DE19962293A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung über einen einlassseitig angeordneten Injektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei Gaseinlaßkanälen (3) mit Gaseinlaßventilen (6), wenigstens einem Gasauslaßkanal (4) mit Gasauslaßventil (7) und wenigstens einer Zündeinrichtung (14) je Zylinder (1) sowie mit einem durch die Zylinderdecke (2.1) und dem Kolbenboden (11.1) des im Zylinder (1) hin- und herbewegbar geführten Kolbens (11) gebildeten Brennraum (1.1), in den die Gaseinlaßkanäle unter einem flachen Winkel - gemessen gegenüber der Zylinderachse - einmünden, 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 dem Gaseinlaßventil (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 Kolbenbodens (11.1) entsprechen, sowie mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (8), die nahe dem Eintrittsbereich der Gaseinlaßkanäle (3) zwischen den Gaseinlaßventilen (6) in den Zylinder (1) mündet, wobei, gemessen gegenüber der Zylinderachse (5), der Winkel der Strahlachse der Kraftstoffeinspritzdüse (8) größer ist als der Winkel der Gaseinlaßkanäle, und mit einer Zündeinrichtung (14), die in der Zylinderdecke (2.1) nahe der Zylinderachse (5) angeordnet ist, und mit einer im Kolbenboden (12.1) angeordneten, muldenförmigen Ausnehmung (12), deren Seitenwandungen im wesentlichen durch Quetschflächen ...

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.

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.

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 soll erreicht werden, 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 Betriebs­ art wird vorzugsweise im Teillastbetrieb des Motors und im Leerlauf angewandt. Der Vorteil dabei besteht darin, daß der Motor ohne Drosselung der Ansaugluft betrieben werden kann, ohne daß dabei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Nähe der Zündeinrichtung für eine sichere Entzündung zu mager ist.

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:
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.

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.

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.

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 eine 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 von 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 Strömung der Zylinderladung in Einspritzrichtung, die den Ge­ mischstrahl über den Kolbenboden führend auf die Zündeinrich­ tung führt. Diese Form der Ladungsbewegung kann über steil aufrecht stehende Einlaßkanäle erreicht (EP 0 558 072 B1 und DE 197 08 288 A1) werden, was eine entsprechend größere Bau­ höhe des Motors bewirkt. Gemäß einem anderen Lösungsvorschlag wird die gewünschte Bewegungsform der Zylinderladung durch eine spezielle Gestaltung des Einlaßkanals oder etwa der Geo­ metrie im Sitzbereich des Einlaßventils (EP 0 463 613 B1) er­ reicht, was aber nachteilige Auswirkungen auf die Strömungs­ güte des Einlaßsystems und damit auf das Vollastbetriebsver­ fahren des Motors hat. In beiden Fällen ist der Einspritz­ strahl auf eine Ausnehmung des Kolbenbodens gerichtet, so daß gerade bei Schichtladebetrieb noch flüssiger Kraftstoff auf den Kolbenboden auftrifft. Da sich dort bildende Gemisch wird dann in Kontakt mit der Wandung des Kolbenbodens gegen die Zündeinrichtung geführt.

Die im Schichtladebetrieb erforderliche intensive Ladungsbe­ wegung wirkt sich bei diesem Verfahren im Homogenbereich we­ gen resultierender harter Verbrennungsgeräusche und erhöhter Wandwärmeverluste nachteilig aus.

Aus DE-197 41 380 A1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Gaseinlaßkanälen mit Gaseinlaßventil und wenigstens ei­ nem Gasauslaßkanal mit Gasauslaßventil und wenigstens einer Zündeinrichtung je Zylinder und mit einem durch die Zylinder­ decke und dem Kolbenboden des im Zylinder hin- und herbeweg­ bar geführten Kolbens gebildeten Brennraum bekannt, bei der der Kolbenboden einerseits und die Zylinderdecke andererseits im Vertikalschnitt im wesentlichen dachförmig ausgebildet sind, und jeweils die eine der Dachflächen den Gaseinlaßven­ tilen und die andere der Dachflächen dem Gasauslaßventil zu­ geordnet sind und die in ihrer Ausrichtung der Ausrichtung der Dachflächen des Kolbenbodens folgen. Im Kolbenboden ist eine muldenförmige Ausnehmung angeordnet, die sich über den Bereich des Dachfirstes auf dem Kolbenboden und damit über die beiden Dachflächen erstreckt. Die Kraftstoffeinspritzdüse mündet nahe dem Eintrittsbereich des Gaseinlaßkanals neben dem Gaseinlaßventils in den Zylinder, die Zündeinrichtung die in der Zylinderdecke nahe der vertikalen Zylinderachse ange­ ordnet. Durch die dachförmige Ausgestaltung der Zylinderdecke und auch des Kolbenbodens wird ein Brennraum geschaffen, der nur wenig zerklüftet ist, so daß sich in Verbindung mit der muldenförmigen Ausnehmung auf dem Kolbenboden eine gegen die Kraftstoffeinspritzdüse gerichtete Bewegung der Zylinderfül­ lung ergibt. Da die Gaseinlaßkanäle unter einem flachen Win­ kel in den Brennraum einmünden, bildet sich während des An­ saughubes eine Tumble-Strömung aus, die zunächst entlang der Zylinderdecke in den Brennraum einströmt und dann durch die muldenförmige Ausnehmung gegen die Kraftstoffeinspritzdüse zurückgeführt wird. Die Strömung wird auch im Kompressionshub aufrechterhalten. Insbesondere im Schichtladebetrieb wird über den Kolbenboden Luft gegen die Kraftstoffeinspritzdüse geführt, in die dann der Kraftstoff eingespritzt wird. Damit ergibt sich in unmittelbarer Nähe des Gaseinlaßventils eine verbesserte Gemischaufbereitung, wenn im Schichtladebetrieb die Kraftstoffeinspritzung nach dem Schließen des Auslaßven­ tils zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung sich nahe seiner oberen Totpunktlage befin­ det. Im Bereich des Einspritzventils ändert die Luftströmung ihre Richtung und wird in Richtung auf die Zündeinrichtung geführt. Trotz des hierbei reduzierten Brennraumvolumens steht dann für den Kraftstoff ein langer freier Strahlweg mit optimaler Gemischbildung in Richtung der Luftströmung im Zy­ linder auf die Zündeinrichtung hin zur Verfügung. Hierbei er­ gibt sich nur ein geringer Auftrag von Kraftstoff auf die Zy­ linderwandungen. Die besondere Gestaltung 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 Schichtladebetrieb in den Brennraum eintreten kann, so daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer optimalen Durchmischung an die Zündeinrichtung gelangt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, an einer Hub­ kolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und mit Direktein­ spritzung der vorstehend beschriebenen Art die Zündbedingun­ gen insbesondere im Teillastbereich noch zu verbessern und die Schadstoffemissionen zu vermindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Hub­ kolbenbrennkraftmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung lassen sich aus den Unteransprüchen und den nachstehenden Erläute­ rungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand schema­ tischer Zeichnungen entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Zylinder mit Dar­ stellung der Ladungsbewegung im Ansaughub,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einspritzung im Teillastbetrieb,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Kolbenboden eines Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kolbenboden gem. der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Aufsicht auf den Kolbenboden eines anderen Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Abwandlung der Aus­ führungsform gem. Fig. 3 oder Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische Darstellung von unterschiedli­ chen Ausrichtungen der steilen Wandzone.

Der in Fig. 1 dargestellte Zylinder 1 einer Hubkolbenbrenn­ kraftmaschine ist mit einem Zylinderkopf 2 versehen, der zwei schräg, und in etwa spiegelsymmetrisch verlaufende Gaseinlaß­ kanäle 3 sowie zwei Gasauslaßkanäle 4 aufweist. Wie aus dem Vertikalschnitt gem. Fig. 1 ersichtlich, sind sowohl die Ga­ seinlaßkanäle 3 als auch die Gasauslaßkanäle 4 im Zylinder­ kopf 2 so geführt, daß sie unter einem Winkel von weniger als 45° (gemessen gegenüber der Zylinderkopfebene 2.1) in den Zy­ linderraum 1.1 einmünden. Die Gaseinlaßkanäle 3 sind durch entsprechende Gaseinlaßventile 6 und die Gasauslaßkanäle 4 sind durch entsprechende Gasauslaßventile 7 jeweils öffen- und schließbar.

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 Gaseinlaßkanälen 3 ist die Kraftstoffeinspritzdüse 8 zwischen den beiden Gaseinlaßventilen 6 angeordnet. In der Höhe mündet die Kraftstoffeinspritzdüse 8 etwa in der Höhe des unteren Randes des die Einlaßöffnungen jeweils definie­ renden Ventilsitzringes 6.1 in den Zylinderraum 1.1 ein. Die Strahlachse 9 der Kraftstoffeinspritzdüse 8 ist hierbei gegen die Zylinderachse 5 gerichtet und verläuft ebenfalls unter einem Winkel hierzu, der, gemessen gegenüber der Vertikalen, jedoch größer ist als der Eintrittswinkel der Gaseinlaßkanä­ le 3, so daß die Strahlachse sehr flach im Zylinderraum ver­ läuft.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl die Zylinderdecke 2.2 als auch der Kolbenboden 11.1 des Kolbens 11 dachförmig ausgebildet, wobei die Dachflächen jeweils den Gaseinlaßventilen und den Gasauslaßventilen 7 zugeordnet sind. Im Kolbenboden 11.1 ist eine muldenförmige Ausnehmung 12 angeordnet, die der Kraftstoffeinspritzdüse 8 zugeordnet ist und die sich über den "Dachfirst" 11.2 über beide "Dach­ flächen" erstreckt.

Fig. 1 zeigt die Stellung des Kolbens 11 während des Saughu­ bes. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 öffnet das Gaseinlaßventil 6, wobei der Frischluftstrom entlang der aus­ laßseitigen Dachfläche in den Brennraum einströmt und in Form einer Tumble-Strömung (vgl. Pfeil) über den Kolbenboden 11.1 von unten nach oben in Richtung auf die Kraftstoffeinspritz­ düse 8 geführt wird.

Bei einem Homogenbetrieb, d. h. unter hoher Last, wird über die Kraftstoffeinspritzdüse 8 ein aufgefächerter Einspritz­ strahl 13 eingespritzt. Nach dem Schließen des Gaseinlaßven­ tils 6 führt die Tumble-Strömung die Zylinderladung während der Aufwärtsbewegung des Kolbens zur Ausbildung eines homoge­ nen Kraftstoff-Luft-Gemisches, dessen Verbrennung dann über die Zündeinrichtung 14 eingeleitet wird. Bei dieser Betriebs­ weise ist der Einfluß der muldenförmigen Ausnehmung 12 im Kolbenboden 11.1 von geringerer Bedeutung, da die Gemischbil­ dung hier in erster Linie über die mit dem Gaseinlaßvorgang synchrone Kraftstoffeinspritzung erreicht wird. Deshalb wird in dieser Betriebsart eine abgeschwächte Ladungsbewegung be­ vorzugt, die einen hinsichtlich der Verbrennungsgeräuschanre­ gung vorteilhaften Ablauf der Verbrennung zuläßt und im In­ teresse einer hohen spezifischen Leistung hohe Durchflußwerte des Einlaßsystems ermöglicht.

Durch die Anordnung eines in den Gaseinlaßkanälen 3 angeord­ neten, steuerbaren Stellorgans läßt sich die Ausbildung der Tumble-Strömung im Zylinderraum 1.1 noch beeinflussen. Je nach der Anordnung und der Stellung des Stellorgans wird eine mehr (bei geschlossenem Stellorgan für Schichtladebetrieb) oder weniger starke (bei geöffnetem Stellorgan für Homogenbe­ trieb) Tumble-Strömung im Zylinderraum 1.1 erzeugt. Durch die Anordnung einer quer zur Zylinderachse 5 ausgerichteten Trennwand in den Gaseinlaßkanälen 3, die diese in einen obe­ ren Teilkanal und einen unteren Teilkanal unterteilt, läßt sich die Wirkung des steuerbaren Stellorgans noch verstärken.

Fig. 2 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 8 der durch eine entsprechende Düsen­ ausbildung aufgefächerter Kraftstoffstrahl 13 bei geschlosse­ nen Gaswechselventilen 6 und 7 in den Zylinderraum einge­ spritzt. Die in Fig. 1 dargestellte Tumble-Strömung wird nun durch die muldenförmige Ausnehmung 12 im Kolbenboden 11.1 mit ihrem gegen die Gaseinlaßseite abfallend geneigten Muldenbo­ den 12.1 gestützt, so daß auch gegen Ende des Kompressionshu­ bes vor der Mündung der Kraftstoffeinspritzdüse 8 eine nach oben gegen die Zylinderdecke gerichtete Komponente der Tum­ ble-Strömung erhalten bleibt, auf die der Kraftstoffstrahl auftrifft. Der Kraftstoffstrahl 13 tritt hierbei im wesentli­ chen ohne direkte Berührung mit dem Kolbenboden 11.1 der Aus­ nehmung 12 in den Zylinderraum 1.1 ein und wird somit unter Bildung eines zündfähigen Gemisches mit der im Zylinder vor­ handenen Luftfüllung wirbelförmig von der Seite der Gasein­ laßventile gegen die Zündeinrichtung 14 gelenkt und gezündet. Hierbei wird die geordnete Ladungsbewegung in Verbindung mit späten Einspritzzeitpunkten während der Kompression dazu ge­ nutzt, Kraftstoff und Luft örtlich begrenzt vorzumischen und in die Nähe der Zündeinrichtung zu transportieren. Nach Ein­ leitung der Verbrennung unterstützt die Ladungsbewegung die Verbrennung.

Wird nun die Ausnehmung 12 im Kolbenboden 11.1 entsprechend der in Fig. 1 im Vertikalschnitt dargestellten Form ausge­ führt, so ergibt sich für die vorstehend beschriebene Zün­ dungs- und Verbrennungsphase eine deutliche Verbesserung. Der in Richtung auf die Gaseinlaßseite leicht fallende Muldenbo­ den 12.1 läuft an seiner der Kraftstoffeinspritzdüse 8 zuge­ kehrten Seite in eine steil nach oben gerichtete Wandzone 12.2 aus. Hierdurch wird die Tumble-Strömung, wie durch den Pfeil in Fig. 3 angedeutet, noch vor der Mündung der Kraft­ stoffeinspritzdüse 8 extrem nach oben gelenkt. Tritt der Kraftstoffstrahl im Schichtladebetrieb in den Brennraum ein, also wenn der Kolben sich dem oberen Totpunkt nähert, dann trifft er auf die zumindest in diesem Bereich nach oben ge­ richtete Strömungskomponente der verdichteten Luft, wird mit dieser vermischt und in Richtung auf die Zündeinrichtung 14 als zündfähiges Gemisch mitgerissen:
Der vorbeschriebene Effekt kann noch dadurch verbessert wer­ den, wenn die muldenförmige Ausnehmung 12 die in Fig. 3 dar­ gestellte bevorzugte Form aufweist. Hierbei weist der Über­ gangsbereich 15 zwischen den Seitenwandungen 16 und dem Mul­ denboden 12.1 in etwa eine Trapezform auf, deren kleine Seite durch die steil nach oben berichtete Wandzone 12.2 gebildet wird. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß der Verlauf der von der umgebenden Quetschfläche 18 der Kante 17 der muldenförmigen Ausnehmung 12 in der Projektion der den Muldenboden 12.1 begrenzenden Trapezkontur in etwa ent­ spricht, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Verlauf der Kante 17 kann aber auch bis hin zu einer Rechteckkontur verändert werden, wie dies in Fig. 5 darge­ stellt ist.

Über die Länge der steilen Wandzone 12.2 in der Trapezkontur des Muldenbodens 12.1 und ihrer oberen Begrenzungskante 17 läßt sich nun die Geschwindigkeit und der "Volumenstrom" der aufwärtsgerichteten Strömungskomponente sowie die Qualität der Vermischung beeinflussen. Die Länge der Wandzone 12.2 im Bereich der Begrenzungskante 17 sollte so bemessen sein, daß eine Teilung des in die aufsteigende Luftströmung eintreten­ den Kraftstoffstrahls vermieden wird. Hierbei spielen auch Querströmungen aus den Quetschflächen 18 zu beiden Seiten der muldenförmigen Ausnehmung 12, besonders aber auch die schräg nach oben gerichtete Strömung aus der zwischen der Kante 17.1 der Wandzone 12.2 und der Einmündung der Kraftstoffeinspritz­ düse 8 angeordneten Quetschfläche 19 eine Rolle, die für eine Verbesserung der Durchwirbelung und damit der Durchmischung der Luft mit Kraftstoff führen. Über Veränderung des senkrecht zur Kante 17.1 gemessenen Abstandes a zur gaseinlaßseitigen Zylinderwand läßt sich die Durchmischung von Kraftstoff und Luft optimieren. Der Abstand a sollte - bezogen auf den Zy­ linderdurchmesser D - gleich oder größer sein als 0,2 D.

Der Muldenboden 12.1 weist, wie Fig. 1 erkennen läßt, einen beispielsweise konkav gekrümmten Verlauf auf. Die Krümmung geht in der Nähe der steilen Wandzone 12.2 zunächst in die Horizontale über - bezogen auf die Zylinderachse 5 - und ist dann mit einer Abrundung steil nach oben geführt. Die Nei­ gung der steilen Wandzone 12.2 kann, ausgehend von einer Null-Neigung, d. h. einer zur Zylinderachse 5 parallelen Aus­ richtung, zwischen einem positiven Winkel α und einem nega­ tiven Winkel α liegen, gemessen gegenüber der Zylinderachse 5, wie dies in der Fig. 1 zugeordneten Darstellung gem. Fig. 7 gezeigt ist.

Als positiver Winkel ist ein Winkel definiert, bei dem die Fläche der Wandzone 12.2 vom Muldenboden 12.1 ausgehend, zu­ mindest im Bereich der Kante 17.1 in Richtung auf die Kraft­ stoffeinspritzdüse ausgerichtet ist.

Als negativer Winkel ist ein Winkel definiert, bei dem die Fläche der Wandzone 12.2 vom Muldenboden 12.1 ausgehend, ent­ sprechend in Richtung auf die Zündeinrichtung 14 ausgerichtet ist und eine Hinterschneidung bildet.

Während im Homogenbetrieb die Geometrie des Kolbenbodens für den Zünd- und Verbrennungsablauf praktisch ohne Bedeutung ist, wird im Schichtladebetrieb eine deutliche Verbesserung erreicht. Hier ist ein negativer Winkel α wegen seiner deut­ lichen Umlenkung der durch die Ausnehmung 12 geführten Luft­ strömung in Richtung auf die Zündeinrichtung von besonderem Vorteil.

Wie der Querschnitt gem. Fig. 4 zeigt, kann die Ausnehmung 12 im wesentlichen trogförmig mit ebenem Muldenboden 12.1 ausge­ führt sein. Die Seitenwandungen können hierbei je nach dem Verlauf der oberen Begrenzungskante 17 senkrecht ausgeführt sein, wobei ein senkrechter Verlauf in den an die Wandzone 12.2 angrenzenden Bereichen und ein nach außen geneigter Ver­ lauf bis zu dem der Wandzone 12.2 gegenüberliegenden Bereich für eine gezielte Führung der Luft zweckmäßig ist.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 4. Hierbei weist ausgehend von einer Trapezkontur des Muldenbo­ dens 12.1 die Randkontur 17 der muldenförmigen Ausnehmung 12 eine in der in Profektion etwa rechteckige Kontur auf.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung mit einer sattelförmigen Erhö­ hung 20 des Kolbenbodens 12.1, die sich von der Gasauslaßsei­ te in Richtung auf die Wandzone 12.2 an der Gaseinlaßseite erstreckt. Hierdurch wird die Strömung in zwei "Strängen" über die Wandzone 12.2 nach oben geführt, so daß auch durch diese Maßnahme ein "Spalten" des Kraftstoffstrahls vermieden wird. Hierbei kann es ausreichen, wenn die sattelförmige Er­ höhung nur in einem an die steile Wandzone 12.2 angrenzenden Bereich des Muldenbodens angeordnet ist. Sie kann such auch bis in die Wandzone 12.2 selbst erstrecken.

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.

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.

Claims (7)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens zwei Gaseinlaß­ kanälen (3) mit Gaseinlaßventilen (6), wenigstens einem Gas­ auslaßkanal (4) mit Gasauslaßventil (7) und wenigstens einer Zündeinrichtung (14) je Zylinder (1) sowie mit einem durch die Zylinderdecke (2.1) und dem Kolbenboden (11.1) des im Zy­ linder (1) hin- und her bewegbar geführten Kolbens (11) ge­ bildeten Brennraum (1.1), in den die Gaseinlaßkanäle unter einem flachen Winkel - gemessen gegenüber der Zylinderachse - einmünden, wobei der Kolbenboden (11.1) einerseits und die Zylinderdecke (2.1) andererseits im Vertikalschnitt im we­ sentlichen dachförmig ausgebildet sind, wobei jeweils die ei­ ne der Dachflächen dem Gaseinlaßventil (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 Kolbenbodens (11.1) entspre­ chen, sowie mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (8), die nahe dem Eintrittsbereich der Gaseinlaßkanäle (3) zwischen den Ga­ seinlaßventilen (6) in den Zylinder (1) mündet, wobei, gemes­ sen gegenüber der Zylinderachse (5), der Winkel der Strahl­ achse der Kraftstoffeinspritzdüse (8) größer ist als der Win­ kel der Gaseinlaßkanäle, und mit einer Zündeinrichtung (14), die in der Zylinderdecke (2.1) nahe der Zylinderachse (5) an­ geordnet ist, und mit einer im Kolbenboden (12.1) angeordne­ ten, muldenförmigen Ausnehmung (12), deren Seitenwandungen im wesentlichen durch Quetschflächen (18, 19) begrenzt sind und die den Dachfirst (11.2) auf dem Kolbenboden schneidet und sich über den Bereich beider Dachflächen erstreckt, die einen in Richtung auf die Kraftstoffeinspritzdüse (8) geneigten Muldenbereich (12.1) aufweist und an ihrer der Kraftstoffein­ spritzdüse (8) zugekehrten Seite in eine steil nach oben ge­ richtete Wandzone (12.2) ausläuft.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Übergangsbereich (15) zwischen den Sei­ tenwandungen (16) und dem Muldenboden (12.1) in etwa eine Trapezkontur bildet, deren kleine Seite durch die steil nach oben gebildete Wandzone (12.2) gebildet wird.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verlauf der von der Quetschfläche (18, 19) begrenzten Kante (17) der muldenförmigen Ausnehmung (12) in der Projektion in etwa der den Muldenboden (12.1) be­ grenzenden Trapezkontur entspricht.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verlauf der von der Quetschfläche (18, 19) begrenzten Kante (17) der muldenförmigen Ausnehmung (12) in der Projektion in etwa einer Rechteckkontur ent­ spricht.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachfläche zumindest gas­ einlaßseitig in eine ebene Quetschfläche (19) übergeht und daß die Kante (17.1) der steil nach oben gerichteten Wandzone (12.2) der muldenförmigen Ausnehmung (12) mit Abstand zur Übergangslinie (19.1) zwischen ebener Quetschfläche (19) und geneigter Dachfläche in der Dachfläche verläuft.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangslinie (19.1) ei­ nen geradlinigen Verlauf aufweist.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Muldenboden (12.1) mit ei­ ner sattelförmigen Erhöhung (20) versehen ist, die sich von der Gasauslaßseite in Richtung auf die Gaseinlaßseite er­ streckt.