HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
fremdgezündeten Verbrennungsmotor der
Direktkraftstoffeinspritzungs-Bauart.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
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In einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor der
Direktkraftstoffeinspritzungs-Bauart, der eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Direkteinspritzen von
Kraftstoff in einen Zylinder hat, wird Kraftstoff in eine
an der Oberseite des Kolbens gebildete Aushöhlung in der
letzten Phase des Verdichtungshubs eingespritzt, wird
durch Verwendung der Hitze der Hochtemperaturluft im
Zylinder und vom Kolben verdampft und wird in die Nähe
der Zündkerze geführt, um ein entzündbares Gemisch zu
bilden, dass vorzugsweise in der Nähe von nur der
Zündkerze zum Zündzeitpunkt entzündet werden kann. So
wird eine Schichtladungsverbrennung, die ein völlig
mageres Gemisch verbrennen kann realisiert, wie aus der
EP 0 519 275 A1 ersichtlich ist.
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Im allgemeinen ist, wie beim in der japanischen
ungeprüften Patentschrift (Kokai) Nr. 9-158736
offenbarten fremdzündenden Verbrennungsmotor der
Direkteinspritzungs-Bauart, die
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Kraftstoffeinspritzeinrichtung im oberen Umfang bzw. Rand
des Zylinders an der Seite der Einlassöffnung angeordnet,
wobei die Zündkerze annähernd in der Mitte im oberen Teil
des Zylinders angeordnet ist. Die in der Oberseite des
Kolbens gebildete Aushöhlung hat eine untere Wand, mit
der der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
eingespritzte Kraftstoff in Zusammenstoß kommen wird und
eine Zündkerzenseitenwand. Verursacht durch die
Zündkerzenseitenwand, wird nach dem Zusammenstoß entlang
der unteren Wand fortschreitender Kraftstoff in die Nähe
der Zündkerze abgelenkt.
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Im vorstehenden Stand der Technik spritzt die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung Kraftstoff in der Form
eines flachen Fächers ein, der eine relativ geringe Dicke
hat, wobei an der unteren Wand der Aushöhlung
fortschreitender Kraftstoff sich in der Breitenrichtung
ausbreitet und leicht durch Aufnahme von Hitze von einer
ausgedehnten Fläche der unteren Wand verdampft wird. Die
Zündkerzenseitenwand der Aushöhlung hat eine gebogene
Form in Draufsicht. Deshalb wird im Mittelteil des
Kraftstoffs in dessen Breitenrichtung, ein
Geschwindigkeitsvektor, der an der unteren Wand
fortschreitet, durch die Zündkerzenseitenwand in einen
Geschwindigkeitsvektor nach oben verändert und wird somit
zu der Nähe der Zündkerze hingeführt. Außerdem stoßen
beide Seitenteile des Kraftstoffs in dessen
Breitenrichtung in einem spitzen Winkel mit der
Zündkerzenseitenwand zusammen, wodurch ein
Geschwindigkeitsvektor, der an der unteren Wand
fortschreitet durch die Zündkerzenseitenwand in einen
resultierenden Geschwindigkeitsvektor des
Geschwindigkeitsvektors nach oben und des
Geschwindigkeitsvektors in Mittelrichtung umgewandelt
wird, wobei sie somit zur Nähe der Zündkerze hin
gerichtet sind. Dem gemäß wird vom vorzugsweise
verdampften und sich in Breitenrichtung ausbreitenden
Kraftstoff erwartet, dass er sich nahe der Zündkerze
sammelt, um ein vorzugsweise entzündbares Gemisch nahe
der Zündkerze zu bilden.
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Zweifellos kann Kraftstoff leicht verdampft werden,
dadurch, dass er in Form eines Fächers eingespritzt wird
um sich in Breitenrichtung auszubreiten, indem er in der
unteren Wand der Aushöhlung fortschreitet. Jedoch neigt
andererseits Kraftstoff in Form eines Fächers dazu, sich
übermäßig in Breitenrichtung an der unteren Wand der
Aushöhlung auszubreiten, insbesondere tendieren beide
Seitenteile des Kraftstoffs dazu, sich übermäßig
auszubreiten.
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Wie vorstehend beschrieben, wird jeder Teil des
Kraftstoffs in dessen Breitenrichtung in die Nähe der
Zündkerze durch die Zündkerzenwand der Aushöhlung
geführt. Jedoch ist es schwierig, jeden Teil des
Kraftstoffs genau zu der gleichen Position zu führen. In
der Praxis werden die durch alle Teile des Kraftstoffs
gebildeten Gemische nahe der Zündkerze miteinander
vereinigt. Um zuverlässig das vereinte Gemisch zu
entzünden, muss daher das durch jeden Teil des
Kraftstoffs gebildete Gemisch ein entzündbares Gemisch
sein, das vorzugsweise entzündet werden kann.
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Jedoch, wenn beide Seitenteile des Kraftstoffs
übermäßig an der unteren Wand der Aushöhlung verteilt
werden, wird das aus diesen Teilen gebildete Gemisch sehr
mager und brennt nicht vorzugsweise, was es schwer macht
die Motorleistung wie beabsichtigt zu erzeugen und
nebenbei wird in erhöhten Mengen unverbrannter Kraftstoff
emittiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen
fremdgezündeten Verbrennungsmotor der
Direkteinspritzungs-Bauart zu schaffen, der eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet zum Einspritzen
von Kraftstoff in Form eines flachen Fächers, der eine
relativ geringe Dicke hat und der in eine in der
Oberseite des Kolbens gebildeten Aushöhlung in der
letzten Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzte
Kraftstoff schreitet an der unteren Wand der Aushöhlung
fort, um durch eine Zündkerzenseitenwand in die Nähe der
Zündkerze geführt zu werden, wobei ein entzündbares
Gemisch durch den ganzen in die Aushöhlung eingespritzten
Kraftstoff gebildet wird und das Gemisch zuverlässig
entzündet und verbrannt werden kann, um vorteilhafte
Schichtladungsverbrennung zu verwirklichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen
fremdgezündeten Verbrennungsmotor der
Direkteinspritzungs-Bauart gelöst, der die in Anspruch 1
definierten kennzeichnenden Merkmale hat.
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Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden aus
der nachfolgend bekannt gemachten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen
mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen:
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Fig. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht die
schematisch einen Hauptteil eines fremdgezündeten
Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungs-Bauart gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Kolbens der Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Draufsicht des Kolbens, der ein
zweites Ausführungsbeispiel des fremdgezündeten
Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungs-Bauart gemäß
der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Fig. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht, die
schematisch einen Hauptteil eines fremdgezündeten
Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungs-Bauart gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender
Erfindung darstellt. Fig. 2 ist eine Draufsicht eines
Kolbens der Fig. 1. In diesen Zeichnungen bezeichnet
Bezugszeichen 1 einen Einlasskanal und 2 bezeichnet einen
Abgaskanal. Der Einlasskanal 1 ist mit dem Zylinder über
ein Einlassventil 3 verbunden und der Abgaskanal ist mit
dem Zylinder über ein Abgasventil 4 verbunden.
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Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Kolben, der eine in
dessen Oberseite gebildete konkave Aushöhlung 8 hat.
Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Zündkerze, die nahe zum
mittleren Oberteil des Zylinders angeordnet ist, und 7
bezeichnet eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum
direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder vom
oberen Umfang bzw. Rand des Zylinders. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 ist an der Seite des
Einlasskanals 1 angeordnet, wo die Temperatur wegen des
Strömens der Ansaugluft in den Zylinder relativ niedrig
ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff in der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 verdampft wird. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 hat ein schlitzförmiges
Einspritzloch und spritzt Kraftstoff in Form eines
Fächers ein, der eine geringe Dicke hat. Um
Schichtladungsverbrennung durchzuführen, wird wie in
Fig. 1 gezeigt, Kraftstoff in die in der Oberseite des
Kolbens 5 gebildete Aushöhlung 8 in der letzten Phase des
Verdichtungshubs eingespritzt. Kraftstoff 10 gerade nach
der Einspritzung, wie im schraffierten Bereich
dargestellt, ist in Form einer Flüssigkeit, schreitet
entlang der unteren Wand 8a der Aushöhlung 8 fort, wird
bis er in die Nähe der Zündkerze 6 durch die
Zündkerzenseitenwand 8b der Aushöhlung 8 geführt wird
verdampft und bildet ein entzündbares Gemisch, das
vorzugsweise entzündet werden kann, wie in dem
gepunkteten Bereich dargestellt. Damit wird in einem
Versuch die Schichtladungsverbrennung zu verwirklichen,
die es ermöglicht, ein mageres Gemisch im ganzen Zylinder
zu verbrennen, das entzündbare Gemisch nur in der Nähe
der Zündkerze gebildet. Der dünne fächerförmige
Sprühnebel breitet sich in Breitenrichtung aus, während
er entlang der unteren Wand 8a der Aushöhlung 8
fortschreitet und wird leicht verdampft durch
vorteilhaftes Aufnehmen von Hitze aus einer ausgedehnten
Fläche der unteren Wand 8a der Aushöhlung 8. Die
Zündkerzenseitenwand 8b der Aushöhlung 8 hat in einer
Draufsicht eine gebogene Form und daher wird im
Mittelteil des Kraftstoffs in dessen Breitenrichtung ein
Geschwindigkeitsvektor entlang der unteren Wand 8a durch
die Zündkerzenseitenwand 8b in einen
Geschwindigkeitsvektor nach oben umgewandelt und somit
kann der Mittelteil des Kraftstoffs in die Nähe der
Zündkerze 6 geführt werden. Weiterhin stoßen die beiden
Seiteteile des Kraftstoffs in dessen Breitenrichtung mit
der Zündkerzenseitenwand 8b bei einem spitzen Winkel in
Draufsicht zusammen und ein Geschwindigkeitsvektor
entlang der unteren Wand 8a wird durch die
Zündkerzenseitenwand 8b umgewandelt in eine Resultante
eines Geschwindigkeitsvektors nach oben und eines
Geschwindigkeitsvektors zur Mitte in Breitenrichtung des
Krafstoffs hin und damit können diese Teile des
Kraftstoffs in die Nähe der Zündkerze 6 geführt werden.
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Jedoch ist es schwierig, die Zündkerzenseitenwand 8b
verwendend, jeden Teil des Kraftstoffs genau zur gleichen
Position nahe der Zündkerze 6 zu führen. Allgemein werden
deshalb wie in Fig. 2 gezeigt, das durch den Mittelteil
des Kraftstoff gebildete Gemisch 10a und das durch beide
Seitenteile des Kraftstoffs gebildete Gemisch 10b nahe
der Zündkerze 6 miteinander vereint. Um zuverlässig
solche vereinten Gemische zu entzünden und zu verbrennen,
müssen daher die durch jeden Teil des Kraftstoffs
gebildeten Gemische 10a und 10b entzündbare Mischungen
sein, die vorzugsweise entzündet werden können.
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Jedoch hat eine allgemeine Aushöhlung, die in der
Oberseite des Kolbens gebildet ist einen genügend großen
Raum in Breitenrichtung für entlang der unteren Wand
fortschreitenden und in Breitenrichtung sich
ausbreitenden Kraftstoff. Folglich tendiert entlang der
unteren Wand der Aushöhlung fortschreitender Kraftstoff
dazu, sich übermäßig in Breitenrichtung auszubreiten.
Daher tendieren beide Seitenteile des Kraftstoffs dazu,
übermäßig verteilt zu werden.
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Das durch beide übermäßig verteilte Seitenteile des
Kraftstoffs gebildete Gemisch 10b ist sehr mager. Selbst
wenn das durch den Mittelteil des Kraftstoffs geformte
Gemisch 10a zuverlässig entzündet wird, pflanzt sich
daher die Flamme nicht vorteilhaft durch das Gemisch 10b
fort, wobei nicht der ganze Kraftstoff, der in die
Aushöhlung 8 eingespritzt wurde, als das entzündbare
Gemisch vorteilhaft verbrannt wird, und wobei die
Motorleistung nicht wie beabsichtigt erhalten und
unverbrannter Kraftstoff in erhöhten Mengen emittiert
wird.
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Um dieses Problem zu lösen, hat gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, die Aushöhlung 8 Führungswände 8d
zum Hindern des an der unteren Wand 8a fortschreitenden
Kraftstoffs an einem übermäßigen Ausbreiten in
Breitenrichtung. Die Führungswände 3d sind zwei fast
senkrechte, flache Seitenwände, die bei einem Winkel
gleich oder leicht größer als der eingeschlossene Winkel
des Fächers des von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7
eingespritzten Kraftstoffs verlaufen und glatt mit der
Zündkerzenseitenwand 8b und der
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 8c verbunden
sind. Außerdem sind die Führungswände und die untere Wand
8a miteinander durch einen Bogen mit sehr kleinem Radius
oder durch einen eckigen Abschnitt verbunden, wobei der
Abstand zwischen den zwei Führungswänden 8d etwas größer
als die Breite des Kraftstoffsprühnebels bei einer
Position ist, wo Kraftstoff mit der unteren Wand 8a
zusammenstößt.
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Somit kommt der von der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 eingespritzte Kraftstoff
mit der unteren Wand 8a in Zusammenstoß, ohne mit den
Führungswänden 8d in Kontakt zu kommen. Danach schreitet
der Kraftstoff sich in Breitenrichtung ausbreitend an der
unteren Wand 8a zur Zündkerzenseitenwand 8b hin fort. Zu
dieser Zeit, wenn der Kraftstoff dazu tendiert, sich über
mehr als den eingeschlossenen Winkel des Fächers
auszubreiten, wird er sogleich durch die Führungswände
8d, wie in Fig. 2 gezeigt, begrenzt; d. h. der Kraftstoff
wird am unnötigen Ausbreiten gehindert und beide
Seitenteile des Kraftstoffs werden nicht übermäßig
verteilt. Entsprechend ist das nahe der Zündkerze 6
gebildete Gemisch nicht mager und vorteilhafte
Schichtladungskraftstoffverbrennung kann verwirklicht
werden.
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Gerade wenn der von der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 eingespritzte Kraftstoff
mit der unteren Wand 8a der Aushöhlung 8 zusammenstößt,
kann der Kraftstoff teilweise zu der Seite der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 entlang der unteren Wand
8 fortschreiten. Wenn die zwei Führungswände 8d sich
über mehr als eine vorherbestimmte Länge an der Seite der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 erstrecken, und zum
Beispiel, wenn die Kraftstoffeinspritzeinrichtungswand 8c
nicht bereitgestellt ist, kann der entlang der unteren
Wand 8a zur Seite der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7
hin fortschreitende Kraftstoff schmal gemacht werden und
steigt kräftig hoch, um direkt auf die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 aufzutreffen. Dem gemäß
kann ein Niederschlag auf der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 gebildet werden. In
diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich deshalb die
zwei Führungswände 8d nicht an der Seite der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7, wobei die
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 8c
bereitgestellt ist um der Zündkerzenseitenwand 8b
gegenüberliegend zu sein. Selbst wenn der an der unteren
Wand 8a zur Seite der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7
fortschreitende Kraftstoff entlang der
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 8c hochsteigt,
ist daher seine Energie gering, wobei der Kraftstoff zu
einer Position näher zur Zündkerze 6 hochsteigt, als zum
Einspritzloch der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, ohne
das vorstehend erwähnte Problem zu bewirken. In diesem
Ausführungsbeispiel verbinden die Führungswände 8d der
Aushöhlung 8 die Zündkerzenseitenwand 8b mit der
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 8c, jedoch soll
das die Erfindung nicht begrenzen. Zum Beispiel können
Seitenwände, die die vorstehend erwähnte Funktion haben,
an der Innenseite der Seitenwände, die
Zündkerzenseitenwand 8b mit der
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 8c verbindend,
bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die Höhe der
Führungswand geringer sein als die Tiefe der Aushöhlung.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Kolbens der ein
zweites Ausführungsbeispiel eines fremdgezündeten
Verbrennungsmotors der Direktkraftstoffeinspritzungs-
Bauart gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Nachfolgend wird nur der Unterschied von dem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben. In diesem
Ausführungsbeispiel verbinden die Führungswände 8d' der
Aushöhlung 8' die Zündkerzenseitenwand 8b' mit der
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 86, wobei die
Führungswand 8d' und die
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand 56 eine
gebogene Form haben, die in einer Draufsicht einstückig
miteinander gebildet sind.
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Der Radius der gebogenen Form ist so ausgewählt,
dass der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7
eingespritzte Kraftstoff mit der unteren Wand 8a' in
Zusammenstoß kommt, ohne mit den Führungswänden 8d' in
Kontakt zu kommen, wobei die Führungswände 8d'
funktionieren, um den sich auf der unteren Wand 8a' in
Breitenrichtung ausbreitenden zur Zündkerzenseitenwand
8b' hin fortschreitenden Kraftstoff zu führen.
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Somit macht es die vorliegende Erfindung möglich,
die gleiche Wirkung wie das erste Ausführungsbeispiel zu
erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel hat die
Aushöhlung 8a' desweiteren in einer Draufsicht eine Form
nahe eines Kreises, verglichen mit der des ersten
Ausführungsbeispiels. Bei der Schichtladungsverbrennung,
in der das entzündbare Gemisch nahe der Zündkerze
entzündet und verbrannt wird, pflanzt sich die Flamme
daher leicht durch die ganze Luft in der Aushöhlung fort,
was die Verbrennungsgeschwindigkeit steigert.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat die Aushöhlung in
der Oberseite eine besondere Form und hat die untere Wand
mit der Kraftstoff in Zusammenstoß kommt, die
Zündkerzenseitenwand zum Führen des an der unteren Wand
fortschreitenden Kraftstoffs in die Nähe der Zündkerze
und die Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand, die
sich an der Seite gegenüber zur Zündkerzenseitenwand
befindet. Das ist jedoch nicht, um die Erfindung zu
begrenzen. Zum Beispiel, selbst wenn die Aushöhlung eine
nahezu halbkugelartige Form hat, und die untere Wand,
Zündkerzenseitenwand und die
Kraftstoffeinspritzpumpenseitenwand nicht in der Form
unterschieden werden können, ist in der vorliegenden
Erfindung ein Abschnitt der Aushöhlung bei dem der
Kraftstoff in Zusammenstoß kommt, dafür vorgesehen, die
untere Wand zu sein, ein Abschnitt der Aushöhlung zum
Führen des Kraftstoffs an der unteren Wand hin in die
Nähe der Zündkerze fortzuschreiten ist dafür vorgesehen,
die Zündkerzenseitenwand zu sein, und ein Abschnitt der
Aushöhlung, der der Zündkerzenseitenwand gegenüberliegt
dafür vorgesehen, die
Kraftstoffeinspritzeinrichtungsseitenwand zu sein.
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Ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor der
Direktkraftstoffeinspritzungs-Bauart ist offenbart. Der
Motor weist eine in der oberen Wand des Zylinders
angeordnete Zündkerze auf, eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, zum direkten Einspritzen
von Kraftstoff in den Zylinder, und eine in der Oberseite
des Kolbens gebildete Aushöhlung. Die Aushöhlung hat eine
untere Wand und eine Zündkerzenseitenwand. Kraftstoff,
der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in die letzte
Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzt wurde, schreitet
an der unteren Wand der Aushöhlung fort um durch die
Zündkerzenseitenwand abgelenkt zu werden und in die Nähe
der Zündkerze geführt zu werden. In der Maschine spritzt
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung Kraftstoff in der Form
eines Fächers, der eine relativ geringe Dicke hat ein.
Die Aushöhlung hat Führungswände zum Hindern, des
Kraftstoffs vom übermäßigen Ausbreiten in Breitenrichtung
der Fächerform während an der unteren Wand fortschreitet.