DE19741380C2 - Reciprocating internal combustion engine with direct fuel injection via an injector arranged on the inlet side - Google Patents

Reciprocating internal combustion engine with direct fuel injection via an injector arranged on the inlet side

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Description

Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung und mit di­ rekter Kraftstoffeinspritzung wird der Kraftstoff über einen Injektor direkt in den Arbeitsraum des Motors eingespritzt. Hinsichtlich des Zeitpunktes dieser Einspritzung unterschei­ det man grundsätzlich zwei Betriebsarten.For reciprocating piston internal combustion engines with di right fuel injection, the fuel is over a Injector injected directly into the engine's working space. Differ with regard to the timing of this injection there are basically two operating modes.

Im sogenannten Homogenbetrieb wird der Kraftstoff früh, im allgemeinen während des Einströmens der Verbrennungsluft, d. h. bei geöffnetem Einlaßventil in den Brennraum eingespritzt. Dadurch wird eine gute Homogenisierung des Kraftstoff-Luft- Gemisches erzielt. Diese Betriebsart bietet sich im Betrieb des Motors bei hoher Last an.In the so-called homogeneous operation, the fuel is delivered early, in generally during the inflow of combustion air, d. H. injected into the combustion chamber with the intake valve open. This ensures good homogenization of the fuel-air Mixture achieved. This operating mode is available during operation of the engine at high load.

Im sogenannten Schichtladebetrieb erfolgt die Einspritzung erst nach dem Schließen des Gaseinlaßventils, wenn der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung in den Bereich seiner oberen Tot­ punktlage gelangt. Dadurch wird erreicht, daß der Kraftstoff nur mit einem Teil der im Zylinder enthaltenen Frischluft und auch nur örtlich begrenzt vermischt wird, bis er durch die Zündeinrichtung entzündet wird. Diese Betriebsart wird vor­ zugsweise im Teillastbetrieb des Motors und im Leerlauf ange­ wandt. Der Vorteil dabei besteht darin, daß der Motor ohne Drosselung der Ansaugluft betrieben werden kann, ohne daß da­ bei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Nähe der Zündeinrich­ tung für eine sichere Entzündung zu mager ist.The injection takes place in the so-called stratified charge mode only after closing the gas inlet valve when the piston in its upward movement to the area of its top dead point position reached. This ensures that the fuel only with a part of the fresh air contained in the cylinder and even locally mixed until it is mixed by the Ignition device is ignited. This operating mode is before preferably in part-load operation of the engine and idling turns. The advantage here is that the engine without Throttling the intake air can be operated without there at the air-fuel ratio near the ignition device is too lean for a safe inflammation.

Für diese Betriebsarten sind unterschiedliche Verfahrens­ weisen zur Einführung des Kraftstoffs in den Zylinderraum und zur Gemischbildung bekannt geworden, die sich in zwei Katego­ rien unterteilen lassen: There are different procedures for these operating modes point to the introduction of fuel into the cylinder space and become known for mixture formation, which are divided into two categories have rien divided:  

Bei den sogenannten strahl-geführten Verfahren ist der Ein­ spritzstrahl direkt auf die Zündeinrichtung gerichtet. Die eingespritzte Kraftstoffwolke vermischt sich mit der Verbren­ nungsluft und wird durch die Zündeinrichtung entzündet. Ein zuverlässiger Schichtladebetrieb ist dementsprechend nur ge­ währleistet, wenn die Zündeinrichtung sehr nahe am Injektor positioniert ist. Damit ist der Nachteil verbunden, daß nur ein extrem kleines, betriebspunkt-spezifisches Zündfenster vorhanden ist und dementsprechend eine Abstimmung der Strahl­ ausbreitung für große Kennfeldbereiche kritisch ist. Die ver­ wendeten Injektoren müssen zudem sehr genau gefertigt werden, wobei schon geringe Toleranzabweichungen oder Veränderungen des Injektors im Langzeitbetrieb zu nachteiligen Randbedin­ gungen für die Entzündung führen.In the so-called beam-guided processes, the on is spray directed directly at the ignition device. The injected cloud of fuel mixes with burning air and is ignited by the ignition device. On reliable stratified charge operation is accordingly only ge ensures if the ignition device is very close to the injector is positioned. This has the disadvantage that only an extremely small, operating point-specific ignition window is present and accordingly a tuning of the beam spread is critical for large map areas. The ver turned injectors must also be manufactured very precisely, with slight tolerance deviations or changes the injector in long-term operation to disadvantageous marginal conditions lead to inflammation.

Die Zündbedingungen im Schichtladebetrieb lassen sich daher nur durch eine exakte geometrische Zuordnung von Zündeinrich­ tung und Einspritzstrahl sicherstellen. Deshalb sind die be­ kannt gewordenen Verfahren dieser Kategorie ohne eine ausge­ prägte und intensive Ladungsbewegung ausgeführt. Im Homogen­ betrieb jedoch fehlt gerade diese Bewegung zur Verbesserung der Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, was Lei­ stungseinbußen und eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs mit entsprechend erhöhtem Schadstoffausstoß zur Folge hat.The ignition conditions in stratified charge operation can therefore be only through an exact geometric assignment of Zündeinrich Ensure the device and injection jet. That is why the be known procedures in this category without one embossed and intense charge movement. In homogeneous However, this movement for improvement is lacking the homogenization of the fuel-air mixture, which Lei loss of performance and an increase in fuel consumption correspondingly increased pollutant emissions.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß sich bedingt durch das direkte Anspritzen der Zündeinrichtung ein erhöhter Verschleiß und damit eine Verkürzung der Standzeit der Zündeinrichtungen einstellt.Another disadvantage of this method is that it is conditional through the direct injection of the ignition device an increased Wear and thus a reduction in the service life of the Sets ignition devices.

Die sogenannten wand-geführten Verfahren beruhen darauf, daß im Schichtladebetrieb der Kraftstoffeinspritzstrahl von der durch den Kolbenboden gebildeten Teil der Brennraumwand auf die Zündeinrichtung hin abgelenkt wird. Dabei wirkt eine in­ tensive Ladungsbewegung unterstützend. Durch dieses Verfahren wird das direkte Anspritzen der Zündeinrichtung vermieden. Toleranzabweichungen und der Betriebszustand der Kraftstoff­ injektoren sind weniger kritisch als bei den vorstehend er­ läuterten strahl-geführten Verfahren. Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß der Kraftstoff bei der direkten Einspritzung in den Zylinderraum auf die Brennraumwand, ins­ besondere auf den Kolbenboden gelangt, so daß in bestimmten Betriebszuständen eine unvollständige Verbrennung erfolgt, die einen erhöhten Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstof­ fen und einen erhöhten Ausstoß an Ruß zur Folge hat. Dieses Verfahren wurde bisher mit einlaßseitigem Kraftstoffinjektor durchgeführt und beruht auf der Ausbildung einer hinsichtlich der Richtung und des Drehsinnes speziellen walzenförmigen Be­ wegung der Zylinderladung, die den Gemischstrahl über den Kolbenboden führend in Einspritzrichtung auf die Zündeinrich­ tung führt. Diese Form der Ladungsbewegung kann in Verbin­ dung mit einem Kolbenboden, der in seinem den Gaseinlaßka­ nälen zugekehrten Bereich als Hohlkehle gestaltet ist, die sich quer über den Kolbenboden erstreckt, über steil aufrecht stehende Einlaßkanäle erreicht werden, was eine entsprechend größere Bauhöhe des Motors bewirkt (EP 0 558 072 B1 und DE 197 08 288 A1). Gemäß einem anderen Lösungsvorschlag wird die gewünschte Bewegungsform der Zylinderladung durch eine spezielle Gestaltung des Einlaßkanals oder etwa der Geometrie im Sitzbereich des Einlaßventils (EP 0 463 613 B1) erreicht, was aber nachteilige Auswirkungen auf die Strömungsgüte des Einlaßsystems und damit auf das Vollastbetriebsverfahren des Motors hat. In beiden Fällen ist der Einspritzstrahl auf eine Ausnehmung des Kolbenbodens gerichtet, so daß gerade bei Schichtladebetrieb noch flüssiger Kraftstoff auf den Kolben­ boden auftrifft. Das sich dort bildende Gemisch wird dann in Kontakt mit der Wandung des Kolbenbodens gegen die Zündein­ richtung geführt.The so-called wall-guided processes are based on the fact that in stratified charge mode, the fuel injection jet from the part of the combustion chamber wall formed by the piston crown the ignition device is deflected. Here an in supportive charge movement. Through this procedure the direct injection of the ignition device is avoided. Tolerance deviations and the operating condition of the fuel injectors are less critical than the ones above  refined beam-guided procedures. One disadvantage of this The procedure is that the fuel is in the direct Injection into the cylinder chamber on the combustion chamber wall, ins special gets on the piston crown, so that in certain Operating conditions there is incomplete combustion, which have increased emissions of unburned hydrocarbons and results in increased soot emissions. This So far, the method has been with an inlet-side fuel injector carried out and is based on the training of a the direction and the direction of rotation special cylindrical Be Movement of the cylinder charge that the mixture jet over the Piston head leading in the direction of injection to the ignition device tung leads. This form of charge movement can be combined dung with a piston crown, which in its the gas inlet channel facing area is designed as a fillet that extends across the piston crown, steeply upright standing inlet channels can be reached, which is a corresponding greater height of the motor causes (EP 0 558 072 B1 and DE 197 08 288 A1). According to another proposed solution the desired form of movement of the cylinder charge through a special design of the inlet channel or the geometry reached in the seat area of the inlet valve (EP 0 463 613 B1), but which has an adverse effect on the flow quality of the Intake system and thus on the full load operating method of the Motors has. In both cases the injection jet is on one Recess of the piston head directed so that just at Stratified charge still liquid fuel on the pistons hits the ground. The mixture formed there is then in Contact with the wall of the piston crown against the ignition direction.

Die im Schichtladebetrieb erforderliche intensive Ladungsbe­ wegung wirkt sich bei diesem Verfahren im Homogenbereich we­ gen resultierender harter Verbrennungsgeräusche und erhöhter Wandwärmeverluste nachteilig aus.The intensive charge required in stratified charging This method affects movement in the homogeneous area  resulting hard combustion noises and increased Wall heat losses adversely.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hubkol­ benbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und mit Direktein­ spritzung zu schaffen, die die vorstehend erwähnten Nachteile weitgehend vermeidet. The invention is therefore based on the object, a lifting piston Internal combustion engine with spark ignition and with direct on injection to create the disadvantages mentioned above largely avoided.  

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Hub­ kolbenbrennkraftmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Der Vorteil dieser Motorkonzeption mit normal ge­ stalteter Führung des Gaseinlaßkanals besteht darin, daß durch die dachförmige Ausgestaltung der Zylinderdecke und auch des Kolbenbodens ein Brennraum geschaffen wird, der nur wenig zerklüftet ist, so daß sich in Verbindung mit der mul­ denförmigen Ausnehmung auf dem Kolbenboden eine gegen die Kraftstoffeinspritzdüse gerichtete Bewegung der Zylinderfül­ lung ergibt. Insbesondere im Schichtladebetrieb wird über den Kolbenboden nur Luft gegen die Kraftstoffeinspritzdüse ge­ führt, in die dann der Kraftstoff eingespritzt wird. Damit ergibt sich in unmittelbarer Nähe des Gaseinlaßventils eine verbesserte Gemischaufbereitun, da im Schichtladebetrieb, wenn die Kraftstoffeinspritzung nach dem Schließen des Aus­ laßventils zu einem Zeitpunkt erfolgt, der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung sich nahe seiner oberen Totpunktlage befin­ det. Im Bereich des Einspritzventils ändert die Luftströmung ihre Richtung und wird entlang der Zylinderdecke in Richtung auf die Zündeinrichtung geführt. Trotz des hierbei reduzier­ ten Brennraumvolumens steht dann für den Kraftstoff ein lan­ ger freier Strahlweg mit optimaler Gemischbildung in Richtung der Luftströmung im Zylinder auf die Zündeinrichtung hin zur Verfügung. Hierbei ergibt sich nur ein geringer Auftrag von Kraftstoff auf die Zylinderwandungen. Die besondere Gestal­ tung des Brennraums in Verbindung mit der Positionierung der Kraftstoffeinspritzdüse erlaubt hierbei eine sehr flache Strahlführung, wobei der aufgefächerte Strahl im Bereich der muldenförmigen Ausnehmung auf dem Kolbenboden einwandfrei und nahezu ohne Benetzung des Kolbenbodens auch bei Schichtlade­ betrieb in den Brennraum eintreten kann, so daß das Kraft­ stoff-Luft-Gemisch in einer optimalen Durchmischung an die Zündeinrichtung gelangt Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Mündung der Einspritzdüse etwa in Höhe des unteren Randes der Einlaßöffnung des Gaseinlaßventils angeordnet ist.This object is achieved according to the invention by a hub piston internal combustion engine with those specified in claim 1 Characteristics. The advantage of this engine design with normal ge Stalten leadership of the gas inlet channel is that through the roof-shaped design of the cylinder ceiling and also the piston crown a combustion chamber is created that only is little jagged, so that in connection with the mul the shaped recess on the piston crown against the Fuel injector directed movement of the cylinder fill lung results. In stratified charge mode in particular, the Piston crown only air against the fuel injector leads into which the fuel is then injected. In order to results in the immediate vicinity of the gas inlet valve improved mixture preparation, since in stratified charge mode, if the fuel injection after closing the off let valve at a time, the piston in its Upward movement is near its top dead center det. The air flow changes in the area of the injection valve their direction and is heading along the top of the cylinder led to the ignition device. Despite the reduced th combustion chamber volume then stands for the fuel Straight free jet path with optimal mixture formation in the direction the air flow in the cylinder towards the ignition device Available. There is only a small order of Fuel on the cylinder walls. The special shape the combustion chamber in connection with the positioning of the Fuel injector allows a very flat one Beam guidance, the fanned beam in the area of trough-shaped recess on the piston crown perfect and almost without wetting the piston crown even with stratified drawer Operation can enter the combustion chamber, so that the force optimal air-mixture to the Ignition device arrives It is particularly expedient here when the mouth of the injector is at about the level of the lower one Edge of the inlet opening of the gas inlet valve is arranged.

Besonders vorteilhaft ist die Umsetzung der Erfindung bei ei­ nem Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Gaseinlaßventilen, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse in einem Bereich zwischen den beiden Gaseinlaßventilen in den Zylinder einmündet.The implementation of the invention is particularly advantageous in the case of egg  reciprocating piston internal combustion engine with two gas inlet valves, the fuel injector in a range between the two gas inlet valves opens into the cylinder.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung lassen sich aus der nachstehenden Erläuterung eines Ausführungsbei­ spiels der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen entneh­ men. Es zeigen:Let further configurations and advantages of the invention the following explanation of an execution example Game of the invention with reference to schematic drawings men. Show it:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einspritzung im Teillastbetrieb, Fig. 1 is a vertical section through a cylinder of a reciprocating internal combustion engine with fuel injection in partial-load operation

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Zylinder gem. Fig. 1 bei Einspritzung im Vollast betrieb, Fig. 2 shows a vertical section through the cylinder. Fig. 1 operating at full load injection in,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Kolbenboden. Fig. 3 is a plan view of the piston crown.

Der in Fig. 1 dargestellte Zylinder 1 einer Hubkolbenbrenn­ kraftmaschine ist mit einem Zylinderkopf 2 versehen, der zwei schräg verlaufende in etwa parallele Gaseinlaßkanäle 3 sowie zwei in etwa parallele Gasauslaßkanäle 4 aufweist. Die Zuord­ nung der Mündungen der Gaseinlaßkanäle 3 zu den Mündungen der Gasauslaßkanälen 4 ist in der Aufsicht auf den Kolbenboden gem. Fig. 3 strichpunktiert angedeutet. Wie aus dem Vertikal­ schnitt gem. Fig. 1 ersichtlich, sind sowohl die Gaseinlaßka­ näle 3 als auch die Gasauslaßkanäle 4 im Zylinderkopf 2 so geführt, daß sie unter einem möglichst flachen Winkel (gemessen gegenüber der Zylinderkopfebene) in den Zylinderraum 1.1 einmünden. Die Gaseinlaßkanäle 3 sind durch entsprechende Gaseinlaßventile 6 und die Gasauslaßkanäle 4 sind durch ent­ sprechende Gasauslaßventile 7 jeweils öffen- und schließbar.The cylinder 1 shown in Fig. 1 a Hubkolbenbrenn combustion engine is provided with a cylinder head 2, has approximately parallel gas outlet 4 of the two inclined parallel in as gas intake ports 3 and two. The assignment of the mouths of the gas inlet channels 3 to the mouths of the gas outlet channels 4 is in accordance with the supervision of the piston crown. Fig. 3 indicated by dash-dotted lines. As cut from the vertical acc. Fig. 1 can be seen, both the Gaseinlaßka channels 3 and the gas outlet channels 4 in the cylinder head 2 are guided so that they open into the cylinder space 1.1 at a flat angle (measured relative to the cylinder head plane). The gas inlet channels 3 can be opened and closed by corresponding gas inlet valves 6 and the gas outlet channels 4 by corresponding gas outlet valves 7 .

Im Zylinderkopf 2 ist im Bereich der Gaseinlaßventile 6 eine Kraftstoffeinspritzdüse 8 angeordnet, die beispielsweise Teil einer Hochdruckkraftstoffdirekteinspritzung in Common-Rail- Technik ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Gasauslaßventilen 7 ist die Kraftstoffeinspritzdüse zwischen den beiden Gaseinlaßventilen angeordnet, so wie dies aus der Aufsicht gem. Fig. 3 ersichtlich ist. In der Höhe mündet die Kraftstoffeinspritzdüse etwa in der Höhe des unte­ ren Randes des die Einlaßöffnungen jeweils definierenden Ven­ tilsitzringes 6.1 in den Zylinderraum 1.1 ein. Die Strahlach­ se 9 der Kraftstoffeinspritzdüse 8 ist hierbei gegen die Zy­ linderachse 5 gerichtet und verläuft ebenfalls unter einem Winkel hierzu, der, gemessen gegenüber der Vertikalen, jedoch größer ist als der Eintrittswinkel der Gaseinlaßkanäle 3, der im wesentlichen durch die Achsen 10 der Gaseinlaßventile de­ finiert ist, so daß die Strahlachse sehr flach im Zylinder­ raum verläuft.A fuel injection nozzle 8 is arranged in the cylinder head 2 in the region of the gas inlet valves 6 and is, for example, part of a high-pressure direct fuel injection in common rail technology. In the embodiment shown here with two gas outlet valves 7 , the fuel injector is arranged between the two gas inlet valves, as is the case in accordance with the supervision. Fig. 3 can be seen. In height, the fuel injector opens approximately at the level of the lower edge of the Ven tilsitzringes 6.1 each defining the inlet openings in the cylinder chamber 1.1 . The Strahlach se 9 of the fuel injector 8 is directed against the cylinder axis 5 Zy and also extends at an angle to it, which, measured relative to the vertical, however, is greater than the entry angle of the gas inlet channels 3 , which de through the axes 10 of the gas inlet valves substantially is finished so that the beam axis runs very flat in the cylinder space.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl die Zylinderdecke 2.1 als auch der Kolbenboden 11.1 des Kolbens 11 dachförmig ausgebildet, wobei die Dachflächen jeweils den Gaseinlaßventilen und den Gasauslaßventilen zugeordnet sind. In der den Gaseinlaßventilen 6 zugeordneten Dachfläche des Kolbenbodens 11.1 ist eine muldenförmige Ausnehmung 12 ange­ ordnet, die der Kraftstoffeinspritzdüse 8 zugeordnet ist und die sich über den "Dachfirst" 11.2 über beide "Dachflächen" erstreckt,In the embodiment shown here, both the cylinder cover 2.1 and the piston head 11.1 of the piston 11 are roof-shaped, the roof surfaces being assigned to the gas inlet valves and the gas outlet valves. In the gas inlet valves 6 associated roof surface of the piston head 11.1 is a trough-shaped recess 12 is arranged, which is assigned to the fuel injector 8 and which extends over the "roof ridge" 11.2 over both "roof surfaces",

Fig. 1 zeigt die Stellung des Kolbens 11 im Zylinderraum 1.1 bei sogenanntem Schichtladebetrieb, d. h. für einen Betrieb bei Leerlauf bis hin zur Teillast. Hierbei wird über die Kraftstoffeinspritzdüse ein durch eine entsprechende Düsen­ ausbildung aufgefächerter Kraftstoffstrahl 13 bei bereits ge­ schlossenen Gaswechselventilen 6 und 7 in den Zylinderraum eingespritzt. Der Kraftstoffstrahl 13 wird infolge der über die Muldenfläche geführten Luftströmung "angehoben" und streicht hierbei im wesentlichen ohne Berührung über die Aus­ nehmung 12 im Kolbenboden 11.1 hinweg und wird hierbei unter Bildung eines zündfähigen Gemisches mit der im Zylinder vor­ handenen Luftfüllung wirbelförmig gegen die schematisch ange­ deutete Zündeinrichtung 14 gelenkt und gezündet. Hierbei wird die geordnete Ladungsbewegung in Verbindung mit späten Ein­ spritzzeitpunkten während der Kompression dazu genutzt, Kraftstoff und Luft örtlich begrenzt vorzumischen und in die Nähe der Zündeinrichtung zu transportieren. Nach Einleitung der Verbrennung unterstützt die Ladungsbewegung die Verbren­ nung. Fig. 1 shows the position of the piston 11 in the cylinder chamber 1.1 in so-called stratified charge operation, ie for operation at idle up to partial load. Here, a fuel jet 13 fanned out by a corresponding nozzle formation is injected into the cylinder chamber with gas exchange valves 6 and 7 already closed via the fuel injection nozzle. The fuel jet 13 is "raised" as a result of the air flow conducted over the trough surface and in this case sweeps essentially without contacting the recess 12 in the piston head 11.1 and is thereby vortex-shaped to form an ignitable mixture with the air filling present in the cylinder against the schematically indicated indicated ignition device 14 steered and ignited. Here, the ordered charge movement in connection with late injection times during the compression is used to pre-mix fuel and air locally and to transport them in the vicinity of the ignition device. After the initiation of combustion, the charge movement supports the combustion.

Durch die Gestaltung des Kolbenbodens 11.1 mit der erwähnten muldenförmigen Ausnehmung 12 wird einerseits die beim Ansaug­ vorgang mit dem speziell gestalteten Gaseinlaßkanal 3 erzeug­ te Ladungsbewegung unterstützt und bis gegen Ende des sich anschließenden Verdichtungshubes des Kolbens 11 weitgehend erhalten. Darüber hinaus bewirkt die beschriebene Ausnehmung 12 im Zusammenhang mit der Dachform der Zylinderdecke 2.1 die Beschleunigung der walzenförmigen Ladungsbewegung gegen Ende der Verdichtung, wenn das Hauptbrennraumvolumen, bedingt durch die angepaßte Dachform von Zylinderdecke 2.1 und Kol­ benboden 11.1 praktisch auf die Mulde komprimiert wird.The design of the piston crown 11.1 with the aforementioned trough-shaped recess 12 on the one hand supports the charge movement generated during suction with the specially designed gas inlet duct 3 and largely preserves it towards the end of the subsequent compression stroke of the piston 11 . In addition, the recess 12 described in connection with the roof shape of the cylinder ceiling 2.1 causes the acceleration of the cylindrical charge movement towards the end of the compression when the main combustion chamber volume, due to the adapted roof shape of the cylinder ceiling 2.1 and Kol benboden 11.1 is practically compressed on the trough.

Darüber hinaus wird durch eine leichte Neigung dieser mulden­ förmigen Ausnehmung 12 zum Kraftstoffstrahl 13 hin eine aus­ reichende freie Strahllänge sichergestellt, was die Benetzung der Brennraumwand mit flüssigem Kraftstoff vermeidet.In addition, these hollows shaped recess 12 is ensured through the fuel jet 13 from reaching a free jet length by a slight inclination, which the wetting of the combustion chamber wall avoids with liquid fuel.

Eine weitere Maßnahme zur Sicherstellung einer von Wandein­ flüssen weitgehend ungehinderten Ausbreitung des Einspritz­ strahls 13 ist eine Verlängerung 18 der muldenförmigen Aus­ nehmung 12 in der dem Einspritzventil 8 zugewandten Randbe­ reich des Kolbenbodens 11.1.Another measure to ensure a largely unhindered expansion of the injection jet 13 is an extension 18 of the trough-shaped recess 12 in the injector 8 facing Randbe rich of the piston crown 11.1 .

Nach Einleitung der Verbrennung unterstützt die Ladungsbewe­ gung die weitere Vermischung von noch unverbranntem Kraft­ stoff und Luft und beschleunigt deren Verbrennung.After the initiation of combustion, the charge movement supports further mixing of unburned power material and air and accelerates their combustion.

Fig. 2 zeigt die Stellung der einzelnen Organe zueinander bei sogenanntem Homogenbetrieb, d. h. einem Betrieb mit hoher Last. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 öffnet das Gaseinlaßventil 6, wobei in den einströmenden Frischluftstrom über die Kraftstoffeinspritzdüse 8 der aufgefächerte Ein­ spritzstrahl 13 eingespritzt wird, so daß hier wiederum die gewünschte einwandfreie Gemischbildung erfolgen kann. Nach dem Schließen des Gaseinlaßventils 6 führt die Turbulenz der Zylinderladung während der Aufwärtsbewegung des Kolbens zur Ausbildung eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches, dessen Verbrennung dann über die Zündeinrichtung 14 eingeleitet wird. Bei dieser Betriebsweise ist der Einfluß der muldenför­ migen Ausnehmung 12 im Kolbenboden 11.1 von geringerer Bedeu­ tung, da die Gemischbildung hier in erster Linie über die mit dem Gaseinlaßvorgang synchrone Kraftstoffeinspritzung er­ reicht wird. Die in dieser Betriebsart bevorzugte abge­ schwächte Ladungsbewegung, die einen hinsichtlich der Ver­ brennungsgeräuschanregung vorteilhaften Ablauf der Verbren­ nung zuläßt und im Interesse einer hohen spezifischen Lei­ stung hohe Durchflußwerte des Einlaßsystems ermöglicht, wird auch für diese Betriebsweise durch die Gemischführung infolge der erfindungsgemäßen Brennraumgestaltung begünstigt. Fig. 2 shows the position of the individual organs in relation to one another in so-called homogeneous operation, ie operation with a high load. During the downward movement of the piston 11 , the gas inlet valve 6 opens, the fanned-out spray jet 13 being injected into the inflowing fresh air stream via the fuel injector 8 , so that here again the desired perfect mixture formation can take place. After the gas inlet valve 6 is closed , the turbulence of the cylinder charge during the upward movement of the piston leads to the formation of a homogeneous fuel-air mixture, the combustion of which is then initiated via the ignition device 14 . In this mode of operation, the influence of the muldenför shaped recess 12 in the piston crown 11.1 is of lesser importance since the mixture formation here is primarily via the fuel injection process which is synchronous with the gas injection process. The preferred in this mode of operation weakened charge movement, which allows an advantageous in terms of the combustion noise excitation process of combustion and in the interest of a high specific performance high flow rates of the intake system enables is also favored for this mode of operation by the mixture management due to the combustion chamber design according to the invention.

Bei einer Stellung des Kolbens im oberen Totpunktbereich wird der Brennraum im wesentlichen durch die Form der muldenförmi­ gen Ausnehmung 12 vorgegeben. Diese ist so auf dem Kolbenbo­ den 11.1 in seiner Erstreckung über den Dachfirst 11.2 ange­ ordnet, daß sich der Volumenschwerpunkt des Brennraums in dieser Kolbenstellung nahe der Zylinderachse 5 befindet.When the piston is in the upper dead center region, the combustion chamber is essentially predetermined by the shape of the recess 12 in the shape of a trough. This is so arranged on the Kolbenbo the 11.1 in its extent over the ridge 11.2 that the center of gravity of the combustion chamber is in this piston position near the cylinder axis 5 .

Durch die Anordnung eines in den Gaseinlaßkanälen 3 angeord­ neten, steuerbaren Stellorgans 16 läßt sich die Ausbildung des Gaswirbels im Zylinderraum 1.1 noch beeinflussen. Je nach der Anordnung und der Stellung des Sperrmittels 16 wird ein mehr (bei geschlossenen Sperrmittel für Schichtladebetrieb) oder weniger starker (bei geöffnetem Sperrmittel für Homogen­ betrieb) Walzenwirbel im Zylinderraum 1.1 erzeugt. Durch die Anordnung einer quer zur Zylinderachse 5 ausgerichteten Trennwand 15 in den Gaseinlaßkanälen 3, die diese in einen oberen Teilkanal 3.1 und einen unteren Teilkanal 3.2 unter­ teilt, läßt sich die Wirkung des steuerbaren Stellorgans 16 noch verstärken.The arrangement of a controllable actuator 16 arranged in the gas inlet channels 3 allows the formation of the gas vortex in the cylinder space 1.1 to be influenced. Depending on the arrangement and the position of the locking means 16 , a more (when the locking means is closed for stratified charge operation) or less strong (when the locking means is open for homogeneous operation) roller vortices are generated in the cylinder space 1.1 . By arranging a partition 15 aligned transversely to the cylinder axis 5 in the gas inlet channels 3 , which divides them into an upper subchannel 3.1 and a lower subchannel 3.2 , the effect of the controllable actuator 16 can be further enhanced.

Claims (5)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei unter ei­ nem flachen Winkel in bezug auf die Zylinderkopfebene verlau­ fenden Gaseinlaßkanälen (3) mit je einem Gaseinlaßventil (7) und wenigstens einer Zündeinrichtung (14) je Zylinder (1) und mit einem durch die Zylinderdecke (2.1) und dem Kolbenboden (11.1) des im Zylinder (1) hin und her bewegbar geführten Kolbens (11) gebildeten Brennraum, wobei der Kolbenboden (11.1) einerseits und die Zylinderdecke (2.1) andererseits im Vertikalschnitt im wesentlichen dachförmig ausgebildet sind, wobei jeweils die eine der Dachflächen den Gaseinlaßventilen (6) und die andere der Dachflächen dem Gasauslaßventil (7) zugeordnet ist und die Dachflächen der Zylinderdecke (2.1) in ihrer Ausrichtung der Ausrichtung der Dachflächen des Kolben­ bodens (11.1) folgen, sowie mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (8), die nahe dem Eintrittsbereich des Gaseinlaßkanals (3) mit ihrer Strahlachse (9) unter einem Winkel zur Zylinder­ kopfebene in Richtung auf den Bereich des Gasauslaßventils (7), der gemessen gegenüber der Zylinderkopfebene kleiner ist als der Winkel der Gaseinlaßkanäle, zwischen den Gaseinlaß­ ventilen (8) in den Zylinder (1) mündet, und mit einer Zündeinrichtung (14), die in der Zylinderdecke (2.1) nahe der vertikalen Zylinderachse (5) angeordnet ist, sowie mit einer im Kolbenboden (11.1) angeordneten muldenförmigen Ausnehmung (12), die sich über den Bereich des Dachfirstes auf dem Kol­ benboden über beide Dachflächen erstreckt, und die von der Gasauslaßseite in Richtung auf die Kraftstoffeinspritzdüse (6) abfallend geneigt ist und an ihrem gaseinlaßseitigen Rand wieder ansteigt, so daß im Brennraum während des Kom­ pressionshubes über dem Kolbenboden eine die Strahlachse (9) der Kraftstoffeinspritzdüse (8) kreuzende und gegen die Zündeinrichtung führende Strömung erfolgt. 1. reciprocating piston internal combustion engine with at least two gas inlet channels ( 3 ) running at a flat angle with respect to the cylinder head plane, each with a gas inlet valve ( 7 ) and at least one ignition device ( 14 ) per cylinder ( 1 ) and with one through the cylinder ceiling ( 2.1 ) and the piston crown ( 11.1 ) of the combustion chamber ( 11 ) movably guided in the cylinder ( 1 ), whereby the piston crown ( 11.1 ) on the one hand and the cylinder cover ( 2.1 ) on the other hand are essentially roof-shaped in vertical section, each one the roof surfaces are assigned to the gas inlet valves ( 6 ) and the other of the roof surfaces is assigned to the gas outlet valve ( 7 ) and the orientation of the roof surfaces of the cylinder roof ( 2.1 ) follows the alignment of the roof surfaces of the piston head ( 11.1 ), as well as with a fuel injection nozzle ( 8 ), the near the entry region of the gas inlet channel ( 3 ) with its beam axis ( 9 ) at an angle z ur cylinder head plane in the direction of the area of the gas outlet valve ( 7 ), which is smaller than the angle of the gas inlet channels compared to the cylinder head plane, between the gas inlet valves ( 8 ) opens into the cylinder ( 1 ), and with an ignition device ( 14 ), which is arranged in the cylinder ceiling ( 2.1 ) near the vertical cylinder axis ( 5 ), and with a trough-shaped recess ( 12 ) arranged in the piston crown ( 11.1 ), which extends over the area of the roof ridge on the Kol benboden over both roof surfaces, and the from the gas outlet side in the direction of the fuel injection nozzle ( 6 ) is sloping and rises again at its gas inlet side edge, so that in the combustion chamber during the compression stroke above the piston head one crossing the jet axis ( 9 ) of the fuel injection nozzle ( 8 ) and leading towards the ignition device Flow takes place. 2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel der Strahlachse der Kraftstoff­ einspritzdüse (8) in bezug auf die Neigung der muldenförmigen Ausnehmung (12) im Kolbenboden (11.1) so ausgerichtet ist, daß bei Schichtladebetrieb der Einspritzstrahl sich in den von der muldenförmigen Ausnehmung (12) im Kolbenboden (11.1) und der Zylinderdecke gebildeten Raum im wesentlichen frei ausdehnen kann.2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the angle of the jet axis of the fuel injection nozzle ( 8 ) with respect to the inclination of the trough-shaped recess ( 12 ) in the piston head ( 11.1 ) is aligned so that the injection jet is in the stratified charge mode of the trough-shaped recess ( 12 ) in the piston crown ( 11.1 ) and the cylinder ceiling can expand essentially freely. 3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kraftstoffein­ spritzdüse (8) zugewandte Randbereich der muldenförmigen Aus­ nehmung des Kolbenbodens (11.1) im Bereich der Strahlachse (9) eine kanalförmige Verlängerung (18) in Richtung auf die Einspritzdüse aufweist, die eine weitgehend ungehinderte Aus­ breitung des Kraftstoffeinspritzstrahles (13) ermöglicht.3. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the fuel injection nozzle ( 8 ) facing edge region of the trough-shaped recess from the piston crown ( 11.1 ) in the region of the jet axis ( 9 ) has a channel-shaped extension ( 18 ) in the direction of the Injection nozzle, which allows a largely unhindered spread of the fuel injection jet ( 13 ). 4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzdüse (8) im Zylinderkopf (2) angeordnet ist und in Höhe des unte­ ren Randes des Gaseinlaßventils nahe der Zylinderwandung in den Zylinderraum (1.1) einmündet.4. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel injection nozzle ( 8 ) is arranged in the cylinder head ( 2 ) and opens at the level of the lower edge of the gas inlet valve near the cylinder wall in the cylinder chamber ( 1.1 ). 5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Gaseinlaß­ kanal (3) eine quer zur Ausrichtung der Zylinderachse ausge­ richtete Trennwand (15) angeordnet ist, deren Endkante (17) in Strömungsrichtung gesehen, sich bis an die Gaseinlaßöff­ nung des Zylinders erstreckt und die den Gaseinlaßkanal (3) in zwei Teilkanäle (3.1, 3.2) unterteilt, und daß zumindest ein Teilkanal mit einem steuerbaren Stellorgan (16) versehen ist, durch das der freie Strömungsquerschnitt dieses Teilka­ nals (3.2) veränderbar ist.5. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that in at least one gas inlet channel ( 3 ) a transversely to the orientation of the cylinder axis aligned partition ( 15 ) is arranged, the end edge ( 17 ) seen in the direction of flow, up to the Gaseinlaßöff opening of the cylinder and the gas inlet channel ( 3 ) divided into two sub-channels ( 3.1 , 3.2 ), and that at least one sub-channel is provided with a controllable actuator ( 16 ) through which the free flow cross-section of this Teilka channel ( 3.2 ) can be changed is.
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