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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennraumstruktur eines Motors und insbesondere eine Brennraumstruktur eines Motors, die ausgelegt ist, um in einem vorbestimmten Betriebsbereich in einem Zeitraum von einer zweiten Hälfe eines Verdichtungstakts bis zu einer ersten Hälfte eines Arbeitstakts Kraftstoff einzuspritzen, um nach einem oberen Totpunkt der Verdichtung Zündung auszuführen.
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Technischer Hintergrund
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Typischerweise nutzen Motoren, die Benzin oder Kraftstoff, der als Hauptkomponente Benzin enthält, verwenden, verbreitet ein Fremdzündungsverfahren zum Ausführen von Zündung durch eine Zündkerze. Zum Verbessern von Kraftstoffwirtschaftlichkeit und dergleichen wurde in den letzten Jahren eine Technologie entwickelt, bei der: ein hohes Verdichtungsverhältnis (beispielsweise 14 oder höher) als geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors genutzt wird; Benzin oder Benzin als Hauptkomponente enthaltender Kraftstoff verwendet wird; und in einem vorbestimmten Betriebsbereich Kompressionsselbstzündung (genauer gesagt homogene Kompressionszündung (HCCI)) ausgeführt wird.
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Eine Brennraumstruktur des Motors, die ausgelegt ist, um die Kompressionsselbstzündung auszuführen, ist beispielsweise in
JP 2014-437 82 A offenbart. Bezüglich einer bei einem Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis genutzten Brennraumstruktur offenbart
JP 2014-437 82 A eine Technologie zum Verbessern der Fülleffizienz durch Auslegen der Brennraumstruktur so, dass ein Inneres einer Ausnehmung, die an einem mittleren Abschnitt einer Kolbenoberseite ausgebildet ist, adäquat gespült wird. Ferner wird beispielsweise in
JP 2012-215 098 A ein Motor, der ausgelegt ist, um die Kompressionsselbstzündung auszuführen, offenbart.
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Weiterhin zeigt die
EP 1 837 504 A1 eine Brennraumstruktur, die eine zentrale Ausnehmung aufweist, die in der Oberseite des Kolbens ausgebildet ist, wobei die besagte Ausnehmung in einem Mittelabschnitt einen bergförmigen Vorsprung besitzt. Genauer gesagt wird die Ausnehmung des Kolbens durch eine gebogene Fläche mit einer Krümmung gebildet, die zur radial äußeren Seite hin stärker wird, wobei eine Tangentiale eines Randendabschnitts der genannten gebogenen Fläche das Brennraumdach, das vom Zylinderkopf gebildet wird, schneidet. Das genannte Brennraumdach ist dabei in Form einer geneigten Oberfläche ausgebildet, die zur radial äußeren Seite hin abfällt, wobei sich die geneigte Oberfläche des Brennraumdachs im Wesentlichen bis zum Außenumfang des Zylinder- bzw. Kolbendurchmessers erstreckt, während die Mulde im Kolben sich nur im inneren Durchmesserbereich des Kolbens erstreckt. Die Zündkerze und das Einspritzventil sind im besagten Brennraumdach zentral mittig nebeneinander angeordnet. Weiterhin zeigt die
DE 102 42 227 A1 eine Brennraumstruktur mit einer flachen Eindellung in der Oberseite des Kolbens und einer zentralen, konkaven Eindellung in dem Brennraumdach, in der das Einspritzventil und die Zündkerze untergebracht sind. Ferner zeigt die
DE 10 2004 017 988 A1 eine Brennraumstruktur, bei der das Brennraumdach satteldachförmig ausgebildet ist und der Kolben eine flache Oberseite besitzt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Gemäß dem Motor, der ausgelegt ist, um die vorstehende Kompressionsselbstzündung auszuführen, wird in einem vorbestimmten Betriebsbereich (beispielsweise einem Bereich niedriger Drehzahl und hoher Last) zum Unterbinden einer sogenannten Vorzündung Kraftstoff in einem Zeitraum von einer zweiten Hälfe eines Verdichtungstakts bis zu einer ersten Hälfte eines Arbeitstakts eingespritzt und nach einem oberen Totpunkt der Verdichtung wird eine erzwungene Zündung durch eine Zündkerze ausgeführt. Da in diesem Fall eine Zeit ab Einspritzung des Kraftstoffs bis zum Zünden des Kraftstoffs kurz ist, kann ein den eingespritzten Kraftstoff enthaltendes Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht schnell zu einer Umgebung der Zündkerze geliefert werden, und daher tendiert die Zündfähigkeit durch die Zündkerze dazu, schlechter zu werden. Da die Zeit ab Einspritzung des Kraftstoffs bis zum Zünden des Kraftstoffs kurz ist, werden ferner tendenziell in dem Brennraum ein fetter Teil und ein magerer Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugt, d.h. eine Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum wird tendenziell nicht sichergestellt.
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Wenn die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches wie vorstehend nicht sichergestellt wird, wird das den Kraftstoff enthaltende Kraftstoff-Luft-Gemisch unverbrannt abgelassen oder es kommt nach einem Verbrennungszeitpunkt zu Verbrennung (Nachverbrennung). Somit verschlechtert sich die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Ferner kommt es zu Rauchbildung und auch die Emissionen verschlechtern sich.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Brennraumstruktur eines Motors vorzusehen, die ausgelegt ist, um Kraftstoff in einem Zeitraum von einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts bis zu einer ersten Hälfte eines Arbeitstakts einzuspritzen, um nach einem oberen Totpunkt der Verdichtung Zündung auszuführen, wobei die Brennraumstruktur in der Lage ist, sowohl Homogenität als auch Zündfähigkeit eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum adäquat sicherzustellen.
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Lösung des Problems
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Zum Verwirklichen der vorstehenden Aufgabe handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Brennraumstruktur eines Motors, die ausgelegt ist, um Kraftstoff in einem Zeitraum von einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts bis zu einer ersten Hälfte eines Arbeitstakts einzuspritzen, um Zündung nach einem oberen Totpunkt der Verdichtung auszuführen, wobei die Brennraumstruktur umfasst: einen Kolben mit einer Ausnehmung, die an einem mittleren Abschnitt einer Oberseite des Kolbens nach unten hin konkav ist; ein Kraftstoffeinspritzventil, das an einer Position vorgesehen ist, die einem mittleren Abschnitt des Kolbens entspricht, und ausgelegt ist, um den Kraftstoff in dem Zeitraum von der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts bis zur ersten Hälfte des Arbeitstakts in die Ausnehmung des Kolbens einzuspritzen; und eine Zündkerze, die an einer Position vorgesehen ist, die sich an einer radial äußeren Seite des mittleren Abschnitts des Kolbens befindet und einer Oberseite der Ausnehmung des Kolbens entspricht, wobei der mittlere Abschnitt einer Position entspricht, an der das Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist, wobei: die Ausnehmung des Kolben durch eine gebogene Fläche mit einer Krümmung gebildet ist, die bei Erstrecken der gebogenen Fläche hin zu der radial äußeren Seite stärker wird; und eine Tangentialrichtung eines Randendabschnitts der gebogenen Fläche ein Brennraumdach schneidet, das sich an der radial äußeren Seite einer Position befindet, an der die Zündkerze vorgesehen ist, wobei das Brennkammerdach eine geneigte Oberfläche aufweist, die derart geneigt ist, dass die geneigte Oberfläche mit zunehmender Erstreckung zur radialen Außenseite hin niedriger wird, wobei ein radial äußeres Ende der genannten geneigten Oberfläche an der radial äußeren Seite des randseitigen Endabschnitts der gebogenen Oberfläche der Ausnehmung angeordnet ist.
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In der wie vorstehend ausgelegten vorliegenden Erfindung ist die Krümmung einer radial inneren Seite der gebogenen Fläche der Ausnehmung kleiner als die Krümmung einer radial äußeren Seite der gebogenen Fläche der Ausnehmung (d.h. die Kurve der gebogenen Fläche wird von der radial äußeren Seite hin zu der radial inneren Seite sanfter). In einer Anfangsphase, in der der von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoff auf die gebogene Fläche der Ausnehmung prallt, um sich entlang der gebogenen Fläche hin zu der radial äußeren Seite zu bewegen, ist daher die Krümmung der gebogenen Fläche der Ausnehmung, entlang welcher sich das den Kraftstoff enthaltende Kraftstoff-Luft-Gemisch bewegt, relativ klein. Aus diesem Grund wird eine Bewegungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die gebogene Fläche der Ausnehmung nicht steil gebogen, während sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bewegt. Eine Dämpfung des Moments des Kraftstoff-Luft-Gemisches dann somit geeignet unterbunden werden. Genauer gesagt kann erfindungsgemäß in der Anfangsphase, in der sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das den von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoff enthält, entlang der gebogenen Fläche der Ausnehmung bewegt, ein relativ großes Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches geeignet sichergestellt werden, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann sich schnell entlang der gebogenen Fläche der Ausnehmung hin zu der radial äußeren Seite bewegen.
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Bei Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches entlang der gebogenen Fläche der Ausnehmung hin zu der radial äußeren Seite nimmt in der vorliegenden Erfindung die Krümmung der gebogenen Fläche der Ausnehmung allmählich zu. Während dieser Bewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches läuft eine Vergasung des Kraftstoffs ab. Damit nimmt eine Empfindlichkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches gegenüber der Krümmung der gebogenen Fläche der Ausnehmung ab. Daher beeinflusst die Krümmung der gebogenen Fläche der Ausnehmung kaum das Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches und das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann von der gebogenen Fläche mit der relativ großen Krümmung geeignet gelenkt werden. Während das Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches, das sich entlang der gebogenen Fläche der Ausnehmung bewegt, beibehalten wird, kann sich damit erfindungsgemäß das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Randendabschnitt der gebogenen Fläche der Ausnehmung bewegen, um gegen das Brennraumdach zu prallen. Dadurch kann das auf das Brennraumdach aufprallende Kraftstoff-Luft-Gemisch geeignet in das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das sich entlang des Brennraumdachs hin zur Zündkerze bewegt, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das sich entlang des Brennraumdachs hin zu einem Raum (Quetschbereich) zwischen einer Kolbenoberseite, die sich an der radial äußeren Seite der Ausnehmung befindet, und dem Brennraumdach bewegt, aufgeteilt werden.
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Durch Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches wie vorstehend hin zu der Zündkerze kann in der Nähe der Zündkerze ein dicker Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugt werden, d.h. das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Nähe der Zündkerze kann fett ausgelegt werden. Die Zündfähigkeit durch die Zündkerze kann somit geeignet sichergestellt werden.
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Durch Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches hin zu dem Quetschbereich kann ferner die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum durch Nutzen von Luft in dem Quetschbereich geeignet sichergestellt werden. Durch Liefern des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Quetschbereich kann genauer gesagt das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Zustand schnell in dem Brennraum erzeugt werden. Damit kann eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Nichtverbrennung oder Nachverbrennung und eine Verschlechterung von Emission durch Rauch verbessert werden.
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Wie vorstehend können erfindungsgemäß sowohl die Homogenität als auch die Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum geeignet sichergestellt werden.
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In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass: der Randendabschnitt der gebogenen Fläche, die die Ausnehmung des Kolbens bildet, an der radial äußeren Seite der Position angeordnet ist, wo die Zündkerze vorgesehen ist; und sich die Tangentialrichtung des Randendabschnitts der gebogenen Fläche in einer Richtung entlang einer Mittenachse des Kolbens erstreckt.
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Gemäß der wie vorstehend ausgelegten vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Tangentialrichtung des Randendabschnitts der Ausnehmung in der Richtung entlang der Mittenachse des Kolbens, erstreckt sich mit anderen Worten in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung. Daher kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der im Wesentlichen vertikalen Richtung auf das Brennraumdach prallen. Damit kann die Aufteilbarkeit des sich hin zu der Zündkerze bewegenden Kraftstoff-Luft-Gemisches und des sich hin zum Quetschbereich bewegenden Kraftstoff-Luft-Gemisches effektiv sichergestellt werden.
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In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Zündkerze so angeordnet ist, dass sich eine Elektrode eines Vorderendabschnitts der Zündkerze entlang des Brennraumdachs befindet.
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Gemäß der wie vorstehend ausgelegten vorliegenden Erfindung kann, da die Elektrode der Zündkerze entlang des Brennraumdachs angeordnet ist, das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Nähe der Elektrode der Zündkerze durch das Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches entlang des Brennraumdachs nach Aufprall auf das Brennraumdach effizient fett ausgelegt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der erfindungsgemäßen Brennraumstruktur des Motors können bei dem Motor, der ausgelegt ist, um den Kraftstoff in dem Zeitraum von der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts bis zur ersten Hälfte des Arbeitstakts einzuspritzen, um die Zündung nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung auszuführen, sowohl die Homogenität als auch die Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum geeignet sichergestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist von einer Unterseite in einer Zylinderachsenrichtung aus gesehen eine schematische Draufsicht, die einen Zylinder zeigt, an dem eine Brennraumstruktur eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
- 2 ist eine Draufsicht, die einen Kolben gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer Oberseite in der Zylinderachsenrichtung zeigt.
- 3 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie III-III von 1 und zeigt den Kolben, einen Zylinderkopf und dergleichen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 1 und zeigt den Kolben, den Zylinderkopf und dergleichen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Abbildung zum Erläutern der Betriebsvorteile der Brennraumstruktur des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachstehend wird eine Brennraumstruktur eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
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Zunächst wird vor dem Erläutern von Einzelheiten der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine vorausgesetzte Konfiguration des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kurz erläutert. Der Motor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treibt bei einem hohen Verdichtungsverhältnis, etwa einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 14 oder mehr (bevorzugt 18 bis 20) an und führt in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last auch eine homogene Kompressionszündung, die als HCCI bezeichnet wird, aus. In einem vorbestimmten Betriebsbereich (beispielsweise einem Bereich hoher Last und niedriger Drehzahl) spritzt der Motor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner zum Unterbinden von Vorzündung und dergleichen Kraftstoff in einem Zeitraum von einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts bis zu einer ersten Hälfte eines Arbeitstakts ein (führt auf spät verstellte Einspritzung aus), um nach einem oberen Totpunkt der Verdichtung Zündung vorzunehmen. Eine solche vorausgesetzte Konfiguration des Motors wird durch Steuerung eines ECU (elektronisches Steuergerät) in einem Fahrzeug verwirklicht.
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Als Nächstes wird die Brennraumstruktur des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 1 bis 3 näher erläutert.
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1 ist von einer Unterseite in einer Zylinderachsenrichtung aus gesehen eine schematische Draufsicht, die einen Zylinder zeigt, an dem die Brennraumstruktur des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist. 2 ist eine Draufsicht, die einen Kolben gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer Oberseite in der Zylinderachsenrichtung zeigt. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 1 und zeigt einen Teil des Kolbens, einen Zylinderkopf und dergleichen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zu beachten ist, dass 3 eine Abbildung ist, bei der sich der Kolben an dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet.
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In 1 bezeichnet ein Bezugszeichen Z eine Zylinderachse, die sich in einer Richtung senkrecht zu einer Papierfläche erstreckt, und ein Bezugszeichen Y bezeichnet ein Liniensegment, das sich in einer Papierfläche in der Richtung nach oben/unten erstreckt und einer Kurbelachse entspricht. Der Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform nutzt einen Brennraum mit einem Brennraumdach, das sich am Zylinderkopf befindet und eine Satteldachform (so genannte „Pent Roof'-Form) aufweist (siehe auch 3). Das durch das Bezugszeichen Y gezeigte Liniensegment entspricht einer pent-roof-förmigen Kammlinie (nachstehend entsprechend als „Pent-Roof-Kammlinie“ bezeichnet), die den Brennraum bildet.
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Ferner bezeichnet ein Bezugszeichen X ein Liniensegment, das sich durch eine Mitte des Brennraums, d.h. eine Mittenachse des Zylinders und senkrecht zu der Pent-Roof-Kammlinie Y, erstreckt. Zu beachten ist, dass 3 eine Schnittansicht entlang einer Fläche ist, die sich entlang des Liniensegments X ausbreitet, das senkrecht zu der Pent-Roof-Kammlinie Y ist, und einen Teil des Kolbens, den Zylinderkopf und dergleichen zeigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Zylinder zwei Einlassventile 1, die an einem von Bereichen (d.h. in 1 einem linken Bereich) vorgesehen sind, die die Pent-Roof-Kammlinie Y sandwichartig umgeben. Diese zwei Einlassventile 1 sind so vorgesehen, dass sie in einer Richtung entlang der Pent-Roof-Kammlinie Y aufgereiht sind. Die Bezugszeichen 5 in 1 bezeichnen Einlasskanäle, die von den jeweiligen Einlassventilen 1 geöffnet und geschlossen werden. Ferner umfasst der Zylinder zwei Auslassventile 2, die an dem anderen der Bereiche (d.h. einem rechten Bereich in 1) vorgesehen sind, die die Pent-Roof-Kammlinie Y sandwichartig umgeben. Die zwei Auslassventile 2 sind so vorgesehen, dass sie in der Richtung entlang der Pent-Roof-Kammlinie Y aufgereiht sind. Die Bezugszeichen 6 in 1 bezeichnen Auslasskanäle, die von den jeweiligen Auslassventilen 2 geöffnet und geschlossen werden. An der Zylinderachse Z ist weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil 3 vorgesehen. Eine von zwei Zündkerzen 4 ist ferner zwischen den zwei Einlassventilen 1 vorgesehen, und die andere der zwei Zündkerzen 4 ist zwischen den zwei Auslassventilen 2 vorgesehen.
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Als Nächstens ist, wie in 2 gezeigt, an einem mittleren Abschnitt einer Oberseite eines Kolbens 10 eine Ausnehmung 11, die nach unten konkav ist, ausgebildet (siehe auch 3). Im Einzelnen ist die Ausnehmung 11 von einer Richtung entlang der Zylinderachse Z aus gesehen mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Gestalt ausgebildet, und an einem mittleren Abschnitt der Ausnehmung 11 ist ein bergförmiger vorspringender Abschnitt 11a ausgebildet. An einer radial äußeren Seite des vorspringenden Abschnitts 11a ist ein konkaver Abschnitt 11b mit einer geringeren Höhe als der vorspringende Abschnitt 11a so vorgesehen, dass er den vorspringenden Abschnitt 11a umgibt. Das Kraftstoffeinspritzventil 3 ist rechts über dem vorspringenden Abschnitt 11a der Ausnehmung 11 angeordnet, und die zwei Zündkerzen 4 sind in dem konkaven Abschnitt 11b der Ausnehmung 11 angeordnet (siehe auch 1 und 3).
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Ferner umfasst ein oberer Abschnitt des Kolbens 10 einen ringförmigen Abschnitt 13, der sich von einem Außenrand der Ausnehmung 11 zu einem Außenrand der Oberseite des Kolbens 10 erstreckt und eine radial äußere Seite der Ausnehmung 11 umgibt. Der ringförmige Abschnitt 13 umfasst vier Ventilaussparungen 15, die jeweils nach unten um beispielsweise etwa 1 mm konkav sind. Diese vier Ventilaussparungen 15 sind an Stellen, die den zwei Einlassventilen 1 entsprechen, und an Stellen, die den zwei Auslassventilen 2 entsprechen, vorgesehen. Ferner sind Abschnitte 17, die sich jeweils zwischen den benachbarten Ventilaussparungen 15 befinden, nicht konkav, d.h. sind höher als die Ventilaussparungen 15) und sind im Wesentlichen flach. Nachstehend wird der Abschnitt 17 zwischen den Ventilaussparungen 15 entsprechend als „Kolbenoberseitenabschnitt 17“ bezeichnet.
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Als Nächstens ist, wie in 3 gezeigt, das Kraftstoffeinspritzventil 3 an einem Abschnitt eines Zylinderkopfs 30 vorgesehen, wobei der Abschnitt dem mittleren Abschnitt des Kolbens 10 entspricht. Im Einzelnen ist das Kraftstoffeinspritzventil 3 so vorgesehen, dass eine Mittenachse des Kraftstoffeinspritzventils 3 mit der Zylinderachse Z zusammenfällt. Das Kraftstoffeinspritzventil 3 spritzt den Kraftstoff direkt zu dem Brennraum 20 ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 3 umfasst etwa zehn bis zwölf Einspritzlöcher (nicht gezeigt), und der Kraftstoff wird von den Einspritzlöchern so eingespritzt, dass er eine konische Form bildet, die um die Zylinderachse Z symmetrisch ist. In diesem Fall ist ein Einspritzwinkel α des von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzten Kraftstoffs so eingestellt, dass der beruhend auf der Steuerung des ECU in dem Zeitraum von der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts bis zur ersten Hälfte des Arbeitstakts (beispielsweise 60° nach dem unteren Totpunkt) eingespritzte Kraftstoff in die Ausnehmung 11 des Kolbens 10 gelangt (siehe Pfeile A1 von 3), dass der Kraftstoff mit anderen Worten nicht auf den ringförmigen Abschnitt 13 des Kolbens 10 oder eine Zylinderseitenwand (beispielsweise eine Zylinderlauffläche) aufprallt. Der Einspritzwinkel α des Kraftstoffeinspritzventils 3 wird ferner so eingestellt, dass ein Strahlaufprallabstand von einer Kraftstoffeinspritzposition zu einer Position der Ausnehmung 11, auf die der Kraftstoff prallt, größer als eine Länge (Teilungslänge) von der Kraftstoffeinspritzposition zu einer Position ist, an der es zu einer ersten Teilung des Kraftstoffs kommt.
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Zu beachten ist, dass der Einspritzwinkel α einem Bereich entspricht, in dem sich der Strahl des Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 verteilt, wobei der Bereich beruhend auf der Zylinderachse Z definiert wird. Der Einspritzwinkel α wird ferner beispielsweise auf etwa 100° gesetzt. Ferner wird der Kraftstoff dem Kraftstoffeinspritzventil 3 bei einem relativ hohen Kraftstoffdruck zugeführt (beispielsweise 40 bis 120 MPa).
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Ferner sind die zwei Zündkerzen 4 an Abschnitten des Zylinderkopfs 30 vorgesehen, wobei sich die Abschnitte an einer radial äußeren Seite des mittleren Abschnittes des Kolbens 10 befinden und einer Oberseite der Ausnehmung 11 des Kolbens 10 entsprechen. Genauer gesagt ist jede der Zündkerzen 4 an einer solchen Stelle vorgesehen, dass eine Elektrode 4a eines Vorderendabschnitts der Zündkerze 4 in einer radialen Richtung in der Ausnehmung 11 positioniert ist. Ferner ist jede der Zündkerzen 4 so angeordnet, dass die Elektrode 4a entlang eines Brennraumdachs 20a positioniert ist (mit anderen Worten entlang einer Unterseite des Zylinderkopfs 30; das gleiche gilt für die folgenden Erläuterungen). Im Einzelnen ist jede der Zündkerzen 4 an dem Zylinderkopf 30 so vorgesehen, dass eine Neigungsrichtung der Elektrode 4a entlang einer Neigung des Brennraumdachs 20a festgelegt ist, während ein Vorstehen der Elektrode 4a hin zum Brennraum 20 bestmöglich unterbunden wird.
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Ferner ist die Ausnehmung 11 des Kolbens 10 durch eine gebogene Fläche 11c gebildet, an der der vorspringende Abschnitt 11a und der konkave Abschnitt 11b stetig sind. Wie aus Krümmungen von Flächen von Strichlinienbereichen R1, R2 und R3 in 3 ersichtlich ist, nimmt eine Krümmung der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 zu, wenn sich die gebogene Fläche 11c hin zu einer radial äußeren Seite erstreckt. Beispielsweise wird an der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 eine Übergangskurve, etwa eine Klothoide, genutzt. Ferner ist die gebogene Fläche 11c der Ausnehmung 11 so ausgebildet, dass eine Tangentialrichtung TL eines Randendabschnitts 11d der gebogenen Fläche 11c (im Einzelnen in einer Schnittansicht der gebogenen Fläche 11c eine Richtung einer Tangentiallinie an einer Position des Randendabschnitts 11d) das Brennraumdach 20a schneidet, das sich an einer radial äußeren Seite einer Position befindet, an der die Zündkerze 4 vorgesehen ist. Im Einzelnen befindet sich der Randendabschnitt 11d der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 an einer radial äußeren Seite einer Position, die der Elektrode 4a der Zündkerze 4 entspricht, und die Tangentialrichtung TL erstreckt sich in einer Richtung entlang einer Mittenachse CA (d.h. der Zylinderachse Z) des Kolbens 10, die Tangentialrichtung TL erstreckt sich mit anderen Worten in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung.
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Zu beachten ist, dass in 3 ein durch ein Bezugszeichen SA gezeigter Bereich einen Quetschbereich bezeichnet, der ein Raum ist, der an einem Spalt zwischen dem Kolbenoberseitenabschnitt 17 und dem Brennraumdach 20a ausgebildet ist. Der Quetschbereich SA ist nicht nur an dem Spalt zwischen dem Kolbenoberseitenabschnitt 17 und dem Brennraumdach 20a ausgebildet, sondern auch an einem Spalt zwischen dem Brennraumdach 20a und jeder der Oberseiten der Ventilaussparungen 15 (siehe 2), die an Positionen vorgesehen sind, die den Einlassventilen 1 und den Auslassventilen 2 entsprechen.
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Als Nächstens werden Betriebsvorteile der Brennraumstruktur des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 4 erläutert. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 1, die einen Teil des Kolbens 10, den Zylinderkopf 30 und dergleichen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine 3 entsprechende Abbildung.
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Wie in 4 gezeigt ist, prallt der von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzte Kraftstoff zunächst auf die Ausnehmung 11 des Kolbens 10 (siehe die Pfeile A1). Dann bewegt sich das den Kraftstoff enthaltende Kraftstoff-Luft-Gemisch entlang der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 hin zu der radial äußeren Seite (siehe Pfeile A2). In der vorliegenden Ausführungsform ist die Krümmung einer radial inneren Seite der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 kleiner als die Krümmung einer radial äußeren Seite der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 (mit anderen Worten wird die Kurve der gebogenen Fläche 11c von der radial äußeren Seite hin zu der radial inneren Seite sanfter). Daher ist in einer Anfangsphase, in der sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das den von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzten Kraftstoff enthält, entlang der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 hin zu der radial äußeren Seite bewegt, die Krümmung der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11, entlang welcher sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bewegt, relativ klein. Aus diesem Grund wird eine Bewegungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die gebogene Fläche 11c der Ausnehmung 11 nicht steil gebogen, während sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bewegt. Eine Dämpfung des Moments des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann somit geeignet unterbunden werden. Genauer gesagt kann in der Anfangsphase, in der sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das den von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzten Kraftstoff enthält, entlang der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 bewegt, ein relativ großes Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches geeignet sichergestellt werden, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann sich schnell entlang der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 hin zu der radial äußeren Seite bewegen.
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Wenn sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch entlang der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 hin zu der radial äußeren Seite bewegt, nimmt die Krümmung der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 allmählich zu. Während dieser Bewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches läuft eine Vergasung des Kraftstoffs ab. Damit nimmt der Einfluss der Krümmung der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 auf das Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches allmählich ab. Daher kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch von der gebogenen Fläche 11c mit der relativ großen Krümmung geeignet geleitet werden. Während das Moment des Kraftstoff-Luft-Gemisches, das sich wie durch die Pfeile A2 gezeigt bewegt, beibehalten wird, kann sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch damit durch den Randendabschnitt 11d der gebogenen Fläche 11c der Ausnehmung 11 bewegen, um gegen das Brennraumdach 20a zu prallen (siehe Pfeile A3).
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Wenn während Sicherstellen des Moments das Kraftstoff-Luft-Gemisch gegen das Brennraumdach 20a prallt, verteilt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, um sich entlang des Brennraumdachs 20a hin zu den Zündkerzen 4 (siehe Pfeile A4) und dem Quetschbereich SA (siehe Pfeile A5) zu bewegen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Tangentialrichtung TL (siehe 3) des Randendabschnitts 11d der Ausnehmung 11 in einer Richtung entlang der Mittenachse CA des Kolbens 10, erstreckt sich mit anderen Worten in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung. Daher kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der im Wesentlichen vertikalen Richtung auf das Brennraumdach 20a prallen. Damit kann die Aufteilbarkeit des sich hin zu den Zündkerzen 4 bewegenden Kraftstoff-Luft-Gemisches und des sich hin zum Quetschbereich SA bewegenden Kraftstoff-Luft-Gemisches adäquat sichergestellt werden.
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Durch Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches wie vorstehend hin zu den Zündkerzen 4 (siehe die Pfeile A4) kann ein dicker Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Nähe der Elektrode 4a des Vorderendabschnitts jeder Zündkerze 4 gebildet werden, d.h. das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Nähe der Elektrode 4a jeder Zündkerze 4 kann fett ausgelegt werden. Die Zündfähigkeit durch die Zündkerzen 4 kann somit geeignet sichergestellt werden. Da die Elektroden 4a der Zündkerzen 4 entlang des Brennraumdachs 20a angeordnet sind, kann insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Nähe der Elektrode 4a jeder Zündkerze 4 durch das Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches entlang des Brennraumdachs 20a nach Prallen auf das Brennraumdach 20a effektiv fett ausgelegt werden.
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Durch Bewegen des Kraftstoff-Luft-Gemisches hin zu dem Quetschbereich SA (siehe die Pfeile A5) kann ferner die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum 20 durch Nutzen von Luft in dem Quetschbereich SA geeignet sichergestellt werden. Durch Liefern des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu dem Quetschbereich SA kann genauer gesagt das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Zustand schnell in dem Brennraum 20 erzeugt werden. Damit kann eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Nichtverbrennung oder Nachverbrennung und eine Verschlechterung von Emission durch Rauch verbessert werden.
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Als Nächstes werden abgewandelte Beispiele der vorstehenden Ausführungsform erläutert.
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Die vorstehende Ausführungsform erläutert den Motor, der den Brennraum 20 mit der Pent-Roof-Form umfasst (siehe beispielsweise 3). Die vorliegende Erfindung ist aber auch bei einem Motor anwendbar, der einen Brennraum mit einer anderen Form (etwa einer Halbkreisform oder eine Badewannenform) statt der Pent-Roof-Form umfasst.
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Ferner erläutert die vorstehende Ausführungsform den Motor, der die zwei Zündkerzen 4 umfasst. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei einem Motor verwendbar, der nur eine der zwei Zündkerzen 4 umfasst.
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Weiterhin erläutert die vorstehende Ausführungsform die Zündkerzen 4 von Fremdzündungsausführung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei einer Zündkerze von Laserzündungsausführung anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einlassventil
- 2
- Auslassventil
- 3
- Kraftstoffeinspritzventil
- 4
- Zündkerze
- 4a
- Elektrode der Zündkerze
- 5
- Einlasskanal
- 6
- Auslasskanal
- 10
- Kolben
- 11
- Ausnehmung
- 11a
- bergförmig vorspringender Abschnitt
- 11b
- konkaver Abschnitt
- 11c
- gebogene Fläche der Ausnehmung
- 11d
- Randendabschnitt der Ausnehmung
- 13
- ringförmiger Abschnitt
- 15
- Ventilaussparung
- 17
- Kolbenoberseitenabschnitt
- 20
- Brennraum
- 20a
- Brennraumdach
- 30
- Zylinderkopf
- SA
- Quetschbereich
- TA
- Tangentialrichtung
- CA
- Zylinderachse
