mm. Die obere Grenze von 1,5 mm ist wichtig, um die Steuerung der Strömungsrichtung der Verbrennungsfahne während ihres Ausströmens aus dem äußeren Muldenbereich 64 aufrechtzuerhalten. Anmelder haben festgestellt, daß ein R₂ mit einem größeren Wert als etwa 1,5 mm es in unerwünschter Weise zuläßt, daß eine wesentliche Verbrennungsgasmenge hin zu den Zylinderwänden der Büchse 18 strömt, wodurch in unerwünschter Weise das Niveau von im Schmierölfilm an der Zylinderwand entwickelten Partikeln bzw. Ruß erhöht wird. Des weiteren läßt ein kleinerer Radius R₂ an der Kante 66 eine bessere Steuerung der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in der vertikalen Richtung hin zum Zylinderkopf 20 zu und stellt somit eine Fortsetzung der Bewegungsenergie und des erwünschten Zusammenwirkens mit dem Zylinderkopf, d.h. ein in einer erwünschten Weise erfolgendes Reflektieren zurück in den freien Luftraum des Brennraums, sicher. Die Aufgabe besteht darin, R₂ mit dem kleinstmöglichen Radius zu bilden und gleichzeitig die konstruktive Unversehrtheit des Kolbens aufrechtzuerhalten.
Schließlich kann die Größe des Brennraums 14 an die Emissionssteuerung angepaßt werden. Der Zylinderbohrungsdurchmesser CD liegt vorzugsweise im Bereich von 95 – 140 mm. Der präzise Zylinderbohrungsdurchmesser innerhalb dieses Bereichs hängt in hohem Maße von der gewünschten Größe und der Leistungsabgabe des Motors ab. Gleichermaßen weist der Kolbenmuldendurchmesser BD, wie in 1 dargestellt, vorzugsweise eine Größenordnung auf, die bewirkt, daß das Verhältnis des Muldendurchmessers zum Zylinderbohrungsdurchmesser BD/CD im Bereich von 0,5 – 0,9 liegt. Genauer gesagt: Anmelder haben festgestellt, daß es vorteilhaft ist, ein BD/CD-Verhältnis zu bilden, das so hoch ist, wie es die konstruktiven Grenzen des Kolbens zulassen. Anmelder haben festgestellt, daß ein größerer Kolbenmuldendurchmesser BD die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert, indem nach anfänglicher Verbrennung mehr freier Sauerstoff auf einen größeren Teil der Verbrennungsfahne einwirken kann, wenn die Fahne mit dem Zylinderkopf (3c) zusammenwirkt, was eine verbesserte Verbrennung zur Folge hat. Anmelder haben somit festgestellt, daß es sehr vorteilhaft ist, ein BD/CD-Verhältnis zwischen 0,8 – 0,9 zu erzielen.
Kombinationen der vorstehend beschriebenen, innerhalb der spezifizierten Bereiche ausgewählten Brennraumparameter bieten Vorteile bei der Reduzierung von Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Motorausführungen, wozu insbesondere das Einhalten neuer Emissionsvorschriften in bezug auf NOx-Emissionen und Partikel zählt, und auch bei der Reduzierung von Schmierölverunreinigungen durch Partikel. Der Brennraum 14 beinhaltet insbesondere einen Sprühwinkel im Verhältnis zu einem inneren Muldenbodenwinkel, der die in Kontakt mit dem inneren Muldenbodenbereich 62 kommende Kraftstoffmenge maximiert, in Kombination mit einem oder mehreren der hierin beschriebenen folgenden Abmessungen und Dimensionsverhältnisse im Verhältnis zu: der vertikalen Distanz L₁ vom distalen Ende 60 der Kolbenmulde 56 zum Zentrum C der Auslaßöffnungen 68 der Einspritzlöcher 40; der Zahl N der Einspritzlöcher; dem Verwirbelungsverhältnis SR; der vertikalen Distanz L₂ von den Einspritzlöchern 40 zu einer Innenfläche 65 des Zylinderkopfs 20; der Distanz BH von der Kolbenoberseite 54 zum Zylinderkopf 20; dem Krümmungsradius R₁ eines äußeren Muldenbereichs 64; einem Krümmungsradius R₂ an einer Kante der Kol- benmulde 56; dem Verhältnis BD/CD des Kolbenmuldendurchmessers zum Zylinderdurchmesser; und dem Zylinderdurchmesser CD. 7 enthält normierte Daten, die die Emissionsergebnisse der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zu Emissionsniveaus von Motoren aus derzeitiger Produktion zeigen. Der in der grafischen Darstellung am weitesten links liegende Datenpunkt zeigt beispielsweise, daß mit den richtigen Kombinationen der vorstehend erörterten Motorparameter die Dieselpartikelanteile auf etwa 36% des Niveaus reduziert werden können, das für herkömmliche Dieselmotoren typisch ist, während die NOx-Emission auf etwa 62% des für herkömmliche Dieselmotoren typischen Niveaus reduziert wurde. Somit unterscheidet sich die NOx/DPM-(Dieselpartikelanteil)-Vergleichskurve radikal von einem herkömmlichen Motor, da sowohl die NOxals auch die Partikelemissionen gleichzeitig auf behördlichen Vorschriften entsprechende Niveaus reduziert werden können.
ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung für alle Hubkolbenmotoren eingesetzt werden kann. Diese Erfindung läßt sich insbesondere für Dieselmotoren und speziell für unter schweren Betriebsbedingungen verwendete Dieselmotoren, wie sie beispielsweise in Lastkraftwagen und Automobilen verwendet werden, sowie für industrielle Anwendungen, wie beispielsweise stationäre Kraftanlagen und andere Anlagen, einsetzen.
Zusammenfassung:
Ein Motor (10) beinhaltet verschiedene präzise Konfigurationsparameter, zu denen Abmessungen, Form und/oder relative Positionierung der Brennraummerkmale zählen, die zu einem Verbrennungsablauf führen, mit dem NOx-Emissionen und Partikelanteile minimiert werden können. Der Brennraum (14) beinhaltet einen Sprühwinkel im Verhältnis zu einem inneren Muldenbodenwinkel, der die in Kontakt mit dem inneren Muldenboden kommende Kraftstoffmenge in Kombination mit einem oder mehreren der folgenden Parameter maximiert: vertikale Distanz von der Spitze der Kolbenmulde (56) zu den Einspritzlöchern; Anzahl der Einspritzlöcher (40); Verwirbelungsverhältnis; vertikale Distanz von den Einspritzlöchern zu einer Innenfläche des Zylinderkopfs (20); Distanz von der Kolbenoberseite zum Zylinderkopf; Krümmungsradius eines äußeren Muldenbereichs; Krümmungsradius an einer Kante der Kolbenmulde; Verhältnis des Kolbenmuldendurchmessers zum Zylinderdurchmesser; und der Zylinderdurchmesser.
(1)

Claims

Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf sowie mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer senkrecht zu einer Hin- und Herbewegungsachse des Kolbens verlaufenden Ebene erstreckt, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse beinhaltet, die in einem Sprühwinkel _ zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Hin- und Herbewegungsachse des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist und die Distanz L₁ im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um nicht mehr als 6 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem der innere Muldenbodenwinkel im Bereich von 18 – 30 Grad liegt und der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 13 Grad liegt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem das Verwirbelungsverhältnis im Bereich von 0,7 – 1,5 liegt.
Motor nach Anspruch 1, der weiterhin einen Zylinderkopf beinhaltet, der eine Innenfläche des Brennraums bildet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R, im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 1, bei dem der Motorzylinder einen Zylinderdurchmesser CD und die Kolbenmulde einen Muldendurchmesser BD hat, wobei ein BD/CD-Verhältnis im Bereich von 0,5 – 0,9 liegt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Motor nach Anspruch 2, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um nicht mehr als 5 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 1, bei dem die Distanz L₁ im Bereich von 1,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 8, bei dem das BD/CD-Verhältnis im Bereich von 0,75 – 0,9 liegt.
Motor nach Anspruch 7, bei dem R₁ im Bereich von 12 – 16,5 mm liegt.
Motor nach Anspruch 7, bei dem R₁ ein Radiuszentrum einschließt, das in dem die Kolbenmulde bildenden, sich nach außen öffnenden Hohlraum oder in einer Ebene positioniert ist, die durch die Oberseite des Kolbens senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft.
Motor nach Anspruch 2, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt
Motor nach Anspruch 15, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 16, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 17, bei dem der Motorzylinder einen Zylinderdurchmesser CD und die Kolbenmulde einen Muldendurchmesser BD hat, wobei ein BD/CD-Verhältnis im Bereich von 0,5 – 0,9 liegt.
Motor nach Anspruch 18, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Motor nach Anspruch 6, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 2, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 7, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 8, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 9, der weiterhin einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 2, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 4, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 7, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 8, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 9, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 2, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 4, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 8, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat. 3 3 . Motor nach Anspruch 9, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf und mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich beinhaltet, der eine konkave krummlinige Querschnittsform aufweist, wobei die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei dieser Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 34, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um weniger als 6 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 34, bei dem der innere Muldenbodenwinkel im Bereich von 18 – 30 Grad liegt und der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 13 Grad liegt.
Motor nach Anspruch 34, bei dem das Verwirbelungsverhältnis im Bereich von 0,7 – 1,5 liegt.
Motor nach Anspruch 34, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 34, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf und mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet, wobei die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat, wobei sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlö cher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt.
Motor nach Anspruch 40, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um weniger als 6 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 40, bei dem der innere Muldenbodenwinkel im Bereich von 18 – 30 Grad liegt und der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 13 Grad liegt.
Motor nach Anspruch 40, bei dem das Verwirbelungsverhältnis im Bereich von 0,7 – 1,5 liegt.
Motor nach Anspruch 40, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 40, bei dem der Motorzylinder einen Zylinderdurchmesser CD und die Kolbenmulde einen Muldendurchmesser BD hat, wobei ein BD/CD-Verhältnis im Bereich von 0,5 – 0,9 liegt.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf und mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,7 – 1,5 ist; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um weniger als 6 Einspritzlöcher handelt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt.
Motor nach Anspruch 46, bei dem jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist, wobei die Distanz L₁ im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt.
Motor nach Anspruch 46, bei dem eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Motor nach Anspruch 46, bei dem eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 46, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 46, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder, einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf und mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwin kel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt, wobei eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 52, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um weniger als 6 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 52, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper, der einen Motorzylinder und einen eine Innenfläche des Brennraums bildenden Zylinderkopf beinhaltet; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine durch einen sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inne ren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist, wobei die Distanz L₁ im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt, und wobei eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.
Motor nach Anspruch 55, bei dem es sich bei den mehreren Einspritzlöchern um weniger als 6 Einspritzlöcher handelt.
Motor nach Anspruch 55, der weiterhin mindestens einen im Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßkanal zum Einleiten von Ansaugluft in den Brennraum beinhaltet, wobei die Ansaugluft während des Betriebs einer Verwirbelungswirkung ausgesetzt ist, wobei die sich ergebende Verwirbelungswirkung ein Verwirbelungsverhältnis SR im Bereich von 0,5 – 2,5 ist.
Motor nach Anspruch 55, bei dem die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Muldenbereichs einen Krümmungsradius R, im Bereich von 8 – 20 mm hat.
Motor nach Anspruch 55, bei dem sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper mit einem Motorzylinder; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine von einem sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbenmulde enthält, wobei die Kol- benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen in einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet, wobei die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist, wobei die Distanz L₁ im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt, wobei eine Distanz L₂ zwischen dem Zentrum der Auslaßöffnung und der Innenfläche des den Brennraum bildenden Zylinderkopfs im Bereich von 0,5 – 3 mm liegt.
Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, aufweisend: einen Motorkörper mit einem Motorzylinder; einen Kolben, der im Motorzylinder positioniert ist, um zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition eine Hin- und Herbewegung durchzuführen, wobei der Kolben einen Kolbenkopf mit einer dem Brennraum zugewandten Oberseite beinhaltet, wobei der Kolbenkopf eine von einem sich nach außen öffnenden Hohlraum gebildete Kolbemulde enthält, wobei die Kol-benmulde einen vorspringenden Abschnitt mit einem distalen Ende und einem inneren Muldenbodenbereich beinhaltet, der sich nach innen mit einem inneren Muldenbodenwinkel im Bereich von 16 – 40 Grad zu einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu einer Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wo bei die Kolbenmulde weiterhin einen nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereich mit einer konkaven krummlinigen Querschnittsform beinhaltet, wobei die konkave krummlinige Form des nach außen aufgeweiteten äußeren Mul-denbereichs einen Krümmungsradius R₁ im Bereich von 8 – 20 mm hat, wobei sich der nach außen aufgeweitete äußere Muldenbereich mit der Oberseite an einer Kante mit einem Krümmungsradius R₂ schneidet, der gleich oder kleiner als 1,5 mm ist; einen Düsenhalter, der am Motorkörper angrenzend an den vorspringenden Abschnitt der Kolbenmulde montiert ist, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Düsenhalter mehrere Einspritzlöcher beinhaltet, die vorgesehen sind, um eine Sprühfahne zu bilden, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine zentrale Achse hat, die in einem Sprühwinkel zu einer Ebene orientiert ist, die senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens verläuft, wobei der Winkel ausreicht, um zu bewirken, daß die Sprühfahne auf den inneren Muldenbodenbereich aufprallt, wobei der Sprühwinkel einem Wert entspricht, der bewirkt, daß der Sprühwinkel, minus dem inneren Muldenbodenwinkel, im Bereich von 0 – 19 Grad liegt, wobei jedes der mehreren Einspritzlöcher eine Auslaßöffnung mit einem Zentrum beinhaltet, wobei das Zentrum eine Distanz L₁ vom distalen Ende des vorspringenden Abschnitts aufweist, wobei die Distanz L₁ im Bereich von 0,5 – 4 mm liegt, wobei eine Distanz BH zwischen der Oberseite des Kolbenkopfs und dem Zentrum der Auslaßöffnung im Bereich von 0,5 – 8 mm liegt.