DE19713028C2 - Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung - Google Patents

Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und einer im Zylinderkopf angeordneten Einspritzeinrichtung zur direkter Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum, mit einem hin- und hergehenden Kolben pro Zylinder und einer dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche mit mindestens zwei Einlaßventilen, sowie mit im Brennraum eine Tumbleströmung erzeugenden und auf einer Seite der durch die Kurbelwel­ lenachse und die Zylinderachse definierten Motorlängsebene angeordneten Einlaßkanälen sowie einer im Bereich der Zylindermitte angeordneten Zündquelle.
Ständig steigende Anforderungen an eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und die Reduktion der Abgasemissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe und der Stickoxide, erfordern den Einsatz neuer Technologien im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen und hier insbesondere im Bereich der im PKW überwiegend eingesetzten Ottomotoren mit Fremdzündung.
Ein wesentlicher Grund für den gegenüber z. B. Dieselmotoren höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine liegt in der Betriebsweise mit vorgemischtem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch. Dies bedingt eine Regelung der Motor­ last mit Hilfe eines Drosselorganes zur Begrenzung der insgesamt angesaugten Gemisch­ menge (Quantitätsregelung).
Diese Drosselung der Ansaugströmung führt zu einem thermodynamischen Verlust, der den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Das Potential zur Ver­ brauchsreduzierung der Verbrennungskraftmaschine bei Umgehung dieser Drosselung kann auf etwa 25% geschätzt werden.
Eine vollständige Nutzung des Potentials zur Verbrauchsreduktion wird durch direkte Kraftstoffeinspritzung und weitgehend ungedrosselten Betrieb des Motors möglich, wodurch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine ähnlich dem Dieselmotor mit Qualitätsregelung, d. h. einer Regelung der Motorlast durch Veränderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrie­ ben werden kann.
Diese Betriebsweise erfordert jedoch gezielte Maßnahmen zur Sicherstellung einer vollständigen und stabilen Verbrennung auch bei sehr hohem Luftüberschuß (niedrige Mo­ torlast), bei welchem ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht mehr zündfähig ist.
Die allgemein bekannte Lösung dieser Anforderung besteht hier in der Realisierung einer stark geschichteten, also inhomogenen Gemischverteilung, die sich bei direkter Kraftstoff­ einspritzung durch Einspritzung des Kraftstoffes kurz vor der Zündung vorteilhaft erreichen läßt.
Eine derartige durch direkte Kraftstoffeinspritzung generierte Gemischschichtung muß durch die Hauptströmungsstrukturen im Zylinderraum der Brennkraftmaschine sowie durch die Geometrie des Brennraumes stabilisiert werden, um selbst in Anwesenheit der typischerweise sehr hohen Turbulenzgrade der Motorinnenströmung den Zeitraum zwischen dem Ein­ spritzende und der Zündung überdauern zu können. Als Hauptströmungsformen kommen hier die Wirbelbewegungen Drall und Tumble in Betracht. Bei einer Drallströmung rotiert die Zy­ linderladung aufgrund der Einlaßkanalgestaltung um die Zylinderachse, während bei einer Tumbleströmung eine Rotation um eine zur Kurbelwelle parallele Achse zu beobachten ist.
Ein einlaßgenerierter Tumblewirbel zeigt eine Beschleunigung der Rotation durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche während der Kompression. In der Endphase der Kom­ pression ist bei genügend flachem Ventilwinkel (eines typischen Vierventil-Brennraums) ein starker Zerfall des Tumblewirbels in kleinere stochastisch verteilte Wirbel zu beobachten. Eine Tumbleströmung läßt sich im Zylinderraum eines modernen mehrventiligen Ottomotors mit zwei oder drei Einlaßventilen sinnvoll erzeugen ohne deutliche Verringerungen des Durchflußkoeffizienten der Einlaßkanäle in Kauf nehmen zu müssen. Die Tumbleströmung stellt daher heute ein häufig angewandtes Strömungskonzept für Ottomotoren dar, bei wel­ chen mit Hilfe erhöhter Ladungsbewegung die Verbrennungscharakteristiken verbessert wer­ den sollen.
Für die der gestellten Aufgabe entsprechende Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum unter den genannten Strömungsbedingungen ist aus dem SAE-Paper 940188 das Prinzip eines Einspritzventils bekannt, welches einen kegelförmigen Einspritzstrahl mit hoher Zerstäubungsgüte des Kraftstoffes erzielt. Durch Änderung des Kraftstoffdruckes und des Brennraumgegendruckes kann der Kegelwinkel des Einspritzstrahls beeinflußt werden. Eine charakteristische Eigenschaft derartiger Einspritzdüsen ist die Verbesserung der Zerstäu­ bungsgüte mit steigendem Einspritzdruck. Diese gewünschte Abhängigkeit führt jedoch zu steigenden Geschwindigkeiten des Einspritzstrahls von bis zu 100 m/s und somit zu einem hohen Impuls des in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Sprays. Demgegenüber weist die Luftströmung im Brennraum, selbst bei starker einlaßgenerierter Drall- oder Tumblebewe­ gung mit maximal ca. 30-40 m/s, einen deutlich geringeren Impuls auf, weshalb der Ein­ spritzstrahl in einer ersten Phase des Eintritts in den Brennraum nur unwesentlich von der Brennraumströmung beeinflußt wird.
Es stellt sich unter diesen Voraussetzungen die allgemeine Aufgabe, aus dem Einspritzstrahl eine örtlich begrenzte Gemischwolke in der Nähe der Zündquelle zu erzeugen, und das Ge­ misch innerhalb der Wolke weiter mit Brennraumluft zu vermischen. Dabei sind folgende Punkte wesentlich:
  • - Die Gemischwolke muß insbesondere bei niedrigen Motorlasten deutlich abgegrenzt blei­ ben und sich aus thermodynamischen Gründen sowie zur Reduzierung der Emissionen un­ verbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst in der Mitte des Brennraumes befinden.
  • - Die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes und seine Vermischung mit der Brenn­ raumluft auf ein vorzugsweise stöchiometrisches Luftverhältnis muß in der vergleichs­ weise kurzen Zeitspanne zwischen Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt erfolgen.
Bei der Gestaltung eines geeigneten Brennverfahrens für einen direkteinspritzenden Ottomotor sind neben den Charakteristiken der Einspritzstrahlausbreitung auch die zur Verfü­ gung stehenden Brennraumabmessungen zu berücksichtigen. Für PKW-Ottomotoren typische Hubräume des Einzelzylinders führen zu Bohrungsdurchmessern von ca. 60 bis 100 mm, wo­ bei sich der Kolbenhub in der gleichen Größenordnung bewegt.
In Anbetracht der genannten Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Einspritzstrahls muß daher ein Auftreffen zumindest eines Teils des Kraftstoff-Sprays auf der Kolbenoberfläche erwartet werden. Die Gestaltung der Brennrauminnenströmung sollte daher diesen Vorgang der Wandbenetzung berücksichtigen.
Zur Formung der Gemischwolke und zur Aufbereitung des Kraftstoff-Sprays können folgende Effekte genutzt werden:
  • - Erzeugung eines Kegelstrahls mit variablem, vom Brennraumgegendruck abhängigen Ke­ gelwinkel.
  • - Hoher Einspritzdruck zur Verbesserung der Zerstäubung und damit zur Beschleunigung der direkten Verdampfung des Kraftstoff-Sprays vor der Wandberührung.
  • - Erzeugung eines erhöhten Turbulenzniveaus im Bereich des Einspritzstrahls durch die Brennrauminnenströmung.
  • - Beschleunigung der Wandfilmverdampfung durch Erzeugung einer hohen Strömunsge­ schwindigkeit am benetzten Bereich der Kolbenoberfläche.
Aus der EP 0 558 072 A1 ist eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher durch die Form und Anordnung der Einlaßkanäle eine umgekehrte Tumble-Bewegung der Brennraumströmung erzeugt wird, die durch eine schanzenartige Ausformung der Kolbenoberfläche verstärkt wird. Diese Kolbenoberfläche dient gleichzeitig der Umlenkung des Einspritzstrahls zur Zündkerze, die in Zylindermitte angeordnet ist. Einspritzstrahl und Brennraumströmung streichen so in gleicher Richtung über die Kolbenoberfläche. Der Einspritzstrahl bzw. die daraus nach der Umlenkung am Kolben entstehende Gemischwolke kann sich jedoch nach dem Auftreffen auf die Zylinderkopfwand nahe der Zündkerze in alle Richtungen nahezu ungehindert ausbreiten. Ein Bemühen um eine möglichst starke Konzentration der Gemischwolke nach der Umlenkung am Kolben ist daher nicht erkennbar. Ferner erzeugt die auf der Kolbenoberfläche ausgebildete Schanze unter den Auslaßventilen eine Quetschfläche. Diese erzeugt zwar während der Kompression des Motors kurz vor dem oberen Totpunkt eine gewünschte zusätzliche Strömungsbewegung. Diese kehrt sich jedoch nach Durchlaufen des oberen Totpunktes um, was zu einem Auseinanderreißen der während der Kompression aufgebauten Gemischkonzentration führt.
Aus der EP 0 639 703 A1 ist eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung bekannt, bei welcher durch die Ausformung der Einlaßkanäle eine Drallströmung im Zylinderraum erzeugt wird. Die Kolbenoberfläche weist hier eine ausgeprägte Mulde mit umgebender Quetschfläche auf, wobei die Mulde derart exzentrisch angeordnet ist, daß die zentral im Brennraum befindliche Zündkerze und das radial angeordnete Einspritzventil sich jeweils am Muldenrand befinden. Der Kraftstoff wird ge­ zielt gegen den zu diesem Zweck speziell ausgeformten Muldenrand gespritzt. Die Kol­ benoberfläche hat hier also die Aufgabe, den Kaltstoffstrahl in erster Linie zu zerstäuben. Der Drallströmung kommt die Aufgabe zu, den zerstäubt von der Muldenkante abprallenden Kraftstoff zur Zündkerze zu transportieren.
Bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen ist die Einspritzeinrichtung relativ weit von der Zündquelle entfernt angeordnet, was sich nachteilig auf die Zündsicherheit und die Verbrennungsstabilität auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Brennverfahren unter den dargestellten Randbedingungen mit einer einlaßgenerierten Tumlbeströmung im Zylinderraum zu realisieren, wobei eine große Zündsicherheit und Verbrennungsstabilität erreicht werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Kolben an seiner brennraumseitigen Kolbenoberfläche eine Strömungsleitrippenanordnung aufweist, die - im Grundriß gesehen - im wesentlichen in Form eines Buchstabens "U" gestaltet ist, welcher sich zur Auslaßseite des Brennraumes öffnet, wobei die Kolbenoberfläche zwischen der Leitrippe und der Kolbenaußenkante kontinuierlich konkav gekrümmt ist, und die Einspritzung des Kraftstoffe in einen konkaven Bereich innerhalb des "U" erfolgt, und wobei die Mündung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Bereich der Motorlängsebene angeordnet ist.
Die Ausformung der Kolbenoberfläche hat besondere Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Tumbleströmung und die Ausbildung der Gemischwolke. Durch die erfindungsgemäße Kolbenoberflächenform wird die Ausbildung der Tumblegrundströmung während der Ansaugphase unterstützt und die Gemischströmung geführt, um eine weitestmögliche Begrenzung der zyklischen Schwankung der Gemischverteilung zu erreichen. Durch die Anordnung der Einspritzeinrichtung nahe der Zündquelle wird eine hohe Zündsicherheit und Verbrennungsstabilität erreicht. Zündquelle und Einspritzeinrichtung liegen dabei möglichst zentral im Brennraum, wodurch sich thermodynamische Vorteile ergeben. Die Anordnung der Einspritzeinrichtung dicht neben der Zündquelle hat zwar eine geringfügige Ver­ kleinerung der Ventildurchmesser zur Folge, wodurch zunächst leichte Leistungseinbußen zu erwarten sind. Diese werden allerdings dadurch kompensiert, daß die direkte Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinderraum zu einer Abkühlung des Gemisches aufgrund der Kraftstoffverdampfung führt, was eine Dichteerhöhung und eine Verbesserung der Füllung bewirkt. Eine sorgfältige Optimierung der konstruktiven Auslegung des Zylinderkopfes führt zu Reduktionen der Ventildurchmesser von ca. 7 bis 8%.
Zur Unterstützung der während der Kompressionsphase auftretenden Tumbleströmung kann vorgesehen sein, daß die Kolbenoberfläche teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenaußenkante aufgespannten Bezugsebene liegt.
Um eine Strömungsablösung der quer zur Leitrippe erfolgenden Luftströmung zu gewährlei­ sten, ist es vorteilhaft, wenn die Leitrippe eine gerundete Oberkante aufweist, deren Run­ dung direkt in die sich anschließende konkave Kolbenoberfläche übergeht, wobei vorzugs­ weise der Radius der Rundung der Leitrippe zwischen 1 mm und 3 mm beträgt, und vorzugs­ weise den kleinsten Wert im Bereich einer Zylindermittelebene normal zur Kurbelwel­ lenachse annimmt. Es hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse erreicht werden können, wenn der normal zur Motorlängsebene gemessene größte Abstand der Leitrippe von der Motorlängsebene minimal etwa 0.1 mal dem Kolbendurchmesser und maximal etwa 0.4 mal dem Kolbendurchmesser beträgt.
Zur Erzielung eines optimalen Lenkungseffektes für die Strömung ist es weiters vorteilhaft, wenn die Leitrippe zumindest teilweise die größte mögliche Höhe aufweist, die durch die Kontur der Brennraumdeckfläche bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt und den nötigen Freigang der Ventile begrenzt wird, wobei sich der Bereich der größten Höhe vorzugsweise im Bereich der Zylindermittelebene normal zur Kurbelwellenachse befindet.
Zur Ausbildung einer optimalen Strömungsform ist vorgesehen, daß die Mündung der Einspritzeinrichtung auf der Außlaßseite angeordnet ist, wobei der radiale Abstand von der Zylinderachse höchstens etwa 0.2 mal dem Kolbendurchmesser beträgt.
Die Symmetrieachse des von der Einspritzeinrichtung erzeugten Einspritzstrahles schließt dabei mit der Zylinderachse einen Winkel von maximal 30° ein und ist in Zylinder­ achsrichtung gesehen, in den Bereich der Zylindermitte gerichtet. Weiters kann vorgesehen sein, daß der von der Einspritzeinrichtung erzeugte kegelförmige Einspritzstrahl einen Ke­ gelwinkel von mindestens etwa 60° und maximal etwa 120°, vorzugsweise etwa 90° auf­ weist.
Vorzugsweise ist weiters vorgesehen, daß die Zündquelle auf der Einlaßseite angeordnet ist, wobei der radiale Abstand von der Motorlängsebene höchstens 0.2 mal dem Kolben­ durchmesser beträgt, wobei die Symmetrieachsen der Zündquelle und des von der Ein­ spritzeinrichtung erzeugten Einspritzstrahles einen Winkel von mindestens etwa 60° und höchstens etwa 120° einschließen.
Durch die U-Form der Leitrippe wird die Gemischströmung in Richtung der Zündquelle geführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Leitrippe - in Richtung der Zylinderachse gesehen - im Bereich der Zylindermittelebene einen Krümmungsradius zwischen etwa 0,2 und 0,6 mal dem Kolbendurchmesser aufweist. Die Leitrippe ist vorteilhafterweise zumindest über­ wiegend auf der Einlaßseite angeordnet.
Zur Erzielung einer guten Strömungsführung der Gemischwolke erstreckt sich die Leitrippe vorzugsweise etwa bis in den Bereich der Motorlängsebene.
Weiters kann vorgesehen sein, daß die Leitrippe symmetrisch zur Zylindermittelebene angeordnet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführung gemäß der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 diese Brennkraftmaschine während der Kraftstoffeinspritzung in einer Ansicht in Richtung der Zylinderachse, Fig. 3 eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit drei Einlaßventilen.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen. In einem Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine ist ein hin- und hergehender Kolben 2 längsverschieblich angeordnet. Durch die dachförmige Brennraumdeckfläche 3 des Zylinderkopfs 4 und die Kolbenoberfläche 5 des Kolbens 2 wird ein Brennraum 6 gebildet, in welchen beispielsweise zwei in Fig. 1 strichliert eingezeichnete Einlaßkanäle 7 und zwei Außlaßkanäle 8 einmünden. Mit 9 bzw. 10 sind schrägliegende Einlaßventile bzw. Auslaßventile durch strichlierte Linien angedeutet. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine zwi­ schen zwei Einlaßöffnungen 7' angeordnete, durch eine Zündkerze gebildete Zündquelle. Nahe der Zylindermitte ist die Mündung 19' einer Einspritzeinrichtung 19 zur direkten Ein­ bringung von Kraftstoff in den Brennraum 6 angeordnet.
An der Kolbenoberfläche 5 weist der Kolben 2 eine durch eine U-förmige Leitrippe 12 gebildete Leitrippenanordnung auf, welche die in den Fig. 1 und 2 mit den Pfeilen 13 ange­ deutet, als Tumble ausgebildete Zylinderinnenströmung beeinflußt, um einen optimalen Verbrennungsablauf zu erreichen.
Die - im Grundriß gesehen - U-förmige Leitrippe 12 ist im wesentlichen unterhalb der Einlaßventile 9 der Brennkraftmaschine auf der Kolbenoberfläche 5 angeordnet. Die Leit­ rippe 12 weist in der die Zylinderachse 1a einschließenden Zylindermittelebene 16 normal auf die Kurbelwellenachse 15 den größten Abstand von der Zylinderachse 1a auf und ver­ läuft auf beiden Seiten dieser Zylindermittelebene 16 gekrümmt zur Auslaßseite des Brenn­ raumes 6. Die Höhe H über einer von der Kolbenaußenkante 2a aufgespannten Bezugs­ ebene 2b nimmt im Bereich der Zylindermittelebene 16 vorzugsweise den maximal mögli­ chen Wert an, welcher durch die Kontur der Brennraumdeckfläche 3 bei Stellung des Kol­ bens 2 im oberen Totpunkt und den nötigen Freigang der Ventile 9, 10 begrenzt wird.
Die Kolbenoberfläche 5 verläuft auf beiden Seiten der Leitrippenoberkante 12a kon­ tinuierlich und konkav gekrümmt zur Kolbenaußenkante 2a, wobei die Oberfläche 5a insbe­ sondere innerhalb des "U" auch unterhalb der von der Kolbenaußenkante 2a aufgespannten Bezugsebene 2b liegen kann.
Die Einspritzeinrichtung 19 ist vorzugsweise nahe der Zylinderachse 1a leicht zur Auslaßseite versetzt und zur Auslaßseite geneigt angeordnet, während die Zündquelle 11 zur Einlaßseite hin versetzt und geneigt angeordnet wird, sodaß sich zwischen den Symmetrie­ achsen 11a bzw. 19a der Einspritzeinrichtung 19 und Zündquelle 11 in etwa ein rechter Winkel ± etwa 30° ergibt. Die Position des Zündfunkens befindet sich damit nahe der Leit­ rippe 12. Der Einspritzstrahl 19b dringt entsprechend der Düsenneigung leicht zur Einlaß­ seite geneigt in den Brennraum 6 ein und trifft im Innenbereich der U-förmigen Leitrippe 12 auf die Kolbenoberfläche 5a. Die während der Kompression beschleunigte Tum­ bleströmung 13 liefert eine hohe Querströmungsgeschwindigkeit nahe der Kolbenoberflä­ che 5a im Auftreffbereich des Strahles 19b, was die Verdampfung des Wandfilms verbessert und dessen Transport entlang der Kolbenoberfläche 5a zur Zündquelle 11 begünstigt.
Die Leitrippenoberkante 12a weist vorzugsweise einen genügend kleinen Rundungsradius r auf, um eine Strömungsablösung der die Gemischwolke 18 transportierenden Tumbleströ­ mung 13 zu gewährleisten, was zu einer Aufrichtung der Strömungsrichtung im mittleren Bereich des Zylinders 1 führt. In Richtung der Zylinderachse 1a weist die Leitrippe 12 im Be­ reich der Zylindermittelebene 16 einen Krümmungsradius R zwischen etwa 0,2 und 0,6 mal dem Kolbendurchmesser D auf. Auf der Einlaßseite bildet sich durch die Annäherung des Kolbens 2 an die Brennraumdeckfläche 3 im oberen Totpunkt eine Quetschströmung 14 aus, die das Zusammenhalten der Gemischwolke 18 begünstigt. Die Symmetrieachse 19a des Einspritzstrahles 19 schließt mit der Motorlängsebene 17 einen Winkel α von maximal 30° ein. Die Symmetrieachse 19a ist dabei in den Bereich der Zylindermitte gerichtet.
Die Mündung 19' der Einspritzeinrichtung weist einen Abstand 19c von der Zylin­ derachse 1a auf, der maximal 0,2 mal dem Kolbendurchmesser D beträgt.
Die Zündquelle 11 ist auf der Einlaßseite in einem Abstand von 12b von der Mo­ torlängsebene 17 angeordnet, der höchstens 0,2 mal dem Kolbendurchmesser D beträgt. Die Symmetrieachse 11a der Zündquelle 11 und die Symmetrieachse 19a der Einspritzeinrich­ tung 19 sind in einem Winkel γ zwischen 60° und 120° zueinander angeordnet. Der Kegel­ winkel β des Einspritzstrahles 19b der Einspritzeinrichtung 19 beträgt annähernd 90°. Aus Fig. 1 ist deutlich zu erkennen, daß die Gemischwolke 18 durch die Strömungen 13 und 14 zur Zündquelle 11 gelenkt wird.
Die erfindungsgemäße Kolbenform kann auch bei Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlaßventilen 9 angewendet werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Zündquelle 11 asymmetrisch in einem Abstand 11b von der Zylindermittelebene 16 entfernt angeordnet, um den vorhandenen Platz bei möglichst geringer Verminderung der Ventil­ durchmesser optimal auszunützen.

Claims (14)

1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und einer im Zylinderkopf (4) ange­ ordneten Einspritzeinrichtung (19) zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum (6), mit einem hin- und hergehenden Kolben (2) pro Zylinder (1) und einer dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche (3) mit mindestens zwei Einlaßventi­ len (9) sowie mit im Brennraum (6) eine Tumbleströmung (13) erzeugenden und auf einer Seite der durch die Kurbelwellenachse (15) und die Zylinderachse (1a) definierten Motorlängsebene (17) angeordneten Einlaßkanälen (7) sowie einer im Bereich der Zylindermitte angeordneten Zündquelle (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) an seiner brennraumseitigen Kolbenoberfläche (5) eine Strömungs­ leitrippenanordnung (12) aufweist, die - im Grundriß gesehen - im wesentlichen in Form eines Buchstabens "U" gestaltet ist, welcher sich zur Auslaßseite des Brennraumes (6) öffnet, wobei die Kolbenoberfläche (5) zwischen der Leitrippe (12) und der Kolbenaußenkante (2a) kontinuierlich konkav gekrümmt ist, und die Einspritzung des Kraftstoffes in einen konkaven Bereich (5a) innerhalb des "U" erfolgt, und wobei die Mündung (19') der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (19) im Bereich der Motorlängsebene (17) angeordnet ist.
2. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenoberfläche (5) teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenaußenkante (2a) aufgespannten Bezugsebene (2b) liegt.
3. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippe (12) eine gerundete Oberkante (12a) aufweist, deren Rundung direkt in die sich anschließende konkave Kolbenoberfläche (5, 5a) übergeht, wobei vorzugs­ weise der Radius (r) der Rundung der Leitrippe (12) zwischen 1 mm und 3 mm beträgt, und vorzugsweise den kleinsten Wert im Bereich einer Zylindermittelebene (16) nor­ mal zur Kurbelwellenachse (15) annimmt.
4. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der normal zur Motorlängsebene (17) gemessene größte Abstand (12b) der Leitrippe (12) von der Motorlängsebene (17) minimal etwa 0.1 mal dem Kolben­ durchmesser (D) und maximal etwa 0.4 mal dem Kolbendurchmesser (D) beträgt.
5. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitrippe (12) zumindest teilweise die größte mögliche Höhe (H) aufweist, die durch die Kontur der Brennraumdeckfläche (3) bei Stellung des Kolbens (2) im oberen Totpunkt und den nötigen Freigang der Ventile (9, 10) begrenzt wird, wobei sich der Bereich der größten Höhe (H) vorzugsweise im Bereich der Zylindermittelebene (16) normal zur Kurbelwellenachse (15) befindet.
6. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mündung (19') der Einspritzeinrichtung (19) auf der Auslaßseite an­ geordnet ist, wobei der radiale Abstand (19c) von der Zylinderachse (1a) höchstens etwa 0.2 mal dem Kolbendurchmesser (D) beträgt.
7. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Symmetrieachse (19a) des von der Einspritzeinrichtung (19) erzeugten Einspritzstrahls (19b) mit der Motorlängsebene (17) einen Winkel (a) von maximal etwa 30° einschließt und in Zylinderachsrichtung gesehen in den Bereich der Zylindermitte gerichtet ist.
8. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der von der Einspritzeinrichtung (19) erzeugte kegelförmige Einspritz­ strahl (19b) einen Kegelwinkel (β) von mindestens etwa 60° und maximal etwa 120°, vorzugsweise 90° aufweist.
9. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündquelle (11) auf der Einlaßseite angeordnet ist, wobei der radiale Abstand (11b) von der Motorlängsebene (17) höchstens etwa 0.2 mal dem Kolben­ durchmesser (D) beträgt.
10. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Symmetrieachsen (11a, 19a) der Zündquelle (11) und des von der Einspritzeinrichtung (19) erzeugten Einspritzstrahles (19b) einen Winkel (γ) von mindestens 60° und höchstens 120° einschließen.
11. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitrippe (12) - in Richtung der Zylinderachse (1a) gesehen - im Be­ reich der Zylindermittelebene (16) einen Krümmungsradius (R) zwischen etwa 0,2 und 0,6 mal dem Kolbendurchmesser (D) aufweist.
12. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitrippe (12) zumindest überwiegend auf der Einlaßseite angeordnet ist.
13. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden der Leitrippe (12) etwa im Bereich der Motorlängsebene (17) liegen.
14. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitrippe (12) symmetrisch zur Zylindermittelebene (16) angeordnet ist.
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