DE19840102A1 - Fremdgezündeter Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmoto­ ren bzw. Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung und ins­ besondere auf die Ausbildung einer Schichtladung in derarti­ gen Motoren.

Bei Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung wird eine Verbesserung der Kraftstoffsparsamkeit bei niedrigen Motor­ lasten durch Erzeugen einer Schichtladung im Brennraum beab­ sichtigt. Bei einem Schichtlademotor enthält der Brennraum übereinanderliegende Schichten unterschiedlicher Luft/Kraft­ stoff-Gemische. Die der Zündkerze nächste Schicht weist ein etwas unterstöchiometrisches Gemisch auf; die nachfolgenden Schichten enthalten zunehmend magere Gemische. Das Gesamt- Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum ist mager, wodurch die Kraftstoffökonomie bei niedrigen Lasten insgesamt ver­ bessert wird. Bei hohen Motorlasten, üblicherweise bei grö­ ßeren Lasten als 50% der Motor-Vollast, wird dagegen ein ho­ mogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum erzeugt.

Herkömmliche Motoren mit Direkteinspritzung weisen üblicher­ weise einen Kolben, in dessen Oberseite eine Vertiefung aus­ gebildet ist (üblicherweise als "Mulde" bezeichnet), sowie ein Ventil zum Steuern der Verwirbelung oder der Tumble­ bewegung (swirl bzw. tumble control valve) auf, das im Ein­ laßkanal angeordnet ist, um einen Wirbel oder eine Tumblebe­ wegung der in den Brennraum eintretenden Luft zu erzeugen. Beim Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum prallt der Kraftstoff gegen den Boden der Mulde und wirkt mit der Bewe­ gung der Luft in dem Brennraum zusammen, wodurch die Schichtladung erzeugt wird. Dabei bewegt sich der fetteste Teil der Ladung zur Zündquelle hin.

Bei derartigen vorbekannten Motoren treten verschiedene Pro­ bleme auf: Da beispielsweise der von der Kraftstoff­ einspritzeinrichtung gesprühte Kraftstoff auf die Kolbenmul­ de gerichtet ist, ist es wahrscheinlich, daß ein Teil des Kraftstoffes an der Kolbenoberfläche haften bleibt, was ei­ nen unerwünschten wandbenetzungszustand verursacht. Wenn der verbleibende Kraftstoff verbrannt wird, kann die zur Kol­ benoberfläche hin fortschreitende Flamme den flüssigen Kraftstoffilm auf der Kolbenoberfläche nicht vollständig verbrennen. Dies führt zu unerwünschter Rußbildung während der Verbrennung.

Da die Konstruktion dieser Motoren darauf beruht, daß der Kraftstoff auf die Mulde aufprallt und anschließend zur Zündkerze hin gerichtet ist, ist die zeitliche Kraftstoff­ einspritz-Einstellung von wesentlicher Bedeutung. Bei Moto­ ren mit Direkteinspritzung ist die Kraftstoffeinspritzung eine Funktion der Zeit, wohingegen die Bewegung des Kolbens eine Funktion des Kurbelwinkels ist. Bei Motoren mit Ka­ naleinspritzung ist der in die Kammer eintretende Kraftstoff eine Funktion des Kurbelwinkels, da das Öffnen des Einlaß­ ventils eine Funktion des Kurbelwinkels ist. Im Ergebnis ist es unumgänglich, die zeitliche Einstellung der Kraftstoffe­ inspritzung bei einem Motor mit Direkteinspritzung so zu steuern, daß der eingespritzte Kraftstoff auf die Mulde zu einer geeigneten Zeit aufprallen und die Kraftstoffwolke sich zur Zündkerze hin bewegen kann. Mit anderen Worten, falls der Kraftstoff zu früh eingespritzt wird, kann der Sprühnebel bzw. Sprühstrahl die Mulde vollkommen verfehlen, wodurch er nicht zur Zündkerze hin abgelenkt wird. Falls der Kraftstoff zu spät eingespritzt wird, kann dagegen eine übermäßige Wandbenetzung auftreten.

Ferner erweist sich als problematisch, daß bei Motoren mit Mulden im Kolben das Umschalten zwischen einer Schichtladung und einer homogenen Ladung bei Teillasten auftritt, die im Bereich zwischen 30% bis 40% der Motor-Vollast liegen. Wenn die Motorlast ansteigt, ist mehr Kraftstoff erforderlich. Aufgrund der physikalischen Beschränkungen der Mulde (d. h. die Größe der Mulde relativ zur Größe des Brennraums) ist jedoch die Kraftstoffmenge, die in der Mulde untergebracht werden kann und durch die noch eine Schichtladung erreicht werden kann, beschränkt. Andernfalls kann sich die Möglich­ keit einer Wandbenetzung und einer nachfolgenden Rußbildung erhöhen. Im Ergebnis wird dadurch die Kraftstoffökonomie oberhalb ungefähr 40% der Motor-Vollast beeinträchtigt.

Weitere Nachteile derartiger vorbekannter Motoren liegen in einem schwereren Kolben, einer größeren Motorhöhe zur Auf­ nahme des größeren Kolbens, einem größeren Verhältnis von Brennraum-Oberfläche zum Volumen, mehr Wärmeverlust und ei­ ner erhöhten Ladungserwärmung während der Einlaß- und der Verdichtungshübe, wodurch die Klopfneigung erhöht wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt dementspre­ chend darin, einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor mit Di­ rekteinspritzung zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile der bekannten Technologie überwindet.

Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt, indem ein Verfahren zum Bilden eines Schichtladungsgemisches für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor mit Direkteinsprit­ zung geschaffen wird. Der Motor weist einen Zylinderblock mit einer in diesem ausgebildeten Zylinderbohrung auf. Die Zylinderbohrung definiert eine Längsachse. In der Zylinder­ bohrung ist ein Kolben mit flacher bzw. ebener Oberseite hin- und herbeweglich aufgenommen. Um das obere Ende der Bohrung zur Ausbildung eines Brennraums zu schließen, ist an dem Motorblock ein Zylinderkopf angeordnet, in dem ein Ein­ laßkanal ausgebildet ist, der mit dem Brennraum über ein Einlaßventil zum Zuführen von Luft in den Raum in Verbindung steht. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, durch die eine Achse festgelegt wird und die mit dem Brennraum in Verbin­ dung steht, führt Kraftstoff direkt in den Brennraum ein. Mit dem Brennraum steht eine Zündquelle in Verbindung und zündet den Kraftstoff in dem Brennraum. Gemäß einem besonde­ ren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren die Schritte des Einspritzens von Kraftstoff von der Kraftstoffeinsprit­ zeinrichtung in den Brennraum mit einer vorgegebenen Ge­ schwindigkeit und mit einer vorgegebenen Tröpfchengröße auf. Der eingespritzte Kraftstoff wird als hohler Kraftstoffkegel ausgebildet, der einen vorgegebenen Anfangskegelwinkel auf­ weist. Der eingespritzte Kraftstoff tritt dadurch flach in den Brennraum ein, um in diesem zur Reduzierung der Wandbe­ netzung zu schweben. Das Verfahren weist weiterhin den Schritt des Formens des Kraftstoffkegels zu einem im wesent­ lichen kugelförmigen Kern mit dem eine im wesentlichen fla­ che bzw. ebene Oberseite aufweisenden Kolben während eines Verdichtungshubes des Motors auf. So bleibt der Kraftstoff im wesentlichen unvermischt mit der angesaugten Luft, wo­ durch die Schichtladung erzeugt wird. Zum Zünden wird dann der kugelförmige Kern zur Zündquelle hin bewegt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Wandbenetzung der Kolbenoberfläche reduziert ist.

Ein weiterer, spezifischerer Vorteil der vorliegenden Erfin­ dung liegt darin, daß eine nahezu vollständige Verbrennung mit wenig oder keiner Rußbildung auftritt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein weniger komplizierter Motor dadurch geschaffen wird, daß keine Mulde für den Kolben erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nur eine geringe oder keine wirbel- oder Tumblebewegung der Ansaugluft notwendig ist.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die geregelten Emissionen reduziert werden können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Motorlastbereich, in dem eine Schichtladung erzeugt werden kann, ausgeweitet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Querschnittsdarstellungen eines Motors mit Direkteinspritzung gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 3 bis 5 Schaubilder, die die Eigenschaften der Schichtladung in dem Motor gemäß der vorlie­ genden Erfindung darstellen; und

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen von alternativen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein in den Fig. 1 und 2 dargestellter Verbrennungsmotor 10 weist einen Zylinderblock 12 mit einer in diesem ausge­ bildeten Zylinderbohrung 14 sowie einem Kolben 16 auf, der in der Bohrung 14 hin- und herbeweglich aufgenommen ist. Der Kolben 16 weist eine im wesentliche flache bzw. ebene Ober­ seite 18 auf. Ein Zylinderkopf 20 ist am Block 12 befestigt und umschließt das obere Ende 22 der Bohrung 14, um einen Brennraum 24 auszubilden. Der Motor 10 ist ein Mehrventil-Motor mit beispielsweise zwei Einlaßkanälen und zwei Auslaß­ kanälen. Aus Gründen der Klarheit ist nur ein Einlaßkanal 26 dargestellt und in dem Zylinderkopf 20 ausgebildet, wobei nur dieser eine Einlaßkanal mit dem Brennraum 24 durch ein Einlaßventil 28 in Verbindung steht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Einlaßkanal 26 ein herkömmlicher Einlaßka­ nal, der im wesentlichen keine wirbel- oder Tumblebewegung der Ansaugluft innerhalb des Brennraums 24 erzeugt, wobei allerdings eine Deaktivierung eines der Einlaßventile eine geringfügige Wirbelbewegung erzeugen kann. Der Motor 10 weist weiterhin eine Zündkerze 30 auf, die mit dem Brennraum 24 zum Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brenn­ raum 24 in Verbindung steht. Der Motor 10 weist ferner eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 32 auf, die eine Achse 34 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Brennraum 24 fest­ legt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Einspritzeinrichtung 32 allgemein längs einer Achse 36 des Zylinders 14 angeordnet. Jedoch muß die Einspritzeinrichtung 32 nicht auf der Achse 36 liegen. Statt dessen kann die Ein­ spritzeinrichtung 32 auch an der Seite des Zylinders 14 be­ festigt sein (üblicherweise als seitenbefestigte Einsprit­ zeinrichtung bezeichnet), wohingegen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Einspritzeinrichtung 32 eine zen­ tralbefestigte Einspritzeinrichtung ist. Die Einspritzein­ richtung 32 weist eine Spitze bzw. Düse 36 mit einer Öffnung bzw. Mündung 38 zum Einspritzen von Kraftstoff aus einem (nicht dargestellten) Kraftstoffsystem in den Brennraum 24 auf.

Der Motor 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 40 (siehe Fig. 1) mit einer Speichereinrichtung 42 auf. Eine Mehrzahl von Sensoren 44 fragt zahlreiche Motorbetriebsparameter ab, wie zum Beispiel die Motordrehzahl, die Motorlast, die Zündeinstellung, die EGR-Rate, die Kraftstoffzuführungsrate, die Motor-Luftladetemperatur, die Motor-Kühlmitteltempera­ tur, den Ansaug-Absolutladedruck bzw. -Unterdruck, die Be­ triebsstellung der Drosselklappe, die Fahrzeug-Gangauswahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Luftmengenströmungsrate im Ansaugkrümmer, die Gaspedalstellung und weitere übliche Pa­ rameter.

Gemäß der vorliegenden Erfindung spritzt die Kraftstoffein­ spritzeinrichtung 32 Kraftstoff in den Brennraum 24 mit ei­ ner vorgegebenen Geschwindigkeit längs der Achse 34 der Ein­ spritzeinrichtung 32 und mit einer vorgegebenen Tröpfchen­ größe ein. Kraftstoff wird während des Verdichtungshubes bei ungefähr 80° vor dem oberen Totpunkt eingespritzt. Der ein­ gespritzte Kraftstoff wird zu einem Hohlkegel 50 (siehe Fig. 1) mit einem vorgegebenen Anfangskegelwinkel Θ geformt. Dem­ entsprechend dringt der eingespritzte Kraftstoff unter einem flachen Winkel in den Brennraum 24 ein, um darin zur Redu­ zierung der Wandbenetzung zu schweben. Wenn der Kolben 16 die Luft in dem Brennraum 24 während des Verdichtungshubes zunehmend komprimiert, wird der Kraftstoffkegel 50 durch die Wirkung des eine im wesentlichen flache bzw. ebene Oberseite aufweisenden Kolbens 16 zunehmend zu einem im wesentlichen kugelförmigen Kern 52 (siehe Fig. 2) geformt. Der Kraftstoff bleibt dadurch im wesentlichen mit der durch den Einlaßkanal 26 angesaugten Luft unvermischt, wodurch die Schichtladung in dem Brennraum 24 erzeugt wird. Ferner bewirkt die Kolben­ bewegung, daß der kugelförmige Kern 52 die Zündkerze 30 überflutet, so daß der Kraftstoff gezündet werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tröpfchen­ größe - nach dem Verfahren des mittleren Durchmessers nach Sauter (Sauter mean diameter method (SMD)) gemessen - zwi­ schen ungefähr 8 µm und ungefähr 10 µm. Die Einspritzge­ schwindigkeit des in den Brennraum eintretenden Kraftstoffes liegt zwischen ungefähr 9 m/s und ungefähr 12,5 m/s, gemes­ sen längs der Achse 34 der Einspritzeinrichtung 32. Der An­ fangskegelwinkel Θ des Kraftstoffkegels 50 liegt zwischen ungefähr 80° und ungefähr 100°, vorzugsweise 90°.

Die Wirkungen eines derartig flach eindringenden, von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 32 eingespritzten Kraftstof­ fes sind deutlich in den Schaubildern der Fig. 3-5 dar­ gestellt. In Fig. 3 ist ein Plot der Kraftstoffdampfmenge bzw. -nebelmenge gegen die Kraftstoffeinspritzgeschwindig­ keit bei verschiedenen Kegelwinkeln und Tröpfchendurchmes­ sern gezeigt. Bei einer Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit von ungefähr 12,5 m/s ist klar dargestellt, daß bei einem Tröpfchendurchmesser von ungefähr 10 µm und einem Kegelwin­ kel Θ von ungefähr 90° über 95% des eingespritzten Kraft­ stoffes zum Zündzeitpunkt vergast bzw. zerstäubt ist. Dieses ist ein äußerst wünschenswertes Ergebnis, um eine Wandbenet­ zung entweder der Kolbenoberfläche 18 oder der wand des Zy­ linders 14 zu vermeiden.

Nachfolgend wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in der darge­ stellt ist, daß erfindungsgemäß eine scharfe Grenze 54 zwi­ schen fettem und magerem Bereich erzielt werden kann. Fig. 4 stellt einen Plot der Kraftstoffmenge im mageren Bereich zum Zündzeitpunkt gegen die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit dar, wobei der magere Bereich dadurch definiert ist, daß das Kraftstoff-Luft-Gleichgewichtsverhältnis phi kleiner als un­ gefähr 0,4 ist. Phi ist definiert als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 14,6 zu 1 dividiert durch das gewünschte bzw. Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im mageren Bereich. So weist in diesem Beispiel der magere Bereich ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer als 36,5 auf, was 14,6 ge­ teilt durch 0,4 ist. Gem. Fig. 4 ergibt sich bei einer Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit von ungefähr 12,5 m/s und einem Tröpfchendurchmesser von ungefähr 10 µm mit einem Ke­ gelwinkel Θ von ungefähr 90°, daß die Kraftstoffmenge im ma­ geren Bereich weniger als ungefähr 17% ist. Dies ist äußerst wünschenswert, um eine Schichtladung zu erzeugen, wobei der fetteste Teil der Ladung der Zündkerze 30 am nächsten ist.

Nachfolgend wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Schaubild des Betrages der Kraftstoffmenge in dem fetten Be­ reich, in dem phi größer als 2,5 ist, bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches dargestellt ist. Eine Kraft­ stoffmenge mit phi größer als 2,5 führt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu Rußbildung. Bei einer Kraftstoffein­ spritzgeschwindigkeit von ungefähr 12,5 m/s und einem Tröpf­ chendurchmesser von ungefähr 10 µm mit einem Kegelwinkel Θ von ungefähr 90° ist ersichtlich, daß im wesentlichen kein Kraftstoff im fetten Bereich vorhanden ist und infolgedessen kein Ruß gebildet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Steuereinrich­ tung 40 einen Schaltpunkt zum Umschalten zwischen einer in dem Brennraum 24, wie oben beschrieben, erzeugten Schichtla­ dung und einer homogenen Ladung. Fachleute werden angesichts dieser Offenbarung erkennen, daß ein wechsel zwischen einer Schichtladung und einer homogenen Ladung z. B. durch Ändern der zeitlichen Einspritzeinstellung vom Verdichtungshub zum Ansaughub erreicht werden kann. Der Schaltpunkt tritt bei einem Punkt auf, der größer als ungefähr 50% der Motor-Vollast ist, vorzugsweise bei einem Punkt zwischen ungefähr 60% und 70% der Motor-Vollast. Dies ist auf die Tatsache zu­ rückzuführen, daß eine Schichtladung in dem Brennraum 24, wie oben beschrieben, mit einer relativ großen Kraftstoff­ menge erzeugt werden kann, die dem Brennraum zugeführt wird, ohne Wahrscheinlichkeit einer Wandbenetzung und einer nach­ folgenden Rußbildung, da die Ladung nicht durch eine in der Kolbenoberfläche 18 geformte Mulde von begrenztem Inhalt be­ schränkt ist, sondern vielmehr durch das gesamte Volumen des Brennraums 24 beschränkt ist.

Zum Bilden einer Kraftstoffeinspritzung mit einer derartig geringen bzw. flachen Eindringung wie zuvor beschrieben kann eine wirbel-Einspritzeinrichtung oder eine Einspritzeinrich­ tung mit einer Ablenkvorrichtung in ihrer Spitze bzw. Düse eingesetzt werden kann, wie in den Fig. 6 bzw. 7 darge­ stellt. Fig. 6 zeigt eine Einspritzeinrichtungsdüse 38' mit einer Wirbelkammer 60, die eine Wirbelbewegung des Kraft­ stoffes erzeugt, dargestellt als Pfeil F₁. Der wirbelnde Kraftstoff formt zwangsläufig einen Hohlkegel mit der Größe der Öffnung 40', der bzw. die mit der Funktion der Wirbel­ kammer 60 zusammenwirkt, um die gewünschte Tröpfchengröße, Einspritzgeschwindigkeit und den gewünschten Anfangskegel­ winkel Θ zu erzeugen.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist eine Einspritzeinrich­ tungsdüse 38'' mit einem Düsenzapfen 62 ausgebildet, an dem eine Ablenkvorrichtung 64 angeformt ist. Die Ablenkvorrich­ tung 64 ist derart ausgebildet, daß ein Hohlkegel mit einem Anfangskegelwinkel Θ, wie zuvor beschrieben, korrekt ausge­ bildet wird. Zusätzlich ist die Mündungsgröße 40'' so bemes­ sen, daß die zuvor beschriebene gewünschte Tröpfchengröße erzeugt wird.

Claims (20)

1. Verfahren zum Bilden eines Schichtladegemisches für ei­ nen fremdgezündeten Verbrennungsmotor (10) mit Di­ rekteinspritzung, wobei der Motor (10) einen Zylinder­ block (12) mit einer Mehrzahl darin ausgebildeter Zylin­ derbohrungen (14), die jeweils eine Längsachse (36) de­ finieren, eine Mehrzahl mit einer im wesentlichen fla­ chen Oberseite (18) versehener Kolben (16), die jeweils in einer Zylinderbohrung (14) hin- und herbeweglich auf­ genommen sind, einen Zylinderkopf (20), der an dem Block (12) befestigt ist und die oberen Enden (22) der Bohrun­ gen (14) verschließt, um eine Mehrzahl von Brennräumen (24) auszubilden, einen Einlaßkanal (26), der im Zylin­ derkopf (20) ausgebildet ist und mit dem Brennraum (24) über ein Einlaßventil (28) zum Zuführen von Luft in den Brennraum (24) in Verbindung steht, eine Kraftstoffein­ spritzeinrichtung (32), die eine Achse (34) definiert und mit dem Brennraum (24) in Verbindung steht und Kraftstoff direkt in den Brennraum (24) zuführt, und ei­ ne Zündquelle (30) aufweist, die mit dem Brennraum (24) zum Zünden des Kraftstoffes in dem Brennraum (24) in Verbindung steht, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einspritzen von Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritz­ einrichtung (32) in den Brennraum (24) mit einer vorge­ gebenen Geschwindigkeit und mit einer vorgegebenen Tröpfchengröße und Formen des eingespritzten Kraftstof­ fes als einen hohlen Kraftstoffkegel (50), der einen vorgegebenen Anfangskegelwinkel (O) aufweist, wodurch der eingespritzte Kraftstoff flach in den Brennraum (24) eindringt, um darin zum Reduzieren der Wandbenetzung zu schweben;
Formen des eingespritzten Kraftstoffes zu einem im we­ sentlichen kugelförmigen Kern (52) mit dem eine im we­ sentlichen flache Oberseite (18) aufweisenden Kolben (16) während eines Verdichtungshubes des Motors (10), wobei der Kraftstoff mit der angesaugten Luft im wesent­ lichen unvermischt bleibt, wodurch die Schichtladung er­ zeugt wird; und
Bewegen des kugelförmigen Kernes (52) zur Zündquelle (30) hin.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Tröpfchengröße zwischen ungefähr 8 µm und ungefähr 10 µm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die vorgegebene Geschwindigkeit zwischen unge­ fähr 9 m/s und ungefähr 12,5 m/s längs der Achse (34) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32) beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Anfangskegelwinkel (Θ) zwischen ungefähr 80° und ungefähr 100° beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu dem kugelförmigen Kern (52) zerstäubte Kraftstoffmenge relativ zur eingespritzten Kraftstoffmenge größer als ungefähr 95% ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der kugelförmige Kern (52) einen rela­ tiv fetten Bereich und der Rest des Inhaltes des Brenn­ raums (24) einen mageren Bereich definiert und daß die in den mageren Bereich eindringende Kraftstoffmenge we­ niger als ungefähr 17% ausmacht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es ferner den Schritt des Umschaltens zwischen einer Schichtladung und einer homogenen Ladung aufweist, wobei das Umschalten bei einer Motorlast auf­ tritt, die größer als ungefähr 50% der Motor-Vollast ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten bei einer Motorlast zwischen ungefähr 60% und ungefähr 70% der Motor-Vollast auftritt.

9. Fremdgezündeter Schichtlade-Verbrennungsmotor mit Di­ rekteinspritzung, mit
einem Zylinderblock (12);
einer Zylinderbohrung (14), die in dem Zylinderblock (12) ausgebildet ist und eine Längsachse (36) definiert sowie ein oberes Ende (22) aufweist;
einem Zylinderkopf (20), der an dem Block (12) angeord­ net ist und das obere Ende (22) der Bohrung (14) schließt, um einen Brennraum (24) auszubilden;
einem Einlaßkanal (26), der in dem Zylinderkopf (20) ausgebildet ist und mit dem Brennraum (24) über ein Ein­ laßventil (28) in Verbindung steht, um Luft in den Brennraum (24) anzusaugen;
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32), die eine Ach­ se (34) definiert und Kraftstoff direkt in den Brennraum (24) einspritzt, wobei der eingespritzte Kraftstoff eine vorgegebene Geschwindigkeit und eine vorgegebene Tröpf­ chengröße aufweist sowie zu einem Hohlkegel (50) mit ei­ nem vorgegebenen Anfangskegelwinkel (Θ) geformt ist, wo­ durch der eingespritzte Kraftstoff flach in den Brenn­ raum (24) eindringt, um darin zum Reduzieren des Wandbe­ netzens zu schweben;
einem eine im wesentlichen flache Oberseite (18) aufwei­ senden Kolben (16), der in der Bohrung (14) hin- und herbeweglich aufgenommen ist und bewirkt, daß der einge­ spritzte Kraftstoff sich zu einem im wesentlichen kugel­ förmigen Kern (52) während eines Verdichtungshubes des Motors (10) formt, wobei der Kraftstoff mit der ange­ saugten Luft im wesentlichen unvermischt bleibt, wodurch die Schichtladung erzeugt wird; und
einer Zündquelle (30), die mit dem Brennraum (24) in Verbindung steht, wobei der kugelförmige Kern (52) die Zündquelle (30) überflutet, so daß der Kraftstoff gezün­ det werden kann.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Tröpfchengröße zwischen ungefähr 8 µm und ungefähr 10 µm beträgt.

11. Motor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Geschwindigkeit zwischen ungefähr 9 m/s und ungefähr 12,5 m/s längs der Achse (34) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32) beträgt.

12. Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vorgegebene Anfangskegelwinkel (Θ) zwi­ schen ungefähr 80° und ungefähr 100° beträgt.

13. Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu dem kugelförmigen Kern (52) zer­ stäubte Kraftstoffmenge relativ zur eingespritzten Kraftstoffmenge größer als ungefähr 95% ist.

14. Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kugelförmige Kern (52) einen relativ fetten Bereich und der Rest des Volumens des Brennraums (24) einen mageren Bereich definiert und daß die in den mageren Bereich eindringende Kraftstoffmenge weniger als ungefähr 17% ausmacht.

15. Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ferner eine Motorsteuerungseinrichtung (40) vorgesehen ist, die auf eine Mehrzahl von Motorbe­ triebsparametern anspricht und ein Umschalten zwischen einer Schichtladung und einer homogenen Ladung, die in dem Brennraum (24) ausgebildet sind, bewirkt, wobei das Umschalten bei einer Motorlast auftritt, die größer als ungefähr 50% der Motor-Vollast ist.

16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung bei einer Motorlast zwischen ungefähr 60% und ungefähr 70% der Motor-Vollast auftritt.

17. Fremdgezündeter Schichtlade-Verbrennungsmotor mit Di­ rekteinspritzung, mit
einem Zylinderblock (12);
einer Zylinderbohrung (14), die in dem Zylinderblock (12) ausgebildet ist, eine Längsachse (36) definiert und ein oberes Ende (22) aufweist;
einem Zylinderkopf (20), der an dem Block (12) befestigt ist und das obere Ende (22) der Bohrung (14) zum Ausbil­ den eines Brennraums (24) schließt;
einem Einlaßkanal (26), der in dem Zylinderkopf (20) ausgebildet ist und mit dem Brennraum (24) über ein Ein­ laßventil (28) zum Ansaugen von Luft in den Brennraum (24) in Verbindung steht;
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32), die eine Ach­ se (34) definiert und Kraftstoff direkt in den Brennraum (24) einspritzt, wobei der eingespritzte Kraftstoff eine Einspritzgeschwindigkeit längs der Einspritzeinrich­ tungsachse (34) zwischen ungefähr 9 m/s und ungefähr 12,5 m/s sowie eine vorgegebene Tröpfchengröße zwischen ungefähr 8 µm und ungefähr 10 µm aufweist und zu einem Hohlkegel (50) mit einem Anfangskegelwinkel (O) zwischen ungefähr 80° und ungefähr 100° geformt ist, wodurch der eingespritzte Kraftstoff flach in den Brennraum (24) eindringt, um darin zum Reduzieren der Wandbenetzung zu schweben;
einem eine im wesentlichen flache Oberseite (18) aufwei­ senden Kolben (16), der in der Bohrung (14) hin- und herbeweglich aufgenommen ist und bewirkt, daß der einge­ spritzte Kraftstoff sich zu einem im wesentlichen kugel­ förmigen Kern (52) während eines Verdichtungshubes des Motors (10) formt, wobei der Kraftstoff mit der ange­ saugten Luft im wesentlichen unvermischt bleibt, wodurch die Schichtladung erzeugt wird; und
einer Zündquelle (30), die mit dem Brennraum (24) in Verbindung steht, wobei der kugelförmige Kern (52) die Zündquelle (30) überflutet, so daß der Kraftstoff gezün­ det werden kann.

18. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu dem kugelförmigen Kern (52) zerstäubte Kraftstoffmen­ ge relativ zu der eingespritzten Kraftstoffmenge größer als ungefähr 95% ist.

19. Motor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Kern (52) einen relativ fetten Be­ reich und der Rest des Volumens des Brennraums (24) ei­ nen mageren Bereich definiert und daß eine in den mage­ ren Bereich eindringende Kraftstoffmenge kleiner als un­ gefähr 17% ist.

20. Motor nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ferner eine Motorsteuerungseinrichtung (40) vorgesehen ist, die auf eine Mehrzahl von Motorbe­ triebsparametern anspricht und ein Schalten zwischen ei­ ner Schichtladung und einer homogenen Ladung, die in dem Brennraum (24) ausgebildet sind, bewirkt, wobei das Schalten bei einer Motorlast zwischen ungefähr 60% und ungefähr 70% der Motor-Vollast auftritt.