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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine funkengezündete Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Bisher
ist schichtweise Ladungsverbrennung bekannt, die durch das direkte
Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder erzeugt wird, um ein
Gemisch auszubilden, das zu der Zündzeit vorteilhaft nur in der Nähe einer
Zündkerze
gezündet
werden kann (brennbares Gemisch), um ein mageres Gemisch in dem
Zylinder als Gesamtes zu verbrennen. Um die schichtweise Ladungsverbrennung
auszuführen, wird
im Allgemeinen Kraftstoff in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzt.
Es ist beabsichtigt, dass der somit eingespritzte Kraftstoff in
eine konkave Vertiefung voranschreitet, die an der oberen Fläche des
Kolbens ausgebildet ist, durch die Form der Vertiefung zu der Zündkerze
abgelenkt wird, und in der Nähe
der Zündkerze
ein brennbares Gemisch ausbildet.
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Die
ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 11-223 127 offenbart
eine funkengezündete
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, in der die Zündkerze
in der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet ist, der
Kraftstoffeinspritzer Kraftstoff in der Form eines Fächers einspritzt,
der eine relativ kleine Dicke aufweist, dass der eingespritzte Kraftstoff
leicht verdampfen kann, um in ausreichende Berührung mit der Einlassluft hoher Temperatur
und hohen Drucks in dem Zylinder kommen kann, und der Kraftstoffeinspritzer
in dem Umfang in dem oberen Abschnitt des Zylinders angeordnet ist.
Die Vertiefung erstreckt sich aus dem Mittelabschnitt auf der oberen
Fläche
des Kolbens zu der Seite des Kraftstoffeinspritzers auf dessen Umfangsabschnitt,
und weist eine Bodenwand, eine Wand an der Seite einer Zündkerze
und eine Wand an der Seite eines Kraftstoffeinspritzers auf. Der
von der schrägen
oberen Seite in die Vertiefung eingespritzte Kraftstoff prallt auf
der Bodenwand auf und schreitet danach entlang der Bodenwand zu
der Wand an der Seite der Zündkerze.
Als Nächstes
wird der Kraftstoff durch die Wand an der Seite der Zündkerze
zu der Zündkerze
abgelenkt.
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In
einer solchen funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung kann ein brennbares Gemisch
vorteilhaft in der Nähe
der Zündkerze ausgebildet
werden, falls der eingespritzte Kraftstoff auf der Bodenwand der
Vertiefung abprallt. Jedoch ist die Einspritzrichtung des Kraftstoffeinspritzers
auf eine Richtung fixiert, das heißt, eine Richtung schräg nach unten,
und somit ist ein Bereich zwischen den Positionen des Kolbens, in
denen eine solche Kraftstoffeinspritzung gestattet ist, relativ
eng. Deswegen ist ein Kraftstoffeinspritzzeitraum eingeschränkt und somit
kann lediglich eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt werden.
Entsprechend kann die schichtweise Ladungsverbrennung, die einen
hohen Kraftstoffverbrauchswirkungsgrad aufweist, nur in Betriebsbedingungen
mit niedriger Maschinenlast ausgeführt werden. Nebenbei wird unter Betriebsbedingungen einer
hohen Maschinendrehzahl ein Zeitraum, in dem Kraftstoff eingespritzt
werden kann, sehr kurz, und somit kann die schichtweise Ladungsverbrennung
im Wesentlichen nicht ausgeführt
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Deswegen
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine funkengezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung bereitzustellen, die einen Zeitraum ausdehnen
kann, in dem Kraftstoff eingespritzt werden kann, um ein brennbares
Gemisch auszubilden, und die einen Maschinenbetriebsbereich, in
dem die schichtweise Ladungsverbrennung ausgeführt werden kann, zu der Seite
der hohen Maschinendrehzahl und der Seite der hohen Maschinenlast
hin vergrößern kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine funkengezündete
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Draufsicht eines Kolbens aus 1;
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3 ist
eine (P)-(P) Schnittansicht der 2;
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4 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung aus 1 in der
Endphase des Verdichtungshubs darstellt;
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5 ist
eine Draufsicht entsprechend 2, die eine
Modifikation der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung in 1 darstellt;
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6 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung aus 6 in der
Endphase des Verdichtungshubs darstellt;
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8 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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9 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil einer funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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10(A), 10(B), 10(C), 10(D),
und 10(E) sind entsprechende (Q)-(Q)
Schnittansichten der 9;
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11 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch ein Teil einer funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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12 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung der 11 in der
Endphase des Verdichtungshubs darstellt;
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13 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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14 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
gemäß einer
siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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15 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens, der eine Modifikation der Vertiefung
in der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung aus 14 zeigt;
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16 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens, die eine andere Modifikation
der Vertiefung in der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung aus 14 zeigt;
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17 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens, die eine andere Modifikation
der Vertiefung in der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in 14 darstellt;
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18 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer achten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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19 ist
eine Draufsicht eines Kolbens der funkengezündeten Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung der 18;
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20 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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21 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer zehnten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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22 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer elften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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23 ist
ein Kennfeld, das in einer Zündkerzensteuerung
für die
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der 22 eingesetzt
wird;
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24 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens, die eine Modifikation der Vertiefung
in der funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung der 22 darstellt;
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25 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens, die eine andere Modifikation
der Vertiefung in der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der 22 darstellt;
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26 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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27 ist
eine Draufsicht eines Kolbens, der in 26 gezeigt
ist;
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28 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine Modifikation
der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der 26 darstellt;
und
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29 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine andere Modifikation
der funkengezündeten
Brennkraftmaschine der 26 darstellt.
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BESCHREIBUNG DER VORTEILHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine funkengezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, und 2 ist eine
Draufsicht eines Kolbens, der in 1 gezeigt
ist. In diesen Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1 eine
Einlassöffnung
und 2 bezeichnet eine Auslassöffnung. Die Einlassöffnung 1 ist
mit dem Zylinder über
ein Einlassventil 3 in Verbindung, und die Auslassöffnung 2 ist
mit dem Zylinder über ein
Auslassventil 4 in Verbindung. Bezugszeichen 5 bezeichnet
einen Kolben, der eine Vertiefung 8 in seiner oberen Fläche ausgebildet
aufweist. Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Zündkerze,
die in nahezu dem mittleren oberen Abschnitt des Zylinders angeordnet
ist. Bezugszeichen 7 ist ein Kraftstoffeinspritzer, der
angrenzend an die Zündkerze 6 angeordnet ist.
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Der
Kraftstoffeinspritzer 7 hat ein schlitzartiges Einspritzloch
und spritzt Kraftstoff als fächerförmigen Nebel 10 ein,
der eine relativ kleine Dicke aufweist. Das Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzers 7 ist
derart gerichtet, dass der eingespritzte fächerförmige Nebel 10 nahezu
parallel mit der Mittelachse des Kolbens 5 liegt, das heißt, derart,
dass die Mittelebene in der Dickenrichtung des eingespritzten fächerförmigen Nebels 10 nahezu
parallel mit der Mittelachse des Kolbens 5 ist. Die Vertiefung 8 ist
eine lange und enge Nut, die nahezu quer über die obere Fläche des
Kolbens 5 läuft,
um durch die Mitte der oberen Fläche
des Kolbens 5 zu treten. Die Vertiefung 8 erstreckt
sich nämlich
in die Richtung, in die sich der Nebel in der Fächerform erstreckt. Falls ein eingeschlossener
Winkel der Fächerform
des Nebels 10 geeignet gewählt wird, kann somit der fächerförmige Nebel 10 die
Vertiefung 8 sogar betreten, wenn der Kolben sich in einer
relativ tiefen Position wie zum Beispiel in der Endphase des Einlasshubs,
der Anfangsphase des Verdichtungshubs oder der Mittelphase des Verdichtungshubs
befindet.
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Der
fächerförmige Nebel
mit einer relativ kleinen Dicke gerät vorteilhaft mit einer Einlassluft
hoher Temperatur in Berührung,
während
er in dem Zylinder fliegt, wird ausreichend aufgewärmt und
atomisiert. Somit betritt bei der schichtweisen Ladungsverbrennung
der gesamte eingespritzte Kraftstoff die Vertiefung 8 auf
der oberen Fläche
des Kolbens mit einem Zustand, in dem der Kraftstoff einfach verdampft
werden kann, sogar, falls die Kraftstoffeinspritzung von der Anfangsphase
des Verdichtungshubs, der Mittelphase des Verdichtungshubs oder
der Endphase des Einlasshubs in einem bestimmten Fall beginnt. Danach
wird der Kraftstoff durch die aus der Vertiefung 8 empfangene
Wärme perfekt
verdampft und somit in der Endphase des Verdichtungshubs eine Masse
eines brennbaren Gemischs in und über der Vertiefung 8 ausgebildet,
wie durch die Punkte aus 4 ersichtlich ist. Die Zündkerze 6 ist
angeordnet, zu der Vertiefung 8 gerichtet zu sein. Deswegen
kann die Zündkerze 8 das
somit ausgebildete brennbare Gemisch zünden und verbrennen. Somit
kann bei der schichtweisen Ladungsverbrennung die Anfangszeit der
Kraftstoffeinspritzung frei ausgewählt werden und deswegen ein
Zeitraum der Kraftstoffeinspritzung in der schichtweisen Ladungsverbrennung
ausgedehnt werden und eine relativ große Kraftstoffmenge eingespritzt
werden. Entsprechend kann ein Maschinenbetriebsbereich, in dem die
schichtweise Ladungsverbrennung, die einen hohen Kraftstoffverbrauchswirkungsgrad
aufweist, ausgeführt
werden kann, nicht auf Betriebszustände niedriger Maschinenlast
beschränkt
werden und kann auf die Seite der hohen Maschinendrehzahl und die
Seite der hohen Maschinenlast vergrößert werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der fächerförmige Nebel 10 derart
eingespritzt, dass die Mitte in dessen Dickenrichtung nahezu der
Mitte der Breitenrichtung der Vertiefung 8 unabhängig von
der Kolbenposition entspricht. Die Dicke des fächerförmigen Nebels 10 ist
relativ klein. Falls jedoch die Kolbenposition niedrig ist und der
fächerförmige Nebel 10 eine
lange Strecke fliegt, dehnt sich der Spitzenabschnitt des Nebels
zu einem bestimmten Grad in der Dickenrichtung aus. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Bodenwand 8a der Vertiefung 8, auf die
der fächerförmige Nebel 10 aufprallt,
in einer konkaven Form in der Breitenrichtung der Vertiefung 8 gekrümmt, wie
aus 3 ersichtlich ist. Deswegen wird der auf die Bodenwand 8a aufgeprallte
Kraftstoff in die Mitte der Breitenrichtung (Pfeilrichtung) der Vertiefung 8 zusammengeführt, und
somit verteilt sich der verdampfte Kraftstoff in der Vertiefung 8 kaum
zu dem Äußeren in
der Breitenrichtung der Vertiefung 8. Somit kann eine Masse
des brennbaren Gemischs in und über
der Vertiefung 8 positioniert werden, und somit kann die
Zündkerze 6,
die zu der Vertiefung 8 gerichtet ist, mit Sicherheit das
brennbare Gemisch zünden
und verbrennen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
befindet sich die Position der Zündkerze 6 in
der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders. Deswegen wird in
dem langen und engen brennbaren Gemisch, das ähnlich der Form der Vertiefung
ausgebildet ist, durch die Zündkerze
dessen mittlerer Abschnitt gezündet
und die Flamme schreitet gleichzeitig zu beiden Seiten des brennbaren
Gemischs voran. Entsprechend ist die Geschwindigkeit der Verbrennung
hoch und somit kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung realisiert
werden. Jedoch schränkt
dies die vorliegende Erfindung nicht ein. Die Zündkerze kann in einer beliebigen
Position zu der Vertiefung 8 gerichtet sein. Deswegen kann
eine Masse des in und oberhalb von der Vertiefung ausgebildeten
Gemischs mit Sicherheit gezündet
und verbrannt werden, sogar wenn die Geschwindigkeit der Verbrennung
geringfügig
langsam wird.
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Nebenbei
ist in der vorliegenden Ausführungsform
die Position des Kraftstoffeinspritzers 7 in der Nähe der Mitte
des oberen Abschnitts des Zylinders. Jedoch grenzt dies die vorliegende
Erfindung ebenfalls nicht ein. Zum Beispiel kann der Kraftstoffeinspritzer
sogar den fächerförmigen Nebel
derart einspritzen, dass er nahezu parallel mit der Mittelachse des
Kolbens liegt, falls der Kraftstoffeinspritzer in dem Umfang des
oberen Abschnitts des Zylinders liegt. Deswegen kann der fächerförmige Nebel
mit Sicherheit in die nutartige Vertiefung auf dem Kolben eintreten,
der sich in einer niedrigen Position befindet, und somit können ähnliche
Wirkungen zu den oben erwähnten
erhalten werden.
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Die
Mitte in der Breitenrichtung der nutartigen Vertiefung 8 entspricht
dem Durchmesser der oberen Fläche
des Kolbens. Jedoch können
die Positionen der Vertiefung 8, der Zündkerze 6 und des Kraftstoffeinspritzers 7 geringfügig zu den
vorliegenden Positionen parallel verschoben sein. Außerdem ist
die Vertiefung 8 nahezu quer zu der oberen Fläche des
Kolbens ausgebildet, und daher wird deren Länge lang. Somit kann der fächerförmige Nebel
mit Sicherheit die Vertiefung auf dem Kolben betreten, der sich
in einer niedrigen Position befindet, wie oben erwähnt wurde.
Falls jedoch die Vertiefung vollständig über die obere Fläche des
Kolbens ausgebildet ist, kann der in die Vertiefung eingespritzte
Kraftstoff bei dem Umfang des Kolbens ausschließen. Dies ist nicht erwünscht.
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5 ist
eine Draufsicht entsprechend der 2 und stellt
eine Modifikation der ersten Ausführungsform dar.
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In
der Modifikation ist ein Kraftstoffeinspritzer 7 in der
Nähe der
Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet, und zwei Zündkerzen 6a und 6b sind
auf beiden Seiten des Kraftstoffeinspritzers 7 in dem oberen
Abschnitt des Zylinders angeordnet, um zu der Vertiefung 8 gerichtet
zu sein. Diese Anordnung des Kraftstoffeinspritzers 7 ermöglicht,
dass die Mittelachse der Breite und der Dicke des fächerförmigen Nebels
zu der Mittelachse des Kolbens passt, und somit eine Masse des brennbaren
Gemischs, das in und oberhalb der Vertiefung 8 positioniert
ist, ausgebildet werden kann, eine symmetrische Konzentration und
symmetrische Form aufzuweisen, deren jeweilige Grenzen der Mittelebene
in der Längsrichtung
der Vertiefung entsprechen. Entsprechend können die Teile des brennbaren
Gemischs, die zueinander symmetrisch sind, durch die zwei Zündkerzen 6a und 6b gleichzeitig
gezündet und
verbrannt werden, und somit entspricht die Geschwindigkeit der Verbrennung
und einer einfachen Berücksichtigung
dem zweifachen von der in der ersten Ausführungsform. Deswegen kann die
schichtweise Ladungsverbrennung vorteilhafter durchgeführt werden.
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6 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine funkengezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Unterschiede zwischen den
ersten und zweiten Ausführungsformen
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform weist eine auf der oberen
Fläche
des Kolbens ausgebildete Vertiefung 81 eine Bodenwand 81a auf,
die in der Längsrichtung in
einer konkaven Form gekrümmt
ist. Deswegen wird der Kraftstoff, der auf die Bodenwand 81a aufgeprallt
ist, in der Längsrichtung
(Richtung des Pfeils) der Vertiefung 81 zu der Mitte zusammengeführt.
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Somit
wird in der Endphase des Verdichtungshubs eine Masse des brennbaren
Gemischs in und oberhalb der Vertiefung 8 ausgebildet,
wie durch die Punkte in 7 ersichtlich ist. Insbesondere
ist die Zündkerze 6 angeordnet,
zu der Mitte in der Längsrichtung
der Vertiefung 81 gerichtet zu sein, und somit kann das
derart ausgebildete brennbare Gemisch vorteilhaft gezündet und
verbrannt werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann der in der Vertiefung 81 verdampfte
Kraftstoff zu der Nähe
der Zündkerze 6 zusammengeführt werden,
und somit kann das brennbare Gemisch sicherer gezündet und verbrannt
werden.
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In
der ersten und zweiten Ausführungsform sind
die Positionen der Zündkerze,
des Kraftstoffeinspritzers und der Vertiefung unabhängig von
den Positionen der Auslassöffnung
und der Einlassöffnung. Zum
Beispiel kann sich die Vertiefung zwischen der Einlassöffnung und
der Auslassöffnung
in einer Draufsicht erstrecken, und die Zündkerze und der Kraftstoffeinspritzer
können
geeignet für
diese Anordnung der Vertiefung angeordnet sein.
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8 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Unterschiede zwischen der ersten
und der dritten Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich eine
nutenartige Vertiefung 82, die auf der oberen Fläche des
Kolbens 52 ausgebildet ist, in einer Draufsicht zwischen
den Einlassöffnungen 1 und
der Auslassöffnung 2.
Außerdem
ist die Breite der Vertiefung 82 größer als die der Vertiefung 8 in
der ersten Ausführungsform.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
sind die Form und Ähnliches
der Einlassöffnung 8 so
konstruiert, dass eine in dem Einlasshub in den Zylinder eingebrachte
Einlassluft einen Taumelstrom erzeugt, der sich entlang der Seite
der Auslassöffnung
der Zylinderbohrung nach unten bewegt und entlang deren Seite der
Einlassöffnung
nach oben bewegt. Der Taumelstrom setzt sich in dem Verdichtungshub
fort. In der letzten Hälfte
des Verdichtungshubs betritt der Taumelstrom die Vertiefung 82 mit
dem Heben des Kolbens und dreht danach vertikal in der Vertiefung 82.
Die Vertiefung 82 in der vorliegenden Ausführungsform
weist eine Bodenwand auf, die in einer konkaven Form in ihrer Breitenrichtung
gekrümmt
ist, ähnlich
wie in der ersten Ausführungsform.
Die Form der Bodenwand funktioniert ebenfalls als Führung, um
die Drehung des Taumelstroms in der Vertiefung 82 zu erleichtern.
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Der
Kraftstoffeinspritzer 7 spritzt Kraftstoff derart in die
Vertiefung 82 ein, dass die Breitenrichtung des fächerförmigen Nebels
zu der Erstreckungsrichtung der Vertiefung 82 passt. Der
somit eingespritzte Kraftstoff dreht sich mit dem Taumelstrom, der
vertikal in der Vertiefung 82 dreht. Somit wird der Kraftstoff
ausreichend mit der Einlassluft in der Vertiefung gemischt, wird
verdampft, verteilt sich nicht zum Äußeren der Vertiefung, und bildet
ein brennbares Gemisch in der Nähe
der Zündkerze 6. Deswegen
kann das brennbare Gemisch mit Sicherheit gezündet und verbrannt werden und
eine gute schichtweise Ladungsverbrennung kann realisiert werden.
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9 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt. Unterschiede zwischen der zweiten und
der vierten Ausführungsform
werden erläutert wie
folgt. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Breite der nutenartigen Vertiefung 83, die auf
der oberen Fläche
des Kolbens 53 ausgebildet ist, größer als die der Vertiefung 81 in
der zweiten Ausführungsform,
und ihre Länge
ist kürzer
als die in der zweiten Ausführungsform.
Außerdem
mist die Vertiefung 83 auf dem Mittelabschnitt der oberen
Fläche
des Kolbens ausgebildet. In der funkengezündeten Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
betritt ebenfalls ein Taumelstrom die Vertiefung 83 in
der letzten Hälfte
des Verdichtungshubs und der Taumelstrom dreht vertikal in der Vertiefung 83 ähnlich wie
in der dritten Ausführungsform.
Der Taumelstrom, der vertikal in der Vertiefung 83 dreht,
und durch einen strich-punktierten Pfeil dargestellt ist, kann sich
ausreichend mit dem eingespritzten Kraftstoff wie der fächerförmige Nebel
mit der Einlassluft in der Vertiefung mischen, kann den Kraftstoff
verdampfen und kann die Verteilung des Kraftstoffs zu dem Äußeren der
Vertiefung verhindern. Somit kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung ähnlich zu
der dritten Ausführungsform
realisiert werden.
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10(A), 10(B), 10(C), 10(D),
und 10(D) sind jeweils eine (Q)-(Q) Schnittansicht
der 9 und zeigen verschiedene Schnittformen der Vertiefung 83 in
der vierten Ausführungsform.
Die verschiedenen Schnittformen der Vertiefung können auf alle Ausführungsformen
angewendet werden, die oben und im Folgenden erwähnt sind. 10(A) zeigt eine einfache rechteckige Schnittform. 10(B) zeigt eine rechteckige Schnittform, in der
die Seitenwände
und Bodenwände
gleichmäßig durch
kleine gebogene Flächen
verbunden sind.
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In
einer Schnittform der 10(C) ist
die Bodenwand eine bogenförmige
Fläche.
In einer Schnittform der 10(D) ist
die Bodenwand eine bogenförmige
Fläche
und beide Seitenwände
neigen sich zum Inneren der Vertiefung. Eine Schnittform der 10(E) weist zwei kleine vertikale Seitenwände und
eine bogenförmige
Bodenwandfläche
auf, deren Durchmesser größer ist
als ein Abstand zwischen den beiden Seitenwänden.
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11 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Unterschiede zwischen der
dritten und der fünften
Ausführungsform
werden erläutert wie
folgt. Die Form der Vertiefung 84 in der vorliegenden Ausführungsform
ist sehr ähnlich
zu der der Vertiefung 82 in der dritten Ausführungsform.
Jedoch prallt der von dem Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte fächerförmige Nebel
auf dem Endabschnitt in der Breitenrichtung der Bodenwand der Vertiefung 84 auf.
Außerdem
ist auf den Zylinderköpfen
eine Vertiefung 9, die sehr ähnlich zu der Vertiefung 84 ist,
ausgebildet, zu der Vertiefung 84 gerichtet zu sein, und die
Zündkerze 6 und
der Kraftstoffeinspritzer 7 sind in der Vertiefung 9 angeordnet.
In einer derartigen Konstruktion, wie aus 11 ersichtlich
ist, schreitet der fächerförmige Nebel 10 von
dem einen Endabschnitt der gekrümmten
Bodenwand der Vertiefung 84 zu deren anderen Endabschnitt
voran und wird danach nach oben gerichtet. Als Nächstes prallt der Nebel auf
dem Endabschnitt der gekrümmten
Bodenwand auf (die obere Wand), schreitet von dem Endabschnitt der
Bodenwand zu deren anderen Endabschnitt voran und wird danach nach
unten gerichtet.
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Somit
dreht in der Anfangsphase der Kraftstoffeinspritzung in der letzten
Hälfte
des Verdichtungshubs der eingespritzte Kraftstoff in einer ovalen Form
zwischen der Vertiefung 84 auf dem Kolben und der Vertiefung 9 auf
dem Zylinderkopf und wird allmählich
verdampft. In der Endphase des Verdichtungshubs werden die zwei
Vertiefungen 84 und 9 miteinander geschlossen
und das brennbare Gemisch, das in einer nahezu Kreisform zwischen
den zwei Vertiefungen dreht, wird erzeugt, wie aus Punkten in 12 ersichtlich
ist. Das brennbare Gemisch verteilt sich nicht zu dem Äußeren der
Vertiefung und ist jederzeit in Kontakt mit der Zündkerze 6,
die in der Vertiefung 9 auf dem Zylinderkopf angeordnet
ist. Somit wird das brennbare Gemisch sicher gezündet und verbrannt. Deswegen
kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung sogar realisiert
werden, falls der Taumelstrom nicht in dem Einlasshub erzeugt wird.
Die Erzeugung des Taumelstroms in dem Einlasshub erhöht sicherlich
den Ansaugwiderstand. Deswegen kann der Ladewirkungsgrad der Einlassluft
sogar verbessert werden, wenn der Taumelstrom nicht erzeugt wird.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann das Verbrennen von der Mitte des brennbaren Gemischs aus beginnen,
falls der Zündabstand
der Zündkerze 6 in
der Nähe
der Mitte des Kreisabschnitts positioniert ist, der durch die zwei
Vertiefungen 9 und 84 ausgebildet ist. Deswegen
wird die Geschwindigkeit der Verbrennung hoch und somit wird die
schichtweise Ladungsverbrennung vorteilhaft. Nebenbei kann die Form
der Vertiefung 84 auf der oberen Fläche des Kolbens nicht die gleiche
sein wie die der Vertiefung 9 auf dem Zylinderkopf. Zum
Beispiel kann die Tiefe der Vertiefung 9 auf dem Zylinderkopf ähnlich zu
der der Vertiefung 84 auf der oberen Fläche des Kolbens sein. Deswegen
dehnt sich nach dem Zünden
das brennbare Gemisch leicht in der Gesamtheit des Zylinders aus,
und somit kann die schichtweise Ladungsverbrennung vorteilhafter werden.
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13 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Unterschiede zwischen der dritten und sechsten
Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In dem Kolben 55 in der vorliegenden Ausführungsform
ist die obere Fläche
der Seite der Auslassöffnung
höher positioniert
als die der Seite der Einlassöffnung.
Deswegen wird eine Quetschfläche
zwischen der oberen Fläche
des Kolbens an der Seite der Auslassöffnung und dem Zylinderkopf
ausgebildet. Somit wird ein Quetschstrom in der Endphase des Verdichtungshubs
erzeugt und der Quetschstrom strömt
in die Vertiefung 85, die an der oberen Fläche des
Kolbens ausgebildet ist, von der Seite der Einlassöffnung,
wie durch einen strich-punktierten Pfeil dargestellt ist. Deswegen
wird der in dem Verdichtungshub in die Vertiefung 85 eingespritzte
Kraftstoff ausreichend mit der Einlassluft in der Vertiefung durch
den Quetschstrom gemischt. Somit ist das in der Vertiefung ausgebildete
brennbare Gemisch sicher in Kontakt mit der Zündkerze und kann gezündet und
verbrannt werden. Deswegen kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung
realisiert werden.
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14 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Unterschiede zwischen der
dritten und der siebenten Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Form der
nutenartigen Vertiefung 84, die an der oberen Fläche des
Kolbens ausgebildet ist, ähnlich
zu der der Vertiefung 82 in der dritten Ausführungsform.
Jedoch spritzt der Kraftstoffeinspritzer 7' zum Einspritzen von Kraftstoff
in die Vertiefung 84 zwei fächerförmige Nebel 10a und 10b ein.
Die zwei fächerförmigen Nebel 10a und 10b sind
nahezu parallel zueinander und jeder von diesen ist nahezu parallel
mit der Mittelachse des Kolbens. Außerdem prallt jeder der beiden
fächerförmigen Nebel
auf der Bodenwand der Vertiefung 84 auf, die in einer konkaven
Form derart gekrümmt
ist, dass jede Mittelebene in deren Dickenrichtung von der Mittelebene
in der Breitenrichtung der Vertiefung in den gegenüberliegenden
Seiten versetzt ist.
-
Somit
schreiten die beiden Nebel entlang der Bodenwand zu der Mitte in
der Breitenrichtung der Vertiefung 84 voran, prallen aneinander
auf und werden nach oben abgelenkt, nachdem die zwei Nebel auf die
Bodenwand der Vertiefung 84 aufgeprallt sind. Die fächerförmigen Nebel
betreten die Vertiefung in einem Zustand, in dem sie leicht verdampfen und
können
somit durch die von der Vertiefung empfangene Wärme ausreichend verdampfen,
wie oben erwähnt
wurde. Außerdem
beschleunigt das Aufprallen aufeinander die Atomisierung und somit
kann der eingespritzte Kraftstoff einfacher verdampfen. Deswegen
kann der gesamte eingespritzte Kraftstoff mit Sicherheit in der
Endphase des Verdichtungshubs verdampfen.
-
Die
zwei Nebel schreiten zu der Mitte in der Breitenrichtung der Vertiefung 84 zueinander
voran. Wie in der ersten Ausführungsform
erklärt
wurde, verteilt sich deswegen der verdampfte Kraftstoff in der Vertiefung 84 kaum
zu dem Äußeren in
der Breitenrichtung der Vertiefung 84. Eine gute schichtweise Ladungsverbrennung
kann durch die Verwendung des somit ausgebildeten brennbaren Gemischs
realisiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Verwendung
der zwei Nebel die Menge des eingespritzten Kraftstoffs pro Zeiteinheit
erhöhen, und
somit kann ein Maschinenbetriebsbereich, in dem die schichtweise
Ladungsverbrennung durchgeführt
werden kann, vorteilhafter zu der Seite der hohen Maschinendrehzahl
und der Seite der hohen Maschinenlast hin vergrößert werden.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
können
natürlich
die Mittelebenen in der Dickenrichtung der zwei fächerförmigen Nebel
perfekt parallel zueinander liegen und können perfekt parallel zu der
Mittelachse des Kolbens liegen. Falls jedoch jeder der Nebel in
die Vertiefung auf dem Kolben, der sich in einer relativ niedrigen
Position befindet, eintreten kann, können sie nicht perfekt parallel
zueinander liegen, können
nicht perfekt parallel zu der Mittelachse des Kolbens liegen, und
eine leichte Schräge
zwischen den Mittelebenen der zwei Nebel kann vorhanden sein.
-
15 ist
eine Schnittansicht des Kolbens 54' einer Modifikation der Vertiefung
in der siebenten Ausführungsform.
Die Vertiefung 84' in
dieser Modifikation weist keine Bodenwand auf und weist zwei Seitenwände auf,
die keilförmig
ausgebildet sind. Wie aus 15 ersichtlich
ist, prallen die zwei Nebel entsprechend auf den beiden Seitenwänden auf.
In einer derartigen Konstruktion prallt jeder der zwei Nebel auf
der Seitenwand in einem relativ kleinen spitzen Winkel auf, und
schreitet somit einfach zu der Mitte in der Breitenrichtung der
Vertiefung 84' voran. Deswegen verteilt
sich der verdampfte Kraftstoff in der Vertiefung 84' sehr geringfügig zu dem Äußeren in
der Breitenrichtung der Vertiefung 84'. Dies ist ein Vorteil, um eine
sichere Zündung
des Gemischs sicherzustellen, wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs
in der schichtweisen Ladungsverbrennung sehr klein ist.
-
Wenn
jedoch andererseits eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs in
der schichtweisen Ladungsverbrennung relativ groß wird, kann ein Teil des eingespritzten
Kraftstoffs in dem spitzen Ende der Keilform der Vertiefung 84' als flüssiger Kraftstoff
verbleiben. Der flüssige
Kraftstoff wird als unverbrannter Kraftstoff abgegeben und verschlechtert
die Abgasemissionen. 16 ist eine Schnittansicht des
Kolbens 54'' einer anderen
Modifikation der Vertiefung in der siebenten Ausführungsform.
Unterschiede zwischen der Vertiefung 84'' der
Modifikation und der Vertiefung 84 der siebenten Ausführungsform
sind wie folgt. Die Vertiefung 84'' weist
einen Vorsprung 54a'' auf, der sich
in die Längsrichtung
der Vertiefung 84'' bei der Mitte
der Breitenrichtung der Vertiefung 84'' erstreckt.
Die zwei Nebel prallen auf die Bodenwand der Vertiefung 84'' auf und schreiten entlang der
Bodenwand zu der Mitte der Breitenrichtung der Vertiefung 24'' voran. Der Vorsprung 54a'' wird, um die zwei Nebel, die entlang
der Bodenwand voranschreiten, sicher nach oben abzulenken und danach prallen
die zwei Nebel aufeinander auf. Deswegen verbleibt in der vorliegenden
Ausführungsform
kein flüssiger
Kraftstoff in der Vertiefung, sogar falls eine Menge des eingespritzten
Kraftstoffs groß wird.
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17 ist
eine Schnittansicht des Kolbens 54''' einer weiteren
Modifikation der Vertiefung in der siebenten Ausführungsform.
Unterschiede zwischen der Vertiefung 84''' der Modifikation
und der Vertiefung 84'' der 16 werden
erläutert
wie folgt. Jeder obere Abschnitt der Seitenwände der Vertiefung 84''' springt
zum Inneren der Vertiefung 84''' vor. In der Vertiefung
der vorliegenden Modifikation der siebenten Ausführungsform und der Modifikation
der 16 prallt jeder Nebel in einem großen spitzen Winkel
auf die Bodenwand auf. Deswegen kann ein Teil des Kraftstoffs in
dem Nebel in der Breitenrichtung zum Äußeren voranschreiten. In diesem
Fall springt gemäß der Vertiefung 84''' in
der vorliegenden Modifikation jeder obere Abschnitt der Seitenwände zum
Inneren der Vertiefung 84''' vor, und somit verteilt sich der
Teil des Kraftstoffs, der zu dem Äußeren in der Breitenrichtung
voranschreitet, nicht zu dem Äußeren der
Vertiefung und kann in der Vertiefung verbleiben.
-
18 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 19 ist
eine Draufsicht des Kolbens in 18. Die
Unterschiede zwischen der ersten und der achten Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform weist die nutenartige
Vertiefung, die auf der oberen Fläche des Kolbens 55 ausgebildet
ist, einen inneren Abschnitt 85a auf, der tief ist, und
einen äußeren Abschnitt 85b, der
seicht ist, und den inneren Abschnitt 85a umgibt. Das gesamte
Volumen des inneren Abschnitts 85a und des äußeren Abschnitts 85b ist
nahezu gleich wie das der Vertiefung in den oben erwähnten Ausführungsformen.
Jedoch ist das Volumen von nur dem inneren Abschnitt 85a kleiner
als das der Vertiefung in den oben erwähnten Ausführungsformen. Die Zündkerze 6 ist
zu dem inneren Abschnitt 85a gerichtet und liegt vorteilhaft
in der Mitte in der Längsrichtung
des inneren Abschnitts 85a. Außerdem weist der innere Abschnitt 85a der
Vertiefung die Bodenwand in einer konkaven Form in der Breitenrichtung der
Vertiefung gekrümmt
auf, ähnlich
zu der Vertiefung in der ersten Ausführungsform.
-
Der
fächerförmige Nebel 10,
der durch den Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzt wird,
prallt in dem inneren Abschnitt 85a der Vertiefung auf,
sogar wenn der Kolben sich in jeder Position befindet. Somit wird der
eingespritzte Kraftstoff, wenn eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs
in der schichtweisen Ladungsverbrennung klein ist, ein Gemisch,
das innerhalb und oberhalb des inneren Abschnitts 85a der Vertiefung
positioniert ist, und der eingespritzte Kraftstoff kann zu einem
relativ kleinen Volumen des Gemischs umgewandelt werden. Entsprechend
wird das Gemisch ein brennbares Gemisch und somit kann eine sichere
Zündung
sichergestellt werden.
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Wenn
nebenbei eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs in der schichtweisen
Ladungsverbrennung relativ groß wird,
ist die Endzeit der Kraftstoffeinspritzung spät. Deswegen wird in der letzten
Hälfte des
Zeitraums der Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoff zu dem Kolben
eingespritzt, der relativ hoch ist, das heißt, der von dem Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte
Kraftstoff prallt sofort auf den inneren Abschnitt 85a der
Vertiefung auf. Somit prallt der Kraftstoff mit einer relativ hohen
Geschwindigkeit auf den inneren Abschnitt 85a der Vertiefung
auf, und deswegen wird ein Teil des Kraftstoffs, der in den inneren Teil 52a eingespritzt
wird, gezwungen, daraus herauszuströmen und ein Teil des Kraftstoffs,
der auf den inneren Abschnitt 52a aufprallt, strömt ebenfalls aus
seiner eigenen Kraft daraus heraus. Entsprechend ist das innerhalb
und oberhalb von dem inneren Abschnitt 85a ausgebildete
Gemisch nicht zu fett sondern ein brennbares Gemisch. Nebenbei wird
der aus dem inneren Abschnitt 85a herausströmende Kraftstoff
ein brennbares Gemisch, das eine geeignete Konzentration innerhalb
und oberhalb des äußeren Abschnitts 85b aufweist.
Die zwei brennbaren Gemische werden tatsächlich eine Masse des brennbaren
Gemischs und können
somit vorteilhaft durch die Zündkerze 6 gezündet werden,
die zu dem inneren Abschnitt 85 gerichtet ist.
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Wenn
nebenbei eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs in der schichtweisen
Ladungsverbrennung relativ groß wird,
kann ein Kraftstoffeinspritzdruck des Kraftstoffeinspritzers 7 hoch
gemacht werden, um den Kraftstoffeinspritzzeitraum zu verkürzen. In
diesem Fall prallt der von dem Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte
Kraftstoff mit einer relativ hohen Geschwindigkeit auf den inneren
Abschnitt 85a der Vertiefung auf. Deswegen strömt ein Teil
des Kraftstoffs, der auf den inneren Abschnitt 52a aufprallt,
durch seine eigene Kraft daraus heraus und somit, wird ähnlich zu
dem oben erwähnten,
das brennbare Gemisch innerhalb und oberhalb des inneren Abschnitts 85a und
des äußeren Abschnitts 85b ausgebildet.
Das brennbare Gemisch kann vorteilhaft durch die Zündkerze 6 gezündet werden,
die zu dem inneren Abschnitt 85 gerichtet ist.
-
Somit
kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ähnlich zu
den oben erwähnten
Ausführungsformen
ein Maschinenbetriebsbereich, in dem die schichtweise Ladungsverbrennung
ausgeführt werden
kann, auf die Seite einer hohen Maschinendrehzahl und die Seite
einer hohen Maschinenlast hin vergrößert werden. Wenn außerdem eine Menge des
eingespritzten Kraftstoffs in der schichtweisen Ladungsverbrennung
klein ist, kann der Kraftstoff innerhalb des Abschnitts 85a auf
das kleine Volumen umgewandelt werden, und somit wird das ausgebildete
Gemisch nicht zu mager, sondern das brennbare Gemisch, und kann
sicher gezündet
werden.
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20 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist
die Vertiefung 86 ähnlich
zu der Vertiefung in der fünften
Ausführungsform,
die in 11 gezeigt ist, und ist auf
der oberen Fläche
des Kolbens 56 bereitgestellt. Jedoch ist keine Vertiefung
auf dem Zylinderkopf bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform
prallt der von dem Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte
fächerförmige Nebel 10 auf
den einen Endabschnitt in der Breitenrichtung der gekrümmten Bodenwand
der Vertiefung 86 auf, schreitet entlang der Bodenwand
zu dem anderen Endabschnitt voran und wird danach nach oben gerichtet.
Die Zündkerze 6 ist
vor dem nach oben gerichteten Kraftstoff angeordnet. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist unter Verwendung der Tatsache, dass der Kraftstoff in dem fächerförmigen Nebel
im Wesentlichen einfach zu verdampfen ist, beabsichtigt, dass der
Kraftstoff perfekt verdampft wird, um Wärme von der Vertiefung aufzunehmen,
während
er von einem Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt der Vertiefung 86 voranschreitet,
und in die Nähe
der Zündkerze 6 gerichtet
wird.
-
Deswegen
kann nahezu der gesamte von dem Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte
Kraftstoff verdampft werden und in die Nähe der Zündkerze 6 gerichtet
werden, sogar falls die Kraftstoffeinspritzung in der Anfangsphase
des Verdichtungshubs, in der Mittelphase des Verdichtungshubs oder
in der Endphase des Einlasshubs in einem bestimmten Fall beginnt.
Deswegen kann eine Masse des brennbaren Gemischs in der Nähe der Zündkerze 6 in
der Endphase des Verdichtungshubs ausgebildet sein. Somit kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ein Maschinenbetriebsbereich, in dem die schichtweise Ladungsverbrennung
ausgeführt
werden kann, auf die Seite der hohen Maschinengeschwindigkeit und
die Seite der hohen Maschinenlast hin vergrößert sein.
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21 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Unterschiede zwischen der fünften und der
zehnten Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die
nutenartige Vertiefung 87, die auf der oberen Fläche des
Kolbens 57 ausgebildet ist, auf die Seite der Auslassöffnung auf
der oberen Fläche
hin. Auf der Seite der Auslassöffnung
des Zylinderkopfs ist die Vertiefung 97, die zu der Vertiefung 87 gerichtet ist,
ausgebildet. Die Öffnung
der Auslassöffnung 2 ist in
der Vertiefung 97 ausgebildet.
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Die
Zündkerze 6 ist
in der Vertiefung 97 auf dem Zylinderkopf angeordnet und
zu der Vertiefung 87 auf dem Kolben gerichtet. Der Kraftstoffeinspritzer 7 ist
an der Seite der Auslassöffnung
des Umfangs des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet, und
spritzt Kraftstoff derart ein, dass der fächerförmige Nebel nahezu parallel
mit der Mittelachse des Kolbens ist. Der somit eingespritzte Kraftstoff
schreitet von dem Endabschnitt in der Breitenrichtung zu dem anderen
Endabschnitt auf der gekrümmten
Bodenwand der Vertiefung 87 voran und wird nach oben gerichtet.
Als Nächstes
prallt der Kraftstoff auf dem einen Endabschnitt in der Breitenrichtung
auf der Bodenwand (oberen Wand) der Vertiefung 97 des Zylinderkopfs
auf, schreitet von dem einen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt
auf der gekrümmten Bodenwand
voran und wird nach unten gerichtet.
-
Somit
dreht ähnlich
wie in der fünften
Ausführungsform
der eingespritzte Kraftstoff unter Verwendung der Vertiefung 87 in
dem Kolben in der Vertiefung 97 in dem Zylinderkopf in
einer ovalen Form und verdampft. Deswegen wird in der Endphase des Verdichtungshubs
ein brennbares Gemisch ausgebildet, das in dem Raum dreht, der durch
die zwei Vertiefungen ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform
ist der zwischen den zwei Vertiefungen drehende Kraftstoff in Berührung mit
dem Auslassventil 4, das eine hohe Temperatur aufweist,
nachdem es dem Abgas ausgesetzt war, und kann deswegen einfach verdampft
werden. Somit kann in Vergleich mit der fünften Ausführungsform eine größere Menge
von Kraftstoff in dem gleichen Zeitraum verdampft werden oder die
gleiche Menge von Kraftstoff kann in einem kürzeren Zeitraum verdampft werden, durch
die Endphase des Verdichtungshubs, und somit kann ein Maschinenbetriebsbereich,
in dem die schichtweise Ladungsverbrennung ausgeführt werden
kann, auf die Seite der hohen Maschinendrehzahl und die Seite der
hohen Maschinenlast hin vergrößert werden.
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22 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Unterschiede zwischen der zweiten
und der elften Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Zündkerze 6a in
der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet und die
zweite Zündkerze 6b ist
an der Seite der Einlassöffnung
des Umfangs des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet. Ähnlich zu
der Vertiefung in der zweiten Ausführungsform kreuzt die nutenartige
Vertiefung 87 nahezu die obere Fläche des Kolbens, um durch die Mitte
der oberen Fläche
des Kolbens zu treten und weist die Bodenfläche in einer konkaven Form
in der Längsrichtung
gekrümmt
auf. Ähnlich
zu der zweiten Ausführungsform
spritzt der Kraftstoffeinspritzer 7 den Kraftstoff derart
in die Vertiefung 87 ein, dass die Breitenrichtung des
fächerförmigen Nebels
der Ausdehnungsrichtung der Vertiefung 87 entspricht.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Taumelstrom nicht einfach erzeugt. Wenn jedoch die Einlassluft
von dem oberen Abschnitt des Zylinders in den Zylinder eingebracht
wird, wird notwendigerweise ein Taumelstrom erzeugt, der sich entlang der
Seite der Auslassöffnung
der Zylinderbohrung nach unten bewegt und entlang der Seite der
Einlassöffnung
von ihr nach oben bewegt. Falls der in dem Einlasshub erzeugte Taumelstrom
schwach ist, verschwindet der Taumelstrom vor dem Verdichtungshub,
in dem der Kraftstoff in der schichtweisen Ladungsverbrennung eingespritzt
wird. Deswegen kann ähnlich
zu der zweiten Ausführungsform
eine gute schichtweise Ladungsverbrennung unter Verwendung der ersten
Zündkerze 6 realisiert
werden, die in der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet ist.
-
Jedoch
ist in der vorliegenden Ausführungsform
beabsichtigt, dass ein Maschinenbetriebsbereich, in dem die schichtweise
Ladungsverbrennung ausgeführt
werden kann, auf die Seite einer hohen Maschinendrehzahl hin vergrößert wird.
Deswegen kann die Maschine unter Betriebszuständen einer hohen Maschinendrehzahl
betrieben werden. Zu dieser Zeit bewegt sich der Kolben mit hoher
Geschwindigkeit nach unten und somit wird die Geschwindigkeit der
von der Einlassöffnung 1 eingebrachten
Einlassluft hoch. Entsprechend wird der obige Taumelstrom stark.
Falls der starke Taumelstrom in dem Zylinder erzeugt wird, verschwindet
der Taumelstrom nicht und ist bei dem Ende des Verdichtungshubs vorhanden.
Der Taumelstrom erzeugt das brennbare Gemisch, das in der Nähe der ersten
Zündkerze 6a ausgebildet
wird, die in der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet ist, und
bewegt sich zu der Seite der Einlassöffnung. Insbesondere, wenn
eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs klein ist und eine Masse
des ausgebildeten brennbaren Gemischs klein ist, kann das brennbare
Gemisch den Kontakt mit der ersten Zündkerze 6a verlieren und
somit kann die erste Zündkerze 6a das
brennbare Gemisch nicht zünden.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
ist in der vorliegenden Ausführungsform
die Verwendung der ersten Zündkerze 6a und
der zweiten Zündkerze 6b auf
Basis eines in 23 gezeigten Kennfelds gesteuert.
In dem Kennfeld der 23 sind Bereiche (A), (B) und (C)
auf der Seite einer niedrigen Maschinenlast ein Maschinenbetriebsbereich,
in dem die schichtweise Ladungsverbrennung ausgeführt werden
kann, und Bereiche (D) und (E) auf der Seite einer hohen Maschinenlast
sind ein Maschinenbetriebsbereich, in dem eine gleichförmige Ladungsverbrennung
ausgeführt
werden kann. In dieser gleichförmigen
Ladungsverbrennung wird der Kraftstoff in den Einlasshub eingespritzt
und ein gleichförmiges
Ladungsgemisch wird zur Zündzeit
in dem Zylinder ausgebildet.
-
In
einem Bereich niedriger Maschinendrehzahl in der schichtweisen Ladungsverbrennung
wird der starke Taumelstrom nicht in dem Zylinder in dem Einlasshub
erzeugt. Deswegen kann in der niedrigen Maschinendrehzahl und im
niedrigen und mittleren Maschinenlastbereich (A), in dem eine Menge
des eingespritzten Kraftstoffs relativ klein ist, ähnlich zu den
Ausführungsformen,
wie oben erwähnt
wurde, das brennbare Gemisch durch die erste Zündkerze 6a gezündet werden,
die in der Nähe
der Mitte des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet ist. Direkt
nach dem Zünden
dehnt sich das brennbare Gemisch zu der Seite der Einlassöffnung hin
aus. Deswegen zündet
direkt, nachdem die erste Zündkerze 6a das
brennbare Gemisch gezündet
hat, die zweite Zündkerze 6b vorteilhaft
das ausgedehnte brennbare Gemisch, und somit kann die Geschwindigkeit
der Verbrennung hoch gemacht werden und die schichtweise Ladungsverbrennung
kann vorteilhafter gemacht werden.
-
Andererseits
wird in der mittleren und hohen Maschinendrehzahl und in dem niedrigem
Maschinenlastbereich (B), in dem eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs
relativ klein ist, der Taumelstrom in der Einlassluft stark und
somit bewegt sich das brennbare Gemisch wegen des Taumelstroms in
der Endphase des Verdichtungshubs zu der Seite der Einlassöffnung.
Entsprechend zündet
die zweite Zündkerze 6b,
die auf der Seite der Einlassöffnung des
Umfangs des oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet ist, das
brennbare Gemisch. Direkt nach dem Zünden dehnt sich das brennbare
Gemisch zu der Mittelseite des Zylinders aus. Deswegen kann direkt
nachdem die zweite Zündkerze 6b das
brennbare Gemisch gezündet
hat, falls die erste Zündkerze 6a das
ausgedehnte brennbare Gemisch zündet,
die Geschwindigkeit der Verbrennung hoch werden und die schichtweise
Ladungsverbrennung kann vorteilhafter gemacht werden.
-
Nebenbei
wird in dem Bereich (c) niedriger Maschinendrehzahl und hoher Maschinenlast
und mittlerer und hoher Maschinendrehzahl und mittlerer und hoher
Maschinenlast eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs relativ
groß,
und somit wird das in der Endphase des Verdichtungshubs ausgebildete brennbare
Gemisch relativ groß.
Deswegen ist das brennbare Gemisch in Berührung mit sowohl der ersten
Zündkerze 6a wie
auch der zweiten Zündkerze 6b,
obwohl, falls das brennbare Gemisch zu der Seite der Einlassöffnung durch
den Taumelstrom in der Endphase des Verdichtungshubs hinbewegt wird, oder
das brennbare Gemisch wegen des Verschwindens des Taumelstroms nicht
bewegt wird. Entsprechend wird das brennbare Gemisch sowohl durch
die erste Zündkerze 6a wie
auch durch die zweite Zündkerze 6b gezündet und
verbrannt. Somit kann die Geschwindigkeit der Verbrennung hoch gemacht werden,
und die schichtweise Ladungsverbrennung vorteilhafter gemacht werden,
falls das brennbare Gemisch bei den zwei Punkten gezündet wird.
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In
der gleichförmigen
Ladungsverbrennung verursacht die Seite der Einlassöffnung des
Zylinders, deren Temperatur in dem Bereich (D) niedriger Maschinendrehzahl
relativ niedrig ist, leicht ein Klopfen. Deswegen zündet die
erste Zündkerze 6a das gleichförmige Gemisch
und die zweite Zündkerze 6b zündet des
gleichförmige
Gemisch, bevor das Klopfen verursacht wird. Die erste Zündkerze 6a und
die zweite Zündkerze 6b können das
gleichförmige
Gemisch gleichzeitig zünden.
Nebenbei kann die erste Zündkerze 6a das
gleichförmige
Gemisch zünden und
danach die zweite Zündkerze 6b das
gleichförmige
Gemisch zünden.
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Andererseits
zündet
in dem Bereich (E) mittlerer und hoher Maschinendrehzahl die erste
Zündkerze 6a das
gleichförmige
Gemisch wie gewöhnlich. In
allen diesen Bereichen zeigt der Verbrauch elektrischen Stroms durch
die Batterie, falls sowohl die erste Zündkerze 6a wie auch
die zweite Zündkerze 6b betätigt werden.
Jedoch ist keine Zündkerzensteuerung
erforderlich, die in der Lage ist, das brennbare Gemisch wegen der
Bewegung des brennbaren Gemischs durch den Taumelstrom sicher zu
zünden.
-
24 zeigt
eine Modifikation der Vertiefung der vorliegenden Ausführungsform.
Die Bodenwand der Vertiefung 87', die auf dem Kolben 57' ausgebildet
ist, ist nicht gekrümmt
sondern ist flach. Nebenbei zeigt 25 eine
andere Modifikation der Vertiefung der vorliegenden Ausführungsform.
Der Mittelabschnitt in der Längsrichtung
der Vertiefung 87'', die auf dem
Kolben 57'' ausgebildet
ist, springt vor. Die Idee der vorliegenden Ausführungsform kann auf die funkengezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung angewendet werden, die die Vertiefung aufweist,
die in 24 oder 25 gezeigt
ist.
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26 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer
funkengezündeten Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 27 ist
eine Draufsicht des Kolbens der 26. Die
Unterschiede zwischen der sechsten und zwölften Ausführungsform werden erläutert wie
folgt. In der sechsten Ausführungsform
ist die Seite der Auslassöffnung
der oberen Fläche
des Kolbens höher
gemacht als die Seite von dessen Einlassöffnung, und somit wird ein
Quetschbereich zwischen den beiden Seiten der Auslassöffnung des Kolbens
und des Zylinderkopfs ausgebildet. Es ist beabsichtigt, dass der
durch den Quetschbereich erzeugte Quetschstrom in der Endphase des
Verdichtungshubs in die Vertiefung strömt, und der in die Vertiefung
eingespritzte Kraftstoff ausreichend durch den Quetschstrom mit
der Einlassluft in der Vertiefung gemischt wird. Jedoch kann der
Abstand zwischen den Seiten der Einlassöffnung des Kolbens und des
Zylinderkopfs nicht sehr groß gemacht
werden, und somit kann lediglich ein schwacher Quetschstrom zwischen
diesen erzeugt werden.
-
Falls
die zwei Quetschströme
in gegenüberliegende
Richtungen in die Vertiefung strömen,
kann das Ungleichgewicht der Stärke
der beiden Quetschströme
dafür sorgen,
dass ein Teil des brennbaren Gemischs aus der Vertiefung herausströmt, und
somit kann die schichtweise Ladungsverbrennung verschlechtert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform
sind steigende Abschnitte 58a und 58b, die sich
in die Längsrichtung
der nutartigen Vertiefung 88 erstrecken, auf der oberen
Fläche
des Kolbens 58 bei beiden angrenzenden Abschnitten in die Breitenrichtung
der Vertiefung 88 ausgebildet. Deswegen werden diese zwei
Quetschströme
durch die steigenden Abschnitte 58a und 58b nach
oben abgelenkt und strömen
somit nicht in die Vertiefung 88, sogar, falls zwei Quetschströme in gegenüberliegende Richtungen
zueinander an der Seite der Einlassöffnung und der Seite der Auslassöffnung erzeugt
werden, wie mittels Pfeilen in 26 gezeigt
ist. Deswegen strömt
das in der Vertiefung ausgebildete brennbare Gemisch nicht aus der
Vertiefung heraus und somit kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung
realisiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform weist die nutartige
Vertiefung 88 in einer Draufsicht eine Ellipsenform auf,
wie aus 27 ersichtlich ist. Jedoch kann
die Vertiefung in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweisen,
wie in den vorangehend erläuterten
Ausführungsformen
der Fall ist.
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28 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine Modifikation
der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der zwölften Ausführungsform zeigt. Die Unterschiede zwischen
der Modifikation und der zwölften
Ausführungsform
werden erläutert
wie folgt. Auf dem Mittelabschnitt in der Breitenrichtung der Vertiefung 88' in der Modifikation
ist ein Vorsprung 58c' ausgebildet, der
sich in die Längsrichtung
erstreckt. Der Kraftstoffeinspritzer 7 spritzt Kraftstoff
derart ein, dass der fächerförmige Nebel
auf dem oberen des Vorsprungs 58c' aufprallt. Vorteilhaft prallt
der fächerförmige Nebel,
der durch den Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzt wird,
immer auf dem oberen des Vorsprungs 58c' anstelle auf der Position des
Kolbens auf.
-
Der
somit eingespritzte Kraftstoff wird in der Breitenrichtung der Vertiefung 88' durch den Vorsprung 58c' in zwei Teile
unterteilt, wie aus 28 ersichtlich ist. Jeder der
geteilten zwei Teile schreitet entlang der gekrümmten Bodenwand der Vertiefung 88' zu dem äußeren in
der Breitenrichtung voran, und wird danach durch die Seitenwände der
Vertiefung 88' nach
oben abgelenkt. Der fächerförmige Nebel
ist im Wesentlichen einfach zu verdampfen. Jedoch enthält jeder
der geteilten zwei Teile in der Dickenrichtung eine kleinere Kraftstoffmenge
und ist somit einfacher durch die Wärme zu verdampfen, die von
der Vertiefung empfangen wird. Deswegen kann der gesamte eingespritzte
Kraftstoff mit Sicherheit in der Endphase des Verdichtungshubs verdampft werden, und
somit kann eine gute schichtweise Ladungsverbrennung realisiert
werden.
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29 ist
eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine andere Modifikation
der funkengezündeten
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der zwölften Ausführungsform zeigt. Die Unterschiede
zwischen der Modifikationen der zwölften Ausführungsform werden erläutert wie
folgt. Die steigenden Abschnitte 58a', die sich in der Längsrichtung
der nutartigen Vertiefung 88'' erstrecken,
die auf der oberen Fläche
des Kolbens 58'' ausgebildet
ist, sind nur an der Seite der Auslassöffnung des angrenzenden Abschnitts
in der Breitenrichtung der Vertiefung 88'' ausgebildet.
Außerdem
wird dafür
gesorgt, dass die Seite der Einlassöffnung der oberen Fläche des
Kolbens höher
gemacht wird als dessen Seite der Auslassöffnung, und somit wird der
starke Quetschstrom an der Seite der Einlassöffnung in der Endphase des Verdichtungshubs
erzeugt. Deswegen strömt
der an der Seite der Auslassöffnung
erzeugte Quetschstrom nicht durch den steigenden Abschnitt 58'' in die Vertiefung, sondern nur
der an der Seite der Einlassöffnung
erzeugte Quetschstrom strömt
in die Vertiefung. Somit strömen
beide der zwei Quetschströme, die
in gegenüberliegende
Richtungen zueinander strömen,
und ein Ungleichgewicht in der Stärke verursachen, nicht in die
Vertiefung, und ein Teil des brennbaren Gemischs strömt nicht
aus der Vertiefung heraus. Falls lediglich der Quetschstrom in die eine
Richtung in die Vertiefung strömt,
wie in der vorliegenden Modifikation, kann außerdem der in die Vertiefung
eingespritzte Kraftstoff unter Verwendung des Quetschstroms mit
der Einlassluft in der Vertiefung gemischt werden, und somit kann
eine gute schichtweise Ladungsverbrennung realisiert werden, wie
in der sechsten Ausführungsform
erläutert
wurde.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
funktioniert der steigende Abschnitt 58'',
um ein Ausströmen
des brennbaren Gemischs aus der Vertiefung zu verhindern, wenn der
an der Seite der Einlassöffnung erzeugte
Quetschstrom in die Vertiefung strömt. In der vorliegenden Modifikation
ist der steigende Abschnitt 58'' lediglich
an der Seite der Auslassöffnung der
angrenzenden Abschnitte in der Breitenrichtung der Vertiefung 88'' bereitgestellt. Jedoch kann der steigende
Abschnitt lediglich an der Seite der Einlassöffnung der angrenzenden Abschnitte
in der Breitenrichtung der Vertiefung 88'' bereitgestellt
sein.
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In
den oben erwähnten
Ausführungsformen kann
unter Zuständen
hoher Maschinendrehzahl und hoher Maschinenlast die gleichförmige Ladungsverbrennung
ausgeführt
werden, in der der Kraftstoff in dem Einlasshub eingespritzt wird
und das gleichförmige
Gemisch in dem Zylinder ausgebildet wird. Nebenbei kann in der Ausführungsform,
in der der fächerförmige Nebel
sich zwischen der Seite der Einlassöffnung und der Seite der Auslassöffnung erstreckt,
die in dem Einlasshub eingebrachte Einlassluft mit Sicherheit auf
den fächerförmigen Nebel
aufprallen und sich ausreichend mit dem Kraftstoff mischen. Somit
kann in einer gleichförmigen
Ladungsverbrennung ein ausreichend gemischtes gleichförmiges Gemisch
ausgebildet werden.
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Eine
funkengezündete
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ist offenbart. Die Maschine umfasst
einen Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff als Nebel
in nahezu der Form eines Fächers,
der eine relativ kleine Dicke aufweist, eine Zündkerze und eine an der oberen
Fläche
eines Kolbens ausgebildete Vertiefung. Die Vertiefung weist eine
lange und enge nutförmige
Form auf. Der Nebel wird durch den Kraftstoffeinspritzer derart
eingespritzt, dass der Nebel nahezu parallel mit der Mittelachse
des Kolbens liegt, und prallt in die Vertiefung auf. Die Zündkerze
ist in dem oberen Abschnitt des Zylinders angeordnet, um zu der
Vertiefung gerichtet zu sein.