DE602004013099T2

DE602004013099T2 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkt-Einspritzung

Info

Publication number: DE602004013099T2
Application number: DE602004013099T
Authority: DE
Inventors: Osamu Aoki; Hidefumi Fujimoto; Hiroyuki Yamashita; Masatoshi Seto; Hiroyuki Yoshida; Masahisa Yamakawa; Shoichi Aiga; Yoshitomo Matsuo; Noriyuki Ohta; Yoshihisa Nou; Akira Kageyama
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: EP1517017B1; DE602004013099D1; EP1517017A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf fremd- bzw. funkengezündete Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung. Insbesondere betrifft die Erfindung fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, die mit Brennstoffinjektoren bzw. Einspritzdüsen mit einer Vielzahl von Sprühlöchern bzw. Düsenlöchern in einer Einspritzdüse versehen sind.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Es gibt eine herkömmlicherweise bekannte fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die mit einer Zündkerze und einer Brennstoffeinspritzdüse zum direkten Zuführen von Brennstoff in eine Verbrennungskammer versehen ist, um eine Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen, indem eine Schichtladeverbrennung erzeugt wird, wie etwa US-4 974 565 . In dieser Art von Brennkraftmaschine, ist es notwendig, die Verdampfung und Zerstäubung des Brennstoffs zu beschleunigen, während die Zerstreuung des Brennstoffs minimiert wird, und einen Zustand aufrecht zu erhalten, unter dem eine zündfähige Mischung mit einem passenden Luft-Brennstoff-Verhältnis lokal um eine Elektrode der Zündkerze herum verteilt ist.
Eine der herkömmlichen Anordnungen zum Lösen derartiger Aufgaben ist zum Beispiel in der japanischen unveröffentlichten Patentveröffentlichung Nr. 2001-248443 offenbart. Gemäß der Anordnung dieser Patentveröffentlichung wird Brennstoff direkt in Richtung einer Elektrode der Zündkerze gesprüht, während ein Luftstrom nahe einem Brennstoffspray auf bzw. an deren Unterseite oder auf jeder ihrer seitlichen Seiten erzeugt wird, um die Ausbreitung des Brennstoffsprays zu verhindern. Die Anordnung dieser Patentveröffentlichung hat jedoch ein Problem, da der Brennstoff direkt gegen die Elektrode gesprüht wird, es wahrscheinlich ist, dass der Brennstoff an der Elektrode in der Form von Tröpfchen haftet, was zu einer Verschlechterung der Zündfähigkeit führt.
Eine andere herkömmliche Anordnung, die auf die fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung anwendbar ist, die eine Brennstoffeinspritzdüse mit einer Vielzahl von Sprühlöchern vorschlägt, ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2002-130082 gezeigt. (Auf diese Art von Brennstoffeinspritzdüse wird hier nachstehend als die Mehrloch-Einspritzdüse Bezug genommen.)
Die Erfinder haben durch eine intensive Untersuchung der Brennstoffeinspritzung herausgefunden, dass es möglich ist, eine zündfähige Mischung zu erzeugen, die sich um eine Elektrode einer Zündkerze sammelt, wobei die Mischung ein passendes Luft-Brennstoffverhältnis hat, während die Brennstoffhaftung an der Elektrode durch Verwendung einer Mehrloch-Einspritzdüse verhindert wird.
Basierend auf dieser Erkenntnis haben die Erfinder eine Verfahren zur Verwendung einer Mehrloch-Einspritzdüse erfunden, das Brennstoff durch eine Vielzahl von Sprühlöchern einspritzt, wobei ein richtig zerstäubter Brennstoffnebel erzeugt wird. Die Sprühlöcher dieser Einspritzdüse sind derart angeordnet, dass der Brennstoff an umgebende Bereiche der Elektrode und nicht direkt gegen die Elektrode gesprüht wird. Da die Mittelachse jedes der Brennstoffsprays, die aus den Sprühlöchern ausgespuckt werden, von der Elektrode der Zündkerze versetzt ist, ist es möglich, die Menge der Brennstofftröpfchen, die an der Elektrode haften, zu verringern.
Die Untersuchung der Brennstoffeinspritzung hat die Erfinder auch dazu geführt, herauszufinden, dass es durch Verwendung der Mehrloch-Einspritzdüse möglich ist, eine vorteilhafte Wirkung zu erzielen, die durch wechselseitige Interferenz bzw. Störung zwischen den Brennstoffsprays erzeugt wird, die von den einzelnen Sprühlöchern der Einspritzdüse ausgestoßen werden, wenn zwischen Winkeln der Brennstoffsprays, die durch die einzelnen Sprühlöcher gebildet werden, eine richtige Beziehung hergestellt wird.
Insbesondere hat die von den Erfindern durchgeführte Untersuchung gezeigt, dass der wechselseitige Interferenzeffekt der Brennstoffsprays erzeugt wird, wenn der Winkel zwischen den Achsen der benachbarten Sprühlöcher und der eingeschlossene Winkel jedes Brennstoffsprays (oder der Sprühwinkel) derart festgelegt bzw. gesetzt wird, dass die einzelnen Brennstoffsprays dicht aneinander kommen.
Insbesondere, wenn die Brennstoffsprays, die aus den einzelnen Sprühlöchern ausgespuckt werden, dichter aneinander gebracht werden, nimmt das Volumen an Luft, die in jedem Raum zwischen den benachbarten Brennstoffsprays gehalten wird, ab. In dieser Situation werden Luftmassen, die die einzelnen Brennstoffsprays umgeben, durch die Brennstoffsprays in einem kleineren Maß mitgerissen, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit Brennstoffsprays zunimmt.
Als eine Folge nimmt der Luftdruck in den Räumen zwischen den benachbarten Brennstoffsprays ab, und die einzelnen Brennstoffsprays werden dichter aneinander gezogen. Da die einzelnen Brennstoffsprays dichter aneinander kommen und auch, weil die Bewegungsgeschwindigkeit jedes Brennstoffsprays, wie vorstehend festgestellt, zunimmt, werden auf einer mittleren oder inneren Seite der Räume zwischen den benachbarten Brennstoffsprays fein zerstäubte dichtere (reichhaltigere) Mischungsmassen gebildet, während fein zerstäubte dünnere (magerere) Mischungsmassen auf einer Außenseite der Räume zwischen den benachbarten Brennstoffsprays gebildet werden. Es ist daher möglich, unter Verwendung der Mehrloch-Einspritzdüse die fein zerstäubten dichteren Mischungsmassen zu erzeugen, die sich um die Elektrode der Zündkerze sammeln, und dadurch eine verbesserte Zündfähigkeit zu erreichen.
Das von den Erfindern erfundene Verfahren soll die Zündfähigkeit nicht einfach durch Verwendung der Mehrloch-Einspritzdüse verbessern, sondern durch Ausnutzen des vorher erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekts, der erzeugt wird, wenn der Winkel zwischen den Achsen benachbarter Sprühlöcher und der Sprühwinkel richtig festgelegt sind.
Im Allgemeinen ist die fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung derart aufgebaut, dass sie nicht nur die vorher erwähnte Schichtladeverbrennung, sondern auch homogene Ladungsverbrennung erzeugt.
Wenn die Brennkraftmaschine mit homogener Ladungsverbrennung betrieben wird, muss sich die Mischung im Gegensatz zu dem Fall der Schichtladeverbrennung nicht in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze sammeln, sondern es ist wesentlich, eine homogene Mischung zu erzeugen, die gleichmäßig in einer ganzen Verbrennungskammer verteilt ist.
Ein Ansatz zur Erzeugung einer erfolgreichen homogenen Ladungsverbrennung unter Verwendung der Mehrloch-Einspritzdüse wäre, neben kerzenseitigen Sprühlöchern, die in Richtung der Umgebung der Elektrode der Zündkerze in einer Einspritzdüsenspitze gerichtet sind, kolbenseitige Sprühlöcher zu bilden, die in Richtung einer oberen Fläche eines Kolbens gerichtet sind, wobei die kolbenseitigen Sprühlöcher sich unterhalb der kerzenseitigen Sprühlöcher befinden, so dass die Mischung homogenisiert wird, wenn die Brennkraftmaschine mit homogener Ladungsverbrennung betrieben wird.
Wenn neben den kerzenseitigen Sprühlöchern die kolbenseitigen Sprühlöcher einfach in der Düsenspitze ausgebildet sind, würde jedoch der vorher erwähnte wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den kolbenseitigen Sprühlöchern und den kerzenseitigen Sprühlöchern auftreten. Dies würde ein Problem entstehen lassen, dass die Mischung nicht in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze gesammelt werden kann, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Insbesondere tritt dieses Problem wie folgt auf. Die von den kerzenseitigen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays werden aufgrund des wechselseitigen Interferenzeffekts in Richtung der Brennstoffsprays gesaugt, die von den kolbenseitigen Sprühlöchern ausgestoßen werden, so dass die von den kerzenseitigen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays von der Elektrode der Zündkerze weg gebracht werden. Daher können die Brennstoffsprays nicht in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze gesammelt werden, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorher erwähnten Probleme des Stands der Technik gemacht. Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bereitzustellen, die während der Ausführung einer homogenen Ladungsverbrennung eine gut homogenisierte Mischung in einer Verbrennungskammer erzeugen kann, während sie während der Ausführung der Schichtladeverbrennung eine gute Zündfähigkeit sicherstellt.
Um die vorher erwähnte Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
Gemäß der Erfindung umfasst eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung eine in der Brennkraftmaschine montierte Zündkerze, wobei eine Elektrode der Zündkerze sich in eine Verbrennungskammer erstreckt, die in einem Zylinder ausgebildet ist, einen Injektor bzw. eine Brennstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Brennstoff in die Verbrennungskammer, wobei eine Brennstoffeinspritzrichtung, in welcher die Brennstoffeinspritzdüse den Brennstoff einspritzt, in Richtung der Umgebung der Elektrode der Zündkerze gerichtet ist, und eine Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung bzw. Regelung zum Festlegen bzw. Setzen eines Brennstoffeinspritzpunkts der Brennstoffeinspritzdüse in einem Verdichtungstakt, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird, und in einem Ansaugtakt, wenn die Brennkraftmaschine mit homogener Ladungsverbrennung betrieben wird. Die Brennstoffeinspritzdüse hat ein Sprühloch bzw. Düsenloch auf der Elektrodenunterseite, dessen Achse in einen Bereich direkt auf bzw. an der Unterseite der Elektrode der Zündkerze gerichtet ist, und ein kolbenseitiges Sprühloch, dessen Achse von der Brennstoffeinspritzdüse in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen in einen Bereich weiter auf bzw. an der Unterseite des Bereichs gerichtet ist, auf den die Achse des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite gerichtet ist, wobei ein Brennstoffspray, das von jedem der Sprühlöcher ausgestoßen wird, einen Sprühwinkel hat. Das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das kolbenseitige Sprühloch sind derart angeordnet, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch größer als der Sprühwinkel des aus jedem der zwei Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
In dieser fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch größer als der Sprühwinkel des aus jedem der zwei Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird, bei der der Sprühwinkel des aus jedem der zwei Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs größer als in der homogenen Ladungsverbrennung wird. Folglich nimmt das Volumen von Luft, die in einem Raum zwischen Brennstoffsprays aufgenommen wird, die von den zwei Sprühlöchern ausgestoßen werden, zu, was es möglich macht, das Auftreten wechselseitiger Interferenz zwischen den aus den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays zu unterdrücken, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass das von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Achse des kolbenseitigen Sprühlochs gesaugt wird, und dadurch zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln.
Bevorzugt ist der Zylinder mit zwei Einlassventilen versehen, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse befindet sich zwischen den zwei Einlassventilen, und die vorstehend erwähnten zwei Sprühlöcher sind entlang einer Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile angeordnet.
Diese Struktur macht es auf die best mögliche Weise möglich, zu verhindern, dass die aus den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays die Einlassventile treffen.
Bevorzugt hat die Brennstoffeinspritzdüse eine Vielzahl von kolbenseitigen Sprühlöchern, die sich benachbart zueinander befinden, wobei die kolbenseitigen Sprühlöcher einzelne eigene Achsen haben und wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher benachbart zu dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite größer als der Winkel zwischen den Achsen der benachbarten kolbenseitigen Sprühlöcher ist.
In dieser Struktur ist der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher benachbart zu dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite größer als der Winkel zwischen den Achsen der benachbarten kolbenseitigen Sprühlöcher gemacht, so dass das Volumen von Luft, die in einem Raum zwischen den Brennstoffsprays aufgenommen wird, welche von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und jedem benachbarten kolbenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, zunimmt, was es möglich macht, das Auftreten der wechselseitigen Interferenz zwischen den von den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays zu unterdrücken, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass das aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Achse des benachbarten kolbenseitigen Sprühlochs gesaugt wird, und dadurch zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln. Wenn die Brennkraftmaschine andererseits mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird, ist es möglich, eine Mischung zu erzeugen, die gleichmäßig in der gesamten Verbrennungskammer verteilt ist, da der Brennstoff aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und den mehreren kolbenseitigen Löchern gesprüht wird. Dies macht es möglich, die verbesserte Homogenisierung der Mischung in der Verbrennungskammer zu erreichen.
In einem Merkmal der Erfindung sollte der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher bevorzugt zumindest 25° groß gemacht werden.
Die Erfinder haben wiederholte Experimente ausgeführt, um zu bestimmen, ob die wechselseitige Interferenz zwischen den Brennstoffsprays in verschiedenen Winkeln zwischen den Achsen benachbarter Sprühwinkel unter spezifizierten Bedingungen stattfindet. Ergebnisse der Experimente haben gezeigt, dass die wechselseitige Interferenz in einer zuverlässigen Weise unterdrückt werden kann, wenn der Winkel zwischen den Achsen der Sprühlöcher auf 25° oder größer festgelegt wird. Da der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher in der vorstehend erwähnten Struktur zumindest 25° groß gemacht wird, ist es möglich, die wechselseitige Interferenz zwischen den Brennstoffsprays, die aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher ausgestoßen wird, zuverlässig zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass das von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Achse des benachbarten kolbenseitigen Sprühlochs gesaugt wird, und dadurch zerstäubte Mischungsmassen in der Nachbarschaft der Elektrode der Zündkerze zu sammeln.
In einem anderen Merkmal der Erfindung hat die Brennstoffeinspritzdüse ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse in die Brennstoffeinspitzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze befindet, wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch größer als der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ist. Um die Zündfähigkeit der Mischung durch Sammeln der Mischungsmassen in der Nachbarschaft der Elektrode der Zündkerze in der Schichtladeverbrennung zu verbessern, wird bevorzugt, neben dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite, das auf den Bereich direkt auf der Unterseite der Elektrode gerichtet ist, das elektrodenseitige Sprühloch zu bilden, das auf den Bereich gerichtet ist, der sich auf einer Querseite der Elektrode der Zündkerze in der Brennstoffeinspritzdüse befindet.
Da es erwünscht ist, die wechselseitige Interferenz, die zwischen den benachbarten Brennstoffsprays auftritt, sicher zu nutzen, um die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird, ist es notwendig, das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das elektrodenseitige Sprühloch in einer derartigen Weise anzuordnen, dass der vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenzeffekt erzielt wird, während das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und jedes kolbenseitige Sprühloch bevorzugt in einer derartigen Weise angeordnet sein sollten, dass der wechselseitige Interferenzeffekt nicht zwischen den Brennstoffsprays auftritt, die von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden.
Gemäß der vorstehend erwähnten Struktur der Erfindung ist der Winkel zwischen den Achsen des elektrodenseitigen Sprühlochs und des kolbenseitigen Sprühlochs der Brennstoffeinspritzdüse größer gemacht als der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch, so dass das Volumen der Luft, die in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays aufgenommen wird, welche von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und jedem benachbarten kolbenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, zunimmt, was es möglich macht, das Auftreten der wechselseitigen Interferenz zwischen den Brennstoffsprays, die von den zwei Sprühlöchern ausgestoßen werden, zu unterdrücken, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass das aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Achse des benachbarten kolbenseitigen Sprühlochs gesaugt wird, und dadurch zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln.
In der vorstehend erwähnten Struktur ist der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch klein gemacht, so dass die wechselseitige Interferenz zwischen den aus diesen zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays auftritt. Dies macht es möglich, zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine mit der Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Wenn die Brennkraftmaschine andererseits mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird, ist es möglich, eine in der gesamten Verbrennungskammer gleichmäßig verteilte Mischung zu erzeugen, weil der Brennstoff von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und den mehreren kolbenseitigen Sprühlöchern gesprüht wird. Dies macht es möglich, die verbesserte Homogenisierung der Mischung in der Verbrennungskammer zu erreichen.
Bevorzugt umfasst die vorstehend erwähnte fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der Erfindung ferner eine Brennstoffdrucksteuerung bzw. Regelung zum Festlegen bzw. Setzen des Drucks, der auf den an die Brennstoffeinspritzdüse zugeführten Brennstoff angewendet wird, auf einen Pegel, der für die Schichtladeverbrennung geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird. In dieser fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung sind das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das elektrodenseitige Sprühloch derart angeordnet, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch gleich oder kleiner als der Sprühwinkel des jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffs ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
In der derart strukturierten fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch gleich oder kleiner als der Sprühwinkel des aus jedem dieser Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird, so dass Volumen von Luft, die in einem Raum zwischen Brennstoffsprays aufgenommen wird, welche von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, abnimmt. Dies macht es möglich, wechselseitige Interferenzen zwischen den Brennstoffsprays, die von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, zu erzeugen und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Bevorzugt umfasst die vorstehend erwähnte fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der Erfindung ferner ein Brennstoffdruckregelmodul, das den Druck, der auf den an die Brennstoffeinspritzdüse zugeführten Brennstoff angewendet wird, auf einen Pegel reguliert, der höher als ein Brennstoffdruck, der beim Kaltstart der Brennkraftmaschine angelegt wird, ist, wenn die Brennkraftmaschine in einem warmen Betriebszustand ist, wobei die Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung bzw. Regelung den Brennstoffeinspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse auf einen Punkt festlegt, der für die homogene Ladungsverbrennung geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine in einem kalten Betriebszustand ist, in dem die Brennkraftmaschinentemperatur niedriger als ein spezifizierter Pegel ist, und auf einen Punkt, der für die Schichtladeverbrennung in zumindest einem Mittel- bzw. Teillastbereich geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem die Brennkraftmaschinentemperatur gleich oder höher als der spezifizierte Pegel ist, und wobei die Brennstoffeinspritzdüse ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch hat, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze befindet. In dieser fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung sind das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das elektrodenseitige Sprühloch derart angeordnet, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und des elektrodenseitigen Sprühlochs gleich oder kleiner als der Sprühwinkel des Brennstoffs wird, der jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch unter dem von dem Brennstoffdruckregelmodul regulierten Druck ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem der Brennstoffeinspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse auf einen Punkt festgelegt ist, der für die Schichtladeverbrennung geeignet ist, und so dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und des elektrodenseitigen Sprühlochs größer als der Sprühwinkel des Brennstoffs wird, der jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch unter dem von dem Brennstoffdruckregelmodul regulierten Druck ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist.
In der auf diese Weise strukturierten fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch der Brennstoffeinspritzdüse gleich oder kleiner dem Sprühwinkel des Brennstoffs, der von jedem dieser Sprühlöcher ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem der Brennstoffdruck und der Zylinderinnendruck hoch sind und der Sprühwinkel dazu neigt, größer zu werden. Daher nimmt das Volumen von Luft, die in einem Raum zwischen den Brennstoffsprays aufgenommen wird, die von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, ab, so dass der vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays zur Geltung kommt. Dies dient dazu, die verbesserte Zündfähigkeit der Mischung bereitzustellen, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist.
Wenn die Brennkraftmaschine andererseits in dem kalten Betriebszustand ist, in dem sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck niedrig sind und der Sprühwinkel dazu neigt, größer zu werden, wird der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch der Brennstoffeinspritzdüse größer als der Sprühwinkel des Brennstoffs, der aus jedem dieser Sprühlöcher ausgestoßen wird. Daher nimmt das Volumen von Luft, die in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays aufgenommen wird, die von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, zu, was es möglich macht, den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, die Verschlechterung der Zündfähigkeit aufgrund des Haftens einer Menge der feinen Mischungströpfchen an der Elektrode der Zündkerze zu unterdrücken, wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist.
Bevorzugt ist der Zylinder mit zwei Einlassventilen versehen, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse befindet sich zwischen den zwei Einlassventilen, und das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite befindet sich außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile, während das elektrodenseitige Sprühloch sich entlang einer Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen innerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile befindet.
Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass die zwei Sprühlöcher sich außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile befinden, so dass die aus den Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays nicht die Einlassventile treffen würden. In der vorstehend erwähnten Struktur der Erfindung befindet sich das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite zwischen den zwei Sprühlöchern außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile. Es ist daher möglich, Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, während verhindert wird, dass das Brennstoffspray, das zumindest von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßen wird, die Einlassventile trifft.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sollte der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch in einem Bereich von 15° bis 25° festgelegt sein.
Die Erfinder haben durch eine intensive Untersuchung der Brennstoffeinspritzung herausgefunden, dass es möglich ist, den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays richtig zu erzeugen, während verhindert wird, dass der wechselseitige Interferenzeffekt übermäßig stark wird, wenn der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch innerhalb des Bereichs von 15° bis 25° festgelegt wird. Wenn der Winkel zwischen den Achsen der zwei Sprühlöcher zu klein ist, ist das Luftvolumen, das in dem Raum zwischen den von den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays aufgenommen wird, klein. In diesem Fall wirkt der wechselseitige Interferenzeffekt in einem hohen Maß auf die benachbarten Brennstoffsprays, und dies entwickelt sich zu einem Problem, dass die Brennstoffsprays an der Umgebung der Elektrode der Zündkerze vorbeiziehen und nicht in der Umgebung der Elektrode gesammelt werden können. Wenn im Gegensatz dazu der Winkel zwischen den Achsen der zwei Sprühlöcher zu groß ist, sind die Brennstoffspray so weit voneinander getrennt, dass der wechselseitige Interferenzeffekt nicht erzeugt werden kann.
Die Erfinder haben aus einer Analyse experimenteller Ergebnisse festgestellt, dass derartige Probleme nicht auftreten, wenn der Winkel zwischen den Achsen der zwei Sprühlöcher innerhalb des Bereichs von 15° bis 25° festgelegt wird. In der vorstehend erwähnten Struktur der Erfindung ist der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch innerhalb dieses Bereichs von 15° bis 25° festgelegt, so dass es möglich ist, einen passenden Grad an wechselseitiger Interferenz zwischen den von den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays zu erzeugen und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, während verhindert wird, dass der wechselseitige Interferenzeffekt übermäßig stark wird.
In einem anderen Merkmal der Erfindung sollte der Abstand von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch zu der Elektrode der Zündkerze jeweils bevorzugt auf eine Größe von mindestens 20 mm festgelegt werden.
Die Erfinder haben durch intensive Untersuchungen herausgefunden, dass ein von Sprühlöchern ausgestoßener Brennstoffnebel sich allmählich in einer im Allgemeinen kegelförmigen bzw. konischen Form ausbreitet, während der Brennstoffnebel sich von jedem Sprühloch weg bewegt und die vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenz zwischen benachbarten Brennstoffsprays auftritt, wenn ihre konischen Außenflächen nahe aneinander kommen. Die Erfinder haben aus einer Analyse experimenteller Ergebnisse festgestellt, dass die wechselseitige Interferenz zwischen den benachbarten Brennstoffsprays in einem Abstand von 20 mm oder mehr von den Sprühlöchern auftritt. In der vorstehend erwähnten Struktur der Erfindung ist der Abstand von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch zu der Elektrode der Zündkerze jeweils auf eine Größe von mindestens 20 mm festgelegt, so dass es möglich ist, die wechselseitige Interferenz zwischen den aus den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays zu erzeugen und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern.
Bevorzugt ist der Zylinder mit zwei Einlassventilen versehen, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse befindet sich an einem Umfangsteil der Verbrennungskammer zwischen den zwei Einlassventilen, die Achse des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite der Brennstoffeinsritzdüse, die auf bzw. an den Bereich direkt auf der Unterseite der Elektrode der Zündkerze ausgerichtet ist, befindet sich von der Brennstoffeinspritzdüse in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile, wobei die Brennstoffeinspritzdüse ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch hat, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze innerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile befindet, wobei die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs sich in einem Mittelteil des Ansaugtakts, während welchem der Hub der Einlassventile zunimmt, über bzw. oberhalb von schirmartigen oberen Flächen der Einlassventile befindet und die Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung den Brennstoffeinspritzpunkt in dem Mittelteil des Ansaugtakts festlegt bzw. setzt, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
In dieser Struktur befindet sich die Achse des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite außerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile, die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs befindet sich im Mittelteil des Ansaugtakts über schirmartigen oberen Flächen der Einlassventile, und der Brennstoffeinspritzpunkt ist in dem Mittelteil des Ansaugtakts festlegt, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass der aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite ausgestoßene Brennstoff die Einlassventile trifft, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird. Da das elektrodenseitige Sprühloch den Brennstoff in dem Mittelteil des Ansaugtakts ausstößt, wenn die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs sich über den schirmartigen oberen Flächen der Einlassventile befindet, ist es auch möglich, zu verhindern, dass der von dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßene Brennstoff die Ansaugventile trifft, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
Da der Brennstoff außerdem in dem Mittelteil das Ansaugtakts eingespritzt wird, wenn die Ansaugluft mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit angesaugt wird, erlaubt die vorstehend erwähnte Struktur ein effektives Mischen des Brennstoffs und der Ansaugluft und ferner die Homogenisierung der Mischung. Es ist daher möglich, eine verbesserte homogene Mischung zu erzeugen, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird. Da außerdem zerstäubte Brennstoffmassen, die aus dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßen werden, dazu gebracht werden, sich in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln, ist es möglich, die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
Noch weiter bevorzugt hat die Brennstoffeinspritzdüse zwei elektrodenseitige Sprühlöcher, deren Achsen auf Bereiche gerichtet sind, die sich auf bzw. an beiden Querseiten der Elektrode der Zündkerze befinden, und das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und die zwei elektrodenseitigen Sprühlöcher befinden sich im Allgemeinen an Spitzen eines Dreiecks, das die Elektrode der Zündkerze umschließt und in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf eine Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse zentriert ist.
In dieser Struktur ist die Elektrode der Zündkerze von Brennstoffsprays umschlossen, die von den drei Sprühlöchern ausgestoßen werden, so dass es möglich ist, ausreichend zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze zu sammeln und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
In einem anderen Merkmal der Erfindung sollte der Winkel zwischen den Achsen der zwei elektrodenseitigen Sprühlöcher bevorzugt größer als der Winkel zwischen den Achsen jedes der elektrodenseitigen Sprühlöcher und des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite gemacht werden.
In dieser Struktur tritt keine wechselseitige Interferenz zwischen den von den zwei elektrodenseitigen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays auf. Da diese Brennstoffsprays nicht durch den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt aufeinander zu gesaugt werden, wird die Elektrode der Zündkerze nicht durch Brennstofftröpfchen benetzt, und dies dient dazu, die Zündfähigkeit der Mischung sicherzustellen.
Noch weiter bevorzugt ist ein oberer Teil einer äußeren Grenzfläche eines von dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffsprays im Allgemeinen parallel zu einem einlassventilseitigen Abschnitt einer Decke der Verbrennungskammer.
In dieser Struktur ist der obere Teil der äußeren Grenzfläche eines von dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffsprays im Allgemeinen parallel zu dem einlassventilseitigen Abschnitt der Decke der Verbrennungskammer, es ist möglich, zu verhindern, dass das von dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßene Brennstoffspray die Decke der Verbrennungskammer trifft.
Noch weiter bevorzugt ist der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch in einem Bereich von 15° bis 25° festgelegt.
Da der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch in dieser Struktur in dem Bereich von 15° bis 25° festgelegt ist, ist es möglich, einen passenden Grad an wechselseitiger Interferenz zwischen den von den zwei Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays zu erzeugen und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung zu verbessern, während verhindert wird, dass der wechselseitige Interferenzeffekt übermäßig stark wird.
Noch weiter bevorzugt befindet sich die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs über einer oberen Fläche des Kolbens, wenn der Kolben von der Brennstoffeinspritzdüse in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen an einer oberen Totpunktposition in dem Ansaugtakt ist.
Da die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs sich in dieser Struktur über einer oberen Fläche des Kolbens befindet, wenn der Brennstoff in dem Ansaugtakt eingespritzt wird, ist es möglich zu verhindern, dass das aus dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßene Brennstoffspray die obere Fläche des Kolbens trifft.
Es wird aus den vorstehend zusammengefassten Merkmalen der Erfindung erkannt, dass die fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der Erfindung die verbesserte Homogenisierung der Mischung zulässt, während sie die gute Zündfähigkeit mit Hilfe der wechselseitigen Interferenz zwischen den Brennstoffsprays sicherstellt, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das allgemein die Struktur der fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist ein vertikales Querschnittdiagramm, das einen Teil eines Zylinderkopfs und einen der Zylinder der Brennkraftmaschine von 1 zeigt;
3 ist ein allgemeines Aufbaudiagramm eines Brennstoffzuführungssystems von 1;
4A ist ein Diagramm, das ein Brennstoffeinspritzkennfeld im warmen Zustand zeigt, das verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem warmen Betriebszustand ist;
4B ist ein Diagramm, das ein Brennstoffeinspritzkennfeld im kalten Zustand zeigt, das verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem kalten Betriebszustand ist;
5A ist ein Diagramm, das ein Brennstoffdruckkennfeld im warmen Zustand zeigt, das verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem warmen Betriebszustand ist;
5B ist ein Diagramm, das ein Brennstoffdruckkennfeld im kalten Zustand zeigt, das verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem kalten Betriebszustand ist;
6 ist ein perspektivisches Diagramm, das zeigt, wie Brennstoff aus einer Brennstoffeinspritzdüse der ersten Ausführungsform gespritzt wird;
7 ist ein Diagramm, das schematisch dreidimensionale Neigungswinkel der Achsen von einzelnen Sprühlöchern in Bezug auf eine Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse entlang der Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse in Richtung der Brennstoffsprührichtung gesehen zeigt;
8A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern der Brennstoffeinspritzdüse der ersten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist;
8B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern der Brennstoffeinspritzdüse der ersten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher beim kalten Starten der Brennkraftmaschine;
9A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der von den ersten und fünften Spraylöchern ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und fünften Sprühlöcher, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist;
9B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der von den ersten und fünften Spraylöchern ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und fünften Sprühlöcher beim kalten Starten der Brennkraftmaschine;
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das zeigt, wie ein Brennstoffnebel innerhalb eines Brennstoffsprays verteilt ist;
11A ist ein Diagramm, das zeigt, wie der Sprühwinkel des Brennstoffsprays definiert ist;
11B ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Durchdringung des Brennstoffsprays definiert ist;
12 ist ein Querschnittdiagramm, das einen Teil eines Zylinderkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 ist eine Draufsicht des Zylinderkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
14A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern einer Brennstoffeinspritzdüse der zweiten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist;
14B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern der Brennstoffeinspritzdüse der zweiten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher beim kalten Starten der Brennkraftmaschine;
15 ist ein vertikales Querschnittdiagramm, das einen Teil eines Zylinderkopfs und einen der Zylinder mit einem Kolben gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt, der sich an einem unteren Totpunkt befindet; und
16 ist ein Diagramm entlang der Pfeile A-A von 15.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Spezifische Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das allgemein die Struktur der fremdgezündeten Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Brennkraftmaschine 1 dieser Ausführungsform ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine. Insbesondere umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen Zylinderblock 3 mit vier Zylindern 2, die in einer Linie (von denen in 1 nur einer gezeigt ist) angeordnet sind, einen Zylinderkopf 4, der auf der Oberseite des Zylinderblocks 3 befestigt ist, und Kolben 5, die beweglich nach oben und unten in den einzelnen Zylindern 2 eingepasst sind. In jedem der Zylinder 2 ist eine Verbrennungskammer 6 zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinderkopf 4 ausgebildet. Wie in einer vergrößerten Ansicht von 2 gezeigt, ist die Verbrennungskammer 6 eine so genannte Pultdach-Verbrennungskammer, deren oberes Ende (Decke) wie das Dach eines Hauses mit einem Paar entgegengesetzt geneigter Oberflächen geformt ist. Diese Form der Pultdach-Verbrennungskammer 6 wird durch Bilden eines Paars von geneigten Oberflächen gefertigt, die sich etwa von einem Mittelteil der Decke der Verbrennungskammer 6 etwa zu einer unteren Endfläche des Zylinderkopfs 4 erstrecken. Andererseits gibt es eine drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 in dem Zylinderblock 3 unter den Kolben 5, die durch Verbindungsstangen 8 einzeln mit der Kurbelwelle 7 verbunden sind.
In dem Zylinderkopf 4 sind jeweils zwei Einlasskanäle 10 und Auslasskanäle 11 (von denen in 1 und 2 jeweils einer gezeigt ist) für jeden Zylinder 2 ausgebildet. Ein Ende jedes der Einlasskanäle 10 öffnet sich durch eine der geneigten Flächen, die die Decke der Verbrennungskammer 6 bilden, in die Verbrennungskammer 6, während entgegengesetzte Endabschnitte der Einlasskanäle 10 sich von der Verbrennungskammer 6 durch den Zylinderkopf 4 schräg nach oben erstrecken und einzeln zu einer Seitenfläche (wie in 1 und 2 dargestellt, die rechte Seite) der Brennkraftmaschine 1 hin öffnen. An den inneren Enden der Einlasskanäle 10, die sich in die Verbrennungskammer 6 öffnen, sind zwei Einlassventile 12 eingepasst (von denen in 1 und 2 nur eines gezeigt ist), die betätigt werden, um die einzelnen Einlasskanäle 10 mit einer spezifischen Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen. Ein Ende jedes der Auslasskanäle 11 öffnet sich durch die andere der geneigten Flächen, die die Decke der Verbrennungskammer 6 bilden, in die Verbrennungskammer 6, während entgegengesetzte Endabschnitte der Auslasskanäle 11 sich auf halbem Weg in dem Zylinderkopf 4 zu einem einzigen Kanal vereinigen, der sich im Allgemeinen horizontal erstreckt und sich zu der entgegengesetzten Seitenfläche (wie in 1 und 2 dargestellt, die linke Seite) der Brennkraftmaschine 1 hin öffnet. An den inneren Enden der Auslasskanäle 11, die sich in die Verbrennungskammer 6 öffnen, sind Auslassventile 13 eingepasst (von denen in 1 und 2 nur eines gezeigt ist), die betätigt werden, um die einzelnen Auslasskanäle 11 mit einer spezifischen Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Einlasskanal 30 mit der Seitenfläche der Brennkraftmaschine 1 verbunden, wo jeder Einlasskanal 10 sich öffnet. Mit den Einlasskanälen 10 jedes Zylinders 2 verbunden führt der Einlasskanal 30 von einem (nicht gezeigten) Luftreiniger bzw. Luftfilter gefilterte Ansaugluft in jede Verbrennungskammer 6 der Brennkraftmaschine 1 zu. Es ist bereitgestellt: ein Hitzdraht-Luftmassenmesser 31 zum Erfassen der Menge an Ansaugluft, die in die Brennkraftmaschine 1 eingesaugt wird, ein elektrisch betätigtes Drosselventil 32 zum Regulieren der Menge an Ansaugluft, die durch den Einlasskanal 30 angesaugt wird, indem sie beschränkt wird, und ein Ausgleichsbehälter 33 entlang des Einlasskanals 30 von seiner stromaufwärtigen Seite zu seiner stromabwärtigen Seite. Das elektrisch betätigte Drosselventil 32 ist nicht mechanisch mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden, sondern wird angetrieben durch einen (nicht gezeigten) elektrischen Antriebsmotor dazu gebracht, sich zu öffnen und zu schließen.
Der Einlasskanal 30 verzeigt stromabwärtig von dem Ausgleichsbehälter 33 in unabhängige Durchgänge, um Luft an die einzelnen Zylinder 2 zuzuführen, und jeder der unabhängigen Durchgänge verzweigt an seinem stromabwärtigen Endabschnitt weiter in zwei getrennte Kanäle, die mit den zwei Einlasskanälen 10 verbunden sind.
Eine Zündkerze 16 ist etwa in der Mitte der Decke jeder Verbrennungskammer 6 eingebaut, dass sie von insgesamt vier Einlass- und Auslassventilen 12, 13 umgeben ist. Eine Elektrode der Zündkerze 16 an ihrem äußersten unteren Ende erstreckt sich um einen spezifischen Abstand von der Decke der Verbrennungskammer 6 in die Verbrennungskammer 6. Obere Enden der einzelnen Zündkerzen 16 sind elektrisch mit einer Zündschaltung 17 verbunden, die mit einer spezifischen Zeitsteuerung einen elektrischen Strom an die Zündkerze 16 jedes Zylinders 2 zuführt.
An einem Umfangsteil der Verbrennungskammer 6 in jedem Zylinder 2 zwischen und unter den zwei Einlasskanälen 10 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 18 zum Einspritzen von Brennstoff direkt in die Verbrennungskammer 6 bereitgestellt. Diese Brennstoffeinspritzdüse 18 ist eine Mehrloch-Brennstoffeinspritzdüse mit mehreren Sprühlöchern (8 Sprühlöchern in dieser Ausführungsform), die in einer Düsenspitze ausgebildet sind. Die Brennstoffsprührichtungen dieser Sprühlöcher sind derart bestimmt, dass von einigen der Sprühlöcher ausgestoßene Brennstoffsprays in Richtung der Umgebung der Elektrode der Zündkerze 16 ausgerichtet sind, während Brennstoffsprays, die von dem Rest der Sprühlöcher ausgestoßen werden, auf Bereiche über einer oberen Fläche des Kolbens 5 gerichtet sind.
Stromaufwärtige Enden der einzelnen Einspritzdüsen 18 sind mit einem gemeinsamen Brennstoffverteilungsrohr 19 verbunden, durch das unter Druck stehender Brennstoff von einem Brennstoffzuführungssystem 20 an die einzelnen Zylinder 2 verteilt wird. Das Brennstoffzuführungssystem 20 ist strukturiert, wie in 3 gezeigt, und umfasst zum Beispiel eine Brennstoffzuführungsleitung 22, die das Brennstoffverteilungsrohr 19 mit einem Brennstofftank 21 verbindet. Das Brennstoffzuführungssystem 20 umfasst ferner eine Niederdruck-Brennstoffpumpe 23, einen Niederdruck-Regler 24, ein Brennstofffilter 25, eine Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 und einen Hochdruckregler 27, die in dieser Reihenfolge entlang der Brennstoffzuführungsleitung 22 von ihrer stromaufwärtigen Seite zu ihrer stromabwärtigen Seite eingebaut sind. Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 kann den Druck des Brennstoffs regulieren, der an das Brennstoffverteilungsrohr 19 zugeführt wird. Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 und der Hochdruck-Regler 27 sind durch eine Brennstoffrückführungsleitung 29, in die ein Niederdruckregler 28 zum Regulieren des Drucks des in den Brennstofftank 21 zurück geführten Brennstoffs eingebaut ist, mit dem Brennstofftank 21 verbunden.
Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 ist an ein Ende einer Nockenwelle (nicht gezeigt) angepasst und wird angetrieben, wenn sich die Nockenwelle dreht.
Mit dem auf diese Weise aufgebauten Brennstoffzuführungssystem 20 wird der von der Niederdruck-Brennstoffpumpe 23 aus dem Brennstofftank 21 angehobene Brennstoff durch das Brennstofffilter 25 an die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 zugeführt, wobei der Brennstoffdruck durch den Niederdruckregler 24 reguliert wird. Dann wird ein Teil des durch die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 weiter unter Druck gesetzten Brennstoffs durch die Brennstoffrückführungsleitung 29 an den Niederdruck-Regler 24 zurückgeführt, wobei der Durchsatz des Brennstoffflusses von dem Hochdruckregler 27 reguliert wird, so dass der Druck des an das Brennstoffverteilungsrohr 19 zugeführten Brennstoffs innerhalb eines richtigen Druckbereichs, z. B. 12 MPa bis 20 MPa, gehalten wird.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Abgasdurchgang 36 zum Ableiten von bereits verbranntem Gas (Abgas) aus den Verbrennungskammern 6 mit der Seitenfläche der Brennkraftmaschine 1 verbunden, wo sich jeder Auslasskanal 11 öffnet. Ein stromaufwärtiger Endabschnitt des Abgasdurchgangs 36 ist derart strukturiert, dass er einen Abgaskrümmer 37 bildet, der mit den Auslasskanälen 11 der einzelnen Zylinder 2 verbindet. An einem Vereinigungsteil des Abgaskrümmers 37, wo seine verzweigten Abschnitte sich vereinigen, ist ein linearer O₂-Sensor 38 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas angeordnet. Der lineare O₂-Sensor 38 wird verwendet, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis basierend auf der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine derart gesteuert, dass die Brennkraftmaschinen-Ausgangsleistung innerhalb eines spezifischen Bereichs des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, einschließlich des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses, linear mit der Sauerstoffkonzentration variiert.
Ein stromaufwärtiges Ende eines Abgasrohrs 39 ist mit dem Vereinigungsteil des Abgaskrümmers 37 verbunden, und ein Drei-Wege-Katalysator 54 und ein NOx-Absorber 40 zum Absorbieren von Stickstoffoxiden (NOx) sind in das Abgasrohr 39 von seiner stromaufwärtigen Seite zu seiner stromabwärtigen Seite eingebaut. Der NOx-Absorber 40 ist vom NOx-Absorptions-/Reduktionstyp, der NOx unter Bedingungen absorbiert, bei denen die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und der absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abnimmt, so dass abgegebenes NOx durch die Reduktion von Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), die in dem Abgas enthalten sind, gereinigt wird.
Erneut Bezug nehmend auf 1 ist mit der Nummer 50 ein elektronisches Steuergerät (ESG) zum Steuern der Zündschaltung 17, der Brennstoffeinspritzdüsen 18, des Hochdruckreglers 27 des Brennstoffzurührungssystems 20, des elektrisch betätigten Drosselventils 32, eines Ansaugluft-Durchsatzsteuerventils (nicht gezeigt) bezeichnet und eines Abgasrückführungs(AGR-)Ventils (nicht gezeigt). Um das ESG 50 in die Lage zu versetzen, diesen Steuerbetrieb durchzuführen, werden zumindest Ausgangssignale von einem Kurbelwinkelsensor 9 zum Erfassen des Drehwinkels der Kurbelwelle 7 (oder Drehzahl der Brennkraftmaschine), des Luftmassenmessers 31 und des linearer O₂-Sensors 38 in das ESG 50 eingegeben. Außerdem wird ein Ausgangssignal von einem Gaspedalpositionssensor 51 zum Erfassen der Position (oder des Druckdrückbetrags) des Gaspedals in das ESG 50 eingegeben.
Basierend auf den von diesen Sensoren eingespeisten Signalen, steuert das ESG 50 den Brennstoffeinspritzzeitablauf der einzelnen Brennstoffeinspritzdüsen 18, den von dem Hochdruckregler 27 regulierten Brennstoffdruck und die Verbrennungsbedingungen, die durch die Brennstoffeinspritzdüsen 18, die Zündschaltung 17 und den Hochdruckregler 27 bestimmt sind.
Brennstoffeinspritzsteuerung
Die Brennstoffeinspritzung wird basierend auf Brennstoffeinspritzkennfeldern gesteuert, die entsprechend der Temperatur der Brennkraftmaschine selektiv verwendet werden. Insbesondere wählt das ESG 50 ein in 4A gezeigtes Brennstoffeinspritzkennfeld in einem warmen Betriebszustand aus, in dem die Temperatur der Brennkraftmaschine gleich oder höher als eine spezifizierte Höhe (z. B. 80°C) ist, und wählt ein 4B gezeigtes Brennstoffeinspritzkennfeld in einem kalten Betriebszustand aus, in dem die Temperatur der Brennkraftmaschine niedriger als die spezifizierte Höhe ist.
Wenn das Brennstoffeinspritzkennfeld im warmen Betriebszustand ausgewählt wird und die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand in einem Niederlast-Niederdrehzahlbereich ist, wird die Brennkraftmaschine, wie in 4A gezeigt, in einem Schichtladeverbrennungsbereich betrieben. In dem Schichtladeverbrennungsbereich steuert das ESG 50 die Brennstoffeinspritzdüsen 18 in einer derartigen Weise, dass jede Brennstoffeinspritzdüse 18 den Brennstoff an einem spezifischen Brennstoffeinspritzpunkt in einem Verdichtungstakt einspritzt, so dass die Brennkraftmaschine eine Schichtladeverbrennung erzeugt, in der eine aus fetteren und magereren Brennstoff-Luft-Mischungsschichten gebildete Schichtladung lokal in der Umgebung der Zündkerze 16 verteilt ist und in jedem Zylinder 2 verbrannt wird. Wenn die Brennkraftmaschine von einem Typ ist, der eine einmalige Einspritzung durchführt, in der der Brennstoff zu einem Zeitpunkt in jedem Verbrennungstakt eingespritzt wird, steuert das ESG 50 die Brennkraftmaschine derart, dass die Brennstoffeinspritzdüse 18 den Brennstoff zum Beispiel vor dem oberen Totpunkt (Vor-OT) in dem Verdichtungstakt innerhalb eines Kurbelwinkels von 0° bis 60° einspritzt. In diesem Schichtladeverbrennungsbereich werden die Menge des eingespritzten Brennstoffs und die Drosselöffnung derart gesteuert, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis in jedem Zylinder 2 höher als das stöchiometrische Luft-Brennstoffverhältnis wird, um eine magere Mischung zu erzeugen.
Die Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen in anderen Bereichen als der Schichtladeverbrennung gehören zu einem homogenen Ladungsverbrennungsbereich, in dem das ESG 50 die Brennstoffeinspritzdüsen 18 in einer derartigen Weise steuert, dass jede Brennstoffeinspritzdüse 18 den Brennstoff in jedem aufeinander folgenden Ansaugtakt derart einspritzt, dass der Brennstoff ausreichend mit Ansaugluft vermischt wird, wodurch eine homogene Ladung erzeugt und in jeder Verbrennungskammer 6 verbrannt wird. In diesem Fall werden die Menge des eingespritzten Brennstoffs und die Drosselöffnung derart gesteuert, dass das Luft-Brennstoffverhältnis etwa gleich dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis (L/B ≈ 14,7) wird, um im größten Teil des homogenen Verbrennungsbereichs eine ideale Brennstoff-Luft-Mischung in jedem Zylinder 2 zu erzeugen, außer unter Volllastbetriebsbedingungen, bei denen die Brennkraftmaschine derart gesteuert wird, dass das Luft-Brennstoff- Verhältnis niedriger als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis (z. B. L/B = 13) wird, um eine fette Mischung zu erzeugen und dadurch eine hohe Maschinenausgangsleistung zu erzeugen, die einer hohen Maschinenlast entspricht.
Wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist und das Brennstoffeinspritzkennfeld im kalten Betriebszustand ausgewählt wird, erzeugt die Brennkraftmaschine, wie in 4B gezeigt, in allen Betriebsbereichen eine homogene Ladungsverbrennung (homogener Ladungsverbrennungsbereich).
Brennstoffdrucksteuerung
Der Brennstoffdruck wird basierend auf Brennstoffdruckkennfeldern gesteuert, die entsprechend der Temperatur der Brennkraftmaschine selektiv verwendet werden. Insbesondere wählt das ESG 50 ein in 5A gezeigtes Brennstoffdruckkennfeld in dem warmen Betriebszustand aus, in dem die Temperatur der Brennkraftmaschine gleich oder höher als die spezifizierte Höhe (z. B. 80°C) ist, und wählt ein 5B gezeigtes Brennstoffdruckkennfeld in dem kalten Betriebszustand aus, in dem die Temperatur der Brennkraftmaschine niedriger als die spezifizierte Höhe ist.
Wenn das Brennstoffdruckkennfeld im warmen Betriebszustand ausgewählt wird und die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand in dem Schichtladeverbrennungsbereich ist, wird der Brennstoffdruck von 12 MPA bis 20 MPa variiert, während die Maschinendrehzahl, wie in 5A gezeigt, zunimmt. Zumindest wenn die Brennkraftmaschine andererseits auf einer Hochdrehzahlseite des homogenen Ladungsverbrennungsbereichs ist, wird der Brennstoffdruck, wie in 5A gezeigt, konstant auf 20 MPa gehalten.
Wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebzustand ist und das Brennstoffdruckkennfeld im kalten Betriebszustand ausgewählt wird, wird der Brennstoffdruck in allen Betriebsbereichen (homogener Ladungsverbrennungsbereich) konstant auf 20 MPa gehalten, wobei die Brennkraftmaschine, wie in 5B gezeigt mit homogener Ladungsverbrennung betrieben wird.
Wie bereits erwähnt, wird die Hochdruck-Brennstoffpumpe 26 von der sich drehenden Nockenwelle angetrieben. Folglich nimmt der Brennstoffdruck während einer Zeitspanne des Startens der Brennkraftmaschine, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Nockenwelle niedrig ist, nicht ausreichend zu, sondern bleibt zum Beispiel bei etwa 0,5 MPa.
Nun Bezug nehmend auf 2, 6 und 7 wird die Anordnung der 8 Sprühlöcher der Mehrloch-Einspritzdüse 18, die ein Hauptmerkmal der Erfindung bildet, beschrieben.
6 ist ein perspektivisches Diagramm, das zeigt, wie der Brennstoff aus den Sprühlöchern der Mehrloch-Brennstoffeinspritzdüse 18 gesprüht wird, und 7 ist ein Diagramm, das schematisch entlang der Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse 18 in ihrer Brennstoffeinspritzrichtung gesehen dreidimensionale Neigungswinkel von Achsen der einzelnen Sprühlöcher in Bezug auf eine Längsachse der Mehrloch-Brennstoffeinspritzdüse 18 zeigt.
Bezug nehmend auf 7 zeigt "L" die Längsachse der Mehrloch-Brennstoffeinspritzdüse 18 an, "V" zeigt maximale Hubpositionen der Einlassventile 12 an (in einem Fall in dem der maximale Hub jedes Einlassventils 12 zum Beispiel 9 mm ist), "P1" zeigt die Position des Kolbens 5 an seinem oberen Totpunkt an, "P2" zeigt die Position des Kolbens 5 an seinem unteren Totpunkt an, "L1 bis "L8" zeigen die Achsen der einzelnen Sprühlöcher an (die Sprühlöcher selbst sind nicht angezeigt) an, "A1" bis "A8" stellen Sprühwinkel von einzelnen Sprühkegeln dar, die von dem Brennstoff gebildet werden, der aus den ersten bis achten Sprühlöchern der Brennstoffeinspritzdüse 18 ausgestoßen wird, und "E" zeigt die Elektrode der Zündkerze 16 an.
Die Sprühlöcher der Brennstoffeinspritzdüse 18 dieser Ausführungsform haben einen gemeinsamen Durchmesser, der zum Beispiel auf 0,15 mm festgelegt ist.
Wie in 7 dargestellt, ist durch "L1" die Achse des Sprühlochs angezeigt, das auf einen Bereich auf der Unterseite der Elektrode ausgerichtet ist, durch "L2" und "L3" sind die Achsen der Sprühlöcher angezeigt, die einzeln auf Bereiche gerichtet sind, die sich auf beiden Querseiten der Elektrode befinden, und durch "L5" ist die Achse des Sprühlochs angezeigt, das auf einen Bereich gerichtet ist, der sich auf der Kolbenseite befindet.
Die Achsen L1 bis L8 der ersten bis achten Sprühlöcher haben die folgenden Neigungen in Bezug auf die Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18, die maximale Hubposition V jedes Einlassventils 12, die obere Totpunktposition P1 des Kolbens 5, die untere Totpunktposition P2 des Kolbens 5 und die Elektrode E der Zündkerze 16.
Das erste Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L1 des ersten Sprühlochs auf eine spezifische Position unter der Elektrode E der Zündkerze 16 in einem schrägen Winkel zu der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 ausgerichtet ist. Die Achse L1 des ersten Sprühlochs und der Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A1 befinden sich zwischen den maximalen Hubpositionen V der zwei Einlassventile 12, das heißt außerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile 12.
Das zweite Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L2 des zweiten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf einer Seite (linke Seite wie dargestellt) der Elektrode E in einem schrägen Winkel zu der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 ausgerichtet ist. Das dritte Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L3 des dritten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der entgegengesetzten Seite (rechte Seite wie dargestellt) der Elektrode E in einem schrägen Winkel zu der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 ausgerichtet ist.
Die Achse L2 des zweiten Sprühlochs, der Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A2, die Achse L3 des dritten Sprühlochs und der Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A3 befinden sich innerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12, der durch deren maximale Hubpositionen V definiert ist.
Relative Positionen und Neigungen der ersten bis dritten Sprühlöcher sind wie folgt angeordnet. Das erste Sprühloch öffnet sich derart, dass seine Achse L1 auf den Bereich gerichtet ist, der sich direkt unter der Elektrode E der Zündkerze 16 befindet. Die zweiten und dritten Sprühlöcher öffnen sich derart, dass ihre Achsen L2, L3 auf Bereiche gerichtet sind, die sich auf beiden Seiten der Achse L1 symmetrisch auf den linken und rechten Seiten befinden. Daher ist der Winkel zwischen den Achsen L2 und L3 der zweiten und dritten Sprühlöcher größer als der Winkel zwischen den Achsen L1 und L2 (oder L3) der ersten und zweiten (oder dritten) Sprühlöcher.
Das vierte Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L4 des vierten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der Kolbenseite (Unterseite wie dargestellt) der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 über der unteren Totpunktposition P2 des Kolbens 5 (linke Seite wie dargestellt) ausgerichtet ist.
Das fünfte Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L5 des fünften Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der Kolbenseite (Unterseite wie dargestellt) der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 über der unteren Totpunktposition P2 des Kolbens 5 (mittlere Position wie dargestellt) ausgerichtet ist.
Das sechste Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L6 des sechsten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der Kolbenseite (Unterseite wie dargestellt) der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 über der unteren Totpunktposition P2 des Kolbens 5 (rechte Seite wie dargestellt) ausgerichtet ist.
Das siebte Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L7 des siebten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der Kolbenseite (Unterseite wie dargestellt) der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 unter der unteren Totpunktposition P2 des Kolbens 5 (linke Seite wie dargestellt) ausgerichtet ist.
Das achte Sprühloch ist derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L8 des achten Sprühlochs auf eine spezifische Position auf der Kolbenseite (Unterseite wie dargestellt) der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 unter der unteren Totpunktposition P2 des Kolbens 5 (rechte Seite wie dargestellt) ausgerichtet ist.
Die Achsen L3 bis L8 der dritten bis achten Sprühlöcher und die Sprühkegel mit den Sprühwinkeln A3 bis A8 befinden sich außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12.
Die von den 8 Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays bilden zusammen eine Gruppe von Brennstoffnebelströmen, die von einem Kegel umspannt werden, dessen Spitze auf der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 mit einem Schnittfächerwinkel von 70° oder weniger liegt. 6 zeigt ein Beispiel der Brennstoffspraygruppe, die von der Brennstoffeinspritzdüse 18 gebildet wird, deren Sprühlochkonstruktion und Sprühwinkel wie vorstehend erklärt bestimmt sind.
Wie so weit diskutiert, sind die Achsen L1 bis L3 der ersten bis dritten Sprühlöcher derart angeordnet, dass die aus diesen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays auf die Bereiche unterhalb und auf beiden Querseiten der Elektrode der Zündkerze 16 gerichtet sind. Mit dieser Geometrie der Sprühlöcher ist es möglich, zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode zu sammeln und dadurch die Zündfähigkeit der Mischung in der Schichtladeverbrennung zu erhöhen.
Da außerdem die Achsen L4 bis L8 der vierten bis achten Sprühlöcher auf der Kolbenseite der Achse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 positioniert sind, ist es möglich, eine Mischung zu erzeugen, die in der gesamten Verbrennungskammer 6 gleichmäßig verteilt ist. Dies dient dazu, die Homogenität der Mischung sicherzustellen, wenn die Brennkraftmaschine 1 mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
Die Achsen L1 und L4 bis L8 der ersten und vierten bis achten Sprühlöcher befinden sich außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12. Da die meisten der Sprühlöcher sich außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12 befinden, ist es trotz der Mehrlochkonstruktion der Brennstoffeinspritzdüse 18 möglich, zu verhindern, dass die von diesen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays die Einlassventile 12 treffen.
Die Achsen L1 bis L3 der ersten bis dritten Sprühlöcher in der Brennstoffeinspritzdüse 18, die auf die Bereiche in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze 16 gerichtet sind, müssen die folgenden geometrischen Anforderungen erfüllen.
Während einer Zeitspanne, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung in dem warmen Betriebszustand betrieben wird, ist es notwendig, den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt zwischen den einzelnen Brennstoffsprays zu erzeugen, um die zerstäubten Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode der Zündkerze 16 zu sammeln. Wenn der wechselseitige Interferenzeffekt jedoch während des Startens der kalten Brennkraftmaschine auftritt, haften dichte Mischungströpfchen an der Elektrode der Zündkerze 16, was eine Verschlechterung der Anlassleistung der Brennkraftmaschine bewirkt, so dass eine andere Anforderung ist, das Auftreten des wechselseitigen Interferenzeffekts beim Starten der kalten Brennkraftmaschine zu verhindern.
Der wechselseitige Interferenzeffekt, der zwischen den Brennstoffsprays auftritt, wird durch den Sprühwinkel α eines Brennstoffsprays beeinflusst, das dem Einfluss des Brennstoffdrucks und des Zylinderinnendrucks unterworfen ist. Ein Nebel aus Brennstoff, der in einen Zylinder eingespritzt wird, verdampft als ein Ergebnis der Reibung zwischen Brennstofftröpfchen und Luft in dem Zylinder, die stattfindet, wenn der Brennstoff in den Zylinder eingespritzt wird und der verdampfte Brennstoff sich nach außen ausbreitet, so dass der Sprühwinkel α mit dem Ablauf der Zeit nach der Einspritzung zunimmt. Diese Zunahme des Sprühwinkels α oder der Ausbreitung des Brennstoffsprays wird mit Zunahmen des Brennstoffdrucks und des Zylinderinnendrucks aufgrund zunehmender Reibungskräfte größer.
Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung in dem warmen Betriebszustand betrieben wird, wird der Brennstoffdruck auf einen hohen Pegel festgelegt, der für die Schichtladeverbrennung geeignet ist, und der Brennstoffeinspritzpunkt wird in dem Verdichtungstakt derart festgelegt bzw. gesetzt, dass der Zylinderinnendruck an dem Brennstoffeinspritzpunkt hoch ist. Da sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck in dieser Situation hoch sind, ist der Sprühwinkel α groß, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist.
Während einer Zeitspanne, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen (nicht geschichteten) Ladungsverbrennung in dem kalten Betriebszustand betrieben wird und insbesondere beim Starten der kalten Brennkraftmaschine nimmt der Brennstoffdruck andererseits mit etwas Verzögerung bei der Betätigung der motorgetriebenen Hochdruck-Brennstoffpumpe zu. Folglich bleibt der Brennstoffdruck für eine Weile nach dem Starten der Brennkraftmaschine auf einem niedrigen Pegel und der Zylinderinnendruck ist an dem Brennstoffeinspritzpunkt niedrig, da der Brennstoffeinspritzpunkt innerhalb des Ansaugtakts festgelegt ist. Folglich sind sowohl der Brennstoffdruck als auch der Innenzylinderdruck niedrig, und der Sprühwinkel α ist klein.
Unter derartigen Bedingungen sind die Achsen L1 bis L3 der ersten bis dritten Sprühlöcher, die auf die umgebenden Bereiche der Elektrode der Zündkerze 16 gerichtet sind, derart angeordnet, dass die folgende Beziehung zwischen dem Sprühwinkel α des aus diesen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffs und dem Winkel θ zwischen den benachbarten Achsen der Sprühlöcher hergestellt wird.
Die Brennstoffeinspritzdüse 18 dieser Ausführungsform ist derart strukturiert, dass der Winkel θ zwischen den Achsen der benachbarten Sprühlöcher in einen Bereich von 15° bis 25° (z. B. 20°) fällt, während der Sprühwinkel α mit Änderungen des Brennstoffdrucks und des Zylinderinnendrucks variiert und folglich die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel α und dem Winkel θ entsprechend variiert.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 12 MPa ist und der Zylinderinnendruck 1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung in dem warmen Betriebszustand betrieben wird, nimmt der Sprühwinkel α1 des aus jedem der ersten bis dritten Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs zu, und der Sprühwinkel α1 wird, wie in 8A gezeigt, größer als der Winkel θ1 zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher.
Als eine Folge kommen die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α1, die von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, ebenso wie die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α1, die von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, näher aneinander. In dieser Situation tritt der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays und zwischen den von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays auf. Dieser wechselseitige Interferenzeffekt bewirkt, dass das von dem ersten Sprühloch ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Brennstoffsprays gesaugt wird, die von den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden. Da die Achsen L2 und L3 der zweiten und dritten Sprühlöcher in Bezug auf die Achse L1 des ersten Sprühlochs symmetrisch gelegen sind, werden die von den ersten bis dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays näher an die Elektrode der Zündkerze 16 gebracht. Ein Grund, warum der Sprühwinkel α1 sich in dem warmen Betriebszustand vergrößert, ist dass sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck hoch sind, so dass die Reibung zwischen Brennstofftröpfchen und Luft in dem Zylinder 2 groß ist und der verdampfte Brennstoff sich nach außen ausbreitet, wenn die Brennkraftmaschine warm ist.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 0,5 MPa ist und der Zylinderinnendruck 0,1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine beim Starten der kalten Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird, nimmt der Sprühwinkel α2 des aus jedem der ersten bis dritten Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs ab, und der Sprühwinkel α2 wird, wie in 8B gezeigt, kleiner als der Winkel θ1 zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher.
Als eine Folge werden die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α2, die von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, ebenso wie die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α2, die von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, voneinander getrennt. In dieser Situation tritt der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays oder zwischen den von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays nicht auf. Ein Grund, warum der Sprühwinkel α2 beim Starten der kalten Brennkraftmaschine abnimmt, ist dass sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck niedrig sind, so dass die Reibung zwischen Brennstofftröpfchen und Luft in dem Zylinder 2 klein ist und der verdampfte Brennstoff sich nicht so stark nach außen ausbreitet, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist.
Die Achse L5 des fünften Sprühlochs in der Brennstoffeinspritzdüse 18, die sich unter der Achse L1 des ersten Sprühlochs befindet, muss die folgenden geometrischen Anforderungen in Bezug auf die Achse L1 des ersten Sprühlochs erfüllen.
Um die Zündfähigkeit in dem Schichtladeverbrennungsbereich sicherzustellen, ist es notwendig, dass die Achse L1 des ersten Sprühlochs auf einen Bereich nahe an der Elektrode E der Zündkerze 16 gerichtet ist. Wenn das fünfte Sprühloch jedoch zu nahe an dem ersten Sprühloch ist, tritt der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den Brennstoffsprays auf, die aus den ersten und fünften Sprühlöchern ausgestoßen werden, und als eine Folge wird das aus dem ersten Sprühloch ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung des von dem fünften Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffsprays gesaugt. Sollte diese Situation auftreten, wird es unmöglich, Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode E der Zündkerze 16 zu sammeln.
Um dieses Problem zu vermeiden, sind die Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher derart angeordnet, dass die folgende Beziehung zwischen dem Sprühwinkel α des aus jedem der ersten und fünften Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs und dem Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher hergestellt wird.
Der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L5 wird zum Beispiel auf ungefähr 35° voreingestellt, während der Sprühwinkel α mit Änderungen des Brennstoffdrucks und des Zylinderinnendrucks variiert und folglich die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel α und dem Winkel θ entsprechend variiert.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 12 MPa ist und der Zylinderinnendruck 1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung in dem warmen Betriebszustand betrieben wird, nimmt der Sprühwinkel α3 sowohl des von dem ersten als auch dem fünften Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffs zu, aber der Sprühwinkel α3 ist, wie in 9A gezeigt, kleiner als der Winkel θ2 zwischen den Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher.
Als eine Folge werden die von den ersten und fünften Sprühlöchern ausgestoßenen Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α3 voneinander getrennt, so dass der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den von den ersten und fünften Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays nicht auftritt.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 0,5 MPa ist und der Zylinderinnendruck 0,1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung beim Starten der kalten Brennkraftmaschine betrieben wird, wird der Sprühwinkel α4 des von jedem der ersten und fünften Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs noch kleiner als der Sprühwinkel α3 in dem warmen Betriebszustand. Folglich ist der Sprühwinkel α4, wie im Fall des warmen Betriebszustands, wie in 9B gezeigt, kleiner als der Winkel θ2 zwischen den Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher.
Als eine Folge werden die aus den ersten und fünften Sprühlöchern ausgestoßenen Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α4 voneinander getrennt, so dass der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den aus den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays nicht auftritt.
Die vorstehend erwähnte Beziehung wird zwischen dem Sprühwinkel α3, α4 des Brennstoffs, der von jedem der ersten und fünften Sprühlöcher ausgestoßen wird, und dem Winkel θ2 zwischen den Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher hergestellt, so dass der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays, wie vorstehend diskutiert, nicht auftritt, wenn die Brennkraftmaschine entweder mit Schichtladeverbrennung in dem warmen Betriebszustand oder mit der homogenen Ladungsverbrennung beim Starten der kalten Brennkraftmaschine betrieben wird.
Gründe, warum der Winkel θ innerhalb des Bereichs von 15° bis 25° festgelegt ist, sind wie folgt.
Wenn der Winkel θ zwischen den Achsen der benachbarten Sprühlöcher zu klein ist, nimmt das Volumen der in dem Raum zwischen den benachbarten Brennstoffsprays aufgenommenen Luft ab und ein größerer wechselseitiger Interferenzeffekt wirkt auf die benachbarten Brennstoffsprays, was bewirkt, dass die Durchdringung L der Brennstoffsprays übermäßig hoch wird. Als ein Ergebnis entsteht ein Problem, dass die aus den einzelnen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays einfach nahe der Elektrode E der Zündkerze 16 vorbeigehen und es nicht möglich ist, Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode E zu sammeln.
Wenn im Gegensatz dazu der Winkel θ zu groß ist, entsteht ein Problem, dass die einzelnen Brennstoffsprays zu weit voneinander getrennt werden, so dass der wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays nicht auftritt.
Die Erfinder haben durch Analyse und Experimente nachgewiesen, dass derartige Probleme vermieden werden können, wenn der Winkel θ zwischen den Achsen benachbarter Sprühlöcher in dem Bereich von 15° bis 25° festgelegt wird, wenn der Durchmesser der einzelnen Sprühlöcher in der Brennstoffeinspritzdüse 18 0,15 mm ist und der Brennstoffdruck 20 MPa ist.
In dieser Ausführungsform ist der Abstand von jedem der ersten bis dritten Sprühlöcher der Brennstoffeinspritzdüse 18 zu der Elektrode E der Zündkerze 16 auf 20 mm oder mehr festgelegt.
Gründe, warum in der vorliegenden Ausführungsform die vorstehend erwähnte geometrische Struktur verwendet wird, werden nun unter Bezug auf 10 diskutiert.
Das aus jedem einzelnen Sprühloch der Brennstoffeinspritzdüse 18 ausgestoßene Brennstoffspray umfasst einen mit "a" bezeichneten mittleren Sprühbereich, der sich entlang einer Längsachse des Brennstoffsprays befindet, wo unzerstäubte Flüssigbrennstoffpartikel vorhanden sind, und einen mit "b" bezeichneten Sprayumfangsbereich, wo ein zerstäubter Brennstoffnebel vorhanden ist, der den mittleren Sprühbereich "a" umgibt.
Typischerweise breitet sich ein Strom von Brennstoff, der aus den Sprühlöchern ausgestoßen wird, in einer im Allgemeinen konischen Form allmählich aus, und der Brennstoff wird allmählich ab einem Abstand von etwa 20 mm von dem Sprühloch zerstäubt, wobei, wie in 10 dargestellt, der vorstehend erwähnte Sprayumfangsbereich "b" ausgebildet wird. Mit anderen Worten wird der Brennstoff innerhalb eines Bereichs von 20 mm ab dem Sprühloch kaum zerstäubt.
Wenn die Elektrode E der Zündkerze 16 sich innerhalb des mittleren Sprühbereichs "a" des Brennstoffsprays befindet, wird die Elektrode E von den flüssigen Brennstofftröpfchen nass und verliert die Fähigkeit, den Brennstoffnebel zu zünden. Es ist daher wesentlich, dass die Elektrode E der Zündkerze 16 sich innerhalb Sprayumfangsbereichs "b" befindet, der den mittleren Sprühbereich "a" umgibt. Es versteht sich aus dem Vorangehenden, dass die Elektrode E der Zündkerze 16 sich innerhalb des Sprayumfangsbereichs "b" wenigstens 20 mm von dem Sprühloch befinden muss.
Spezifischere Definitionen des vorstehend erwähnten Sprühwinkels α und der Durchdringung L werden nachstehend unter Bezug auf 11A und 11B gegeben.
Der Sprühwinkel α ist der Winkel eines geometrischen Brennstoffsprühbereichs eines Spraykegels, der durch ein beliebiges der Sprühlöcher der Brennstoffeinspritzdüse 18 gebildet wird. Insbesondere ist der geometrische Brennstoffsprühbereich ein Bereich aus flüssigen Tröpfchen in dem einzelnen Brennstoffspray, der unter den Bedingungen ausgebildet wird, bei denen kein Ansaugluftstrom in der Verbrennungskammer 6 ist.
Nun werden der Sprühwinkel α und die Spraydurchdringung L unter Bezug auf spezifische Beispiele detaillierter erklärt.
Wie in dem Beispiel von 11A gezeigt, werden zwei Punkte B, C auf einem Paar gerader Linien genommen, entlang derer eine imaginäre Ebene einschließlich der Längsachse des Brennstoffsprays die konische Oberfläche des im Allgemeinen kegelförmigen Brennstoffsprays in einem Abstand von mehr als 20 mm stromabwärtig von einem Punkt A, wo sich ein Sprühloch der Brennstoffeinspritzdüse 18 befindet, schneidet. Der Sprühwinkel α des Brennstoffsprays ist der Winkel <BAC, der durch die drei Punkte B, A, C definiert ist. Folglich ist der Sprühwinkel α = <BAC.
Auch ist die Spraydurchdringung L, wie in dem Beispiel von 11B gezeigt, als der Abstand zwischen dem Punkt A und einem äußersten Ende des Brennstoffsprays in der Richtung der Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse 18 gemessen definiert.
In der Praxis können der Sprühwinkel α und die Spraydurchdringung L zum Beispiel unter Verwendung des Laser Sheet- bzw. Laserlichtschnittverfahrens gemessen werden.
Bei der Messung mit dem Laserlichtschnittverfahren wird eine Fluidprobe, die als Trockenlösungsmittel (Dry Solvelt) mit Eigenschaften bekannt ist, die äquivalent zu denen des tatsächlich aus der Brennstoffeinspritzdüse 18 gesprühten Brennstoffs sind, verwendet. Diese Fluidprobe (Dry Solvelt) wird bei einem spezifischen Druckpegel (z. B. 12 MPa) innerhalb eines tatsächlichen Brennstoffdruckbereichs unter normalen Temperaturbedingungen verwendet. Um eine realistische Atmosphäre zu erzeugen, wird das Innere eines Druckgefäßes mit einem Laserlichtschnittfenster und einem Messfenster, durch welches das Brennstoffspray fotografiert werden kann, zum Beispiel auf 0,5 MPa unter Druck gesetzt. Dann wird die Brennstoffeinspritzdüse 18 unter den normalen Temperaturbedingungen derart gesteuert, dass sie die Fluidprobe (Brennstoff) mit einem Durchsatz von 9 mm³ pro Takt (oder pro Impuls) einspritzt, indem ein Ansteuerimpulssignal mit einer spezifischen Impulsbreite zugeführt wird. Während auf diese Weise ein imitiertes „Brennstoff"-Spray erzeugt wird, wird ein 5 mm dicker Laserschnitt projiziert, so dass er entlang der Längsachse des Brennstoffsprays durchgeht, und ein Profil des Brennstoffsprays wird aus einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Laserschnitts unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitskamera fotografiert. Der Sprühwinkel α und die Durchdringung L, wie vorstehend definiert, werden aus einem Bildschirmfoto bestimmt, das 1,56 ms nach einem Zeitpunkt aufgenommen wurde, als das vorstehend erwähnte Ansteuerimpulssignal eingegeben wurde.
Ein auf dem fotografierten Bild beobachteter Sprayumriss ist der Umriss eines Bereichs von Partikeln der Probe in einer flüssigen Tröpfchenform. Da der Bereich der Probenpartikel durch den Laserschnitt beleuchtet wird, wird der Sprayumriss aus Regionen mit hoher Helligkeit des fotografierten Bilds abgeleitet.
Gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform wird der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher gleich oder kleiner als der Sprühwinkel α des Brennstoffs gemacht, der aus den einzelnen Sprühlöchern ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem sowohl der Brennstoffdruck als auch der Innenzylinderdruck hoch sind und der Sprühwinkel α dazu neigt, zuzunehmen. Daher nehmen das Volumen der Luft, die in dem Raum zwischen den von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, und das Volumen der Luft, die in dem Raum zwischen den von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, ab, so dass der vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays ausgeübt wird. Die vorstehend erwähnte Struktur der vorliegenden Ausführungsform dient dazu, die verbesserte Zündfähigkeit der Mischung bereitzustellen.
Wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist, in dem sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck niedrig sind und der Sprühwinkel α dazu neigt, zuzunehmen, wird der vorstehend erwähnte Winkel größer gemacht als der vorstehend erwähnte Sprühwinkel α. Daher nehmen das Volumen von Luft, die in dem Raum zwischen den von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, und das Volumen der Luft, die in dem Raum zwischen den von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, zu, was es möglich macht, den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, die Verschlechterung der Zündfähigkeit aufgrund des Haftens einer großen Menge an feinen Mischungströpfchen an der Elektrode E der Zündkerze 16 zu verhindern.
Da die vierten bis achten Sprühlöcher sich, wie früher festgestellt, außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12 befinden, ist es möglich, Mischungsmassen um die Elektrode E der Zündkerze 16 zu sammeln, während verhindert wird, dass die aus diesen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays die Einlassventile 12 treffen. Dies macht es auch möglich, die Zündfähigkeit zu erhöhen.
Da außerdem der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher, wie vorstehend festgestellt, innerhalb des Bereichs von 15° bis 25° festgelegt ist, ist es möglich, den vorstehenden wechselseitigen Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays zu erzeugen, während verhindert wird, dass der wechselseitige Interferenzeffekt übermäßig stark wird. Dies macht es auch möglich, die Zündfähigkeit zu erhöhen.
Da außerdem der Abstand von jedem der ersten bis dritten Sprühlöcher der Brennstoffeinspritzdüse 18 zu der Elektrode E der Zündkerze 16 auf 20 mm oder mehr festgelegt ist, ist es möglich, den wechselseitigen Interferenzeffekt in einer zuverlässigen Weise zu erzeugen. Dies macht es auch möglich, die Zündfähigkeit zu erhöhen. Außerdem macht es diese Struktur möglich, die Elektrode E der Zündkerze 16 innerhalb des Sprayumfangsbereichs "b", in dem ein zerstäubter Brennstoffnebel verteilt ist, zu positionieren und das Haften von unzerstäubten Brennstoffpartikeln an der Elektrode E der Zündkerze 16 zu verhindern.
Da außerdem der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L5 der ersten und fünften Sprühlöcher größer gemacht wird als der Sprühwinkel α des aus jedem der ersten und fünften Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffsprays, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird, nimmt das Volumen von Luft, die in dem Raum zwischen den aus den ersten und fünften Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, zu. Es ist daher möglich, die wechselseitige Interferenz zwischen den zwei Brennstoffsprays zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass das aus dem ersten Sprühloch ausgestoßene Brennstoffspray in Richtung der Achse L5 des fünften Sprühlochs gesaugt wird und dadurch zerstäubte Mischungsmassen in der Umgebung der Elektrode E der Zündkerze 16 zu sammeln. Wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird, ist es möglich, die Mischungsmassen in der gesamten Verbrennungskammer 6 zu verteilen, wobei eine homogene Mischung darin erzeugt wird, da der Brennstoff nicht nur von den ersten bis fünften Sprühlöchern, sondern auch von den vierten bis achten Sprühlöchern, die sich auf der Kolbenseite befinden, eingespritzt wird.
Während die erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Mehrloch-Einspritzdüse 18 mit acht Sprühlöchern beispielhaft beschrieben wurde, ist die Struktur der Ausführungsform auch auf andere Typen von Mehrloch-Einspritzdüsen mit mehr oder weniger als acht Sprühlöchern anwendbar.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezug auf 12, 13, 14A und 14B beschrieben.
12 ist ein Querschnittdiagramm, das einen Teil eines Zylinderkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, 13 ist eine Draufsicht des Zylinderkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform. 14A ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff unter warmen Betriebsbedingungen zeigt, welcher jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern einer Brennstoffeinspritzdüse der zweiten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher, und 14B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel von Brennstoff zeigt, der jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern der Brennstoffeinspritzdüse der zweiten Ausführungsform ausgestoßen wird, und dem Winkel zwischen den Achsen der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen der ersten und dritten Sprühlöcher beim kalten Starten der Brennkraftmaschine.
Während die vorangehende Diskussion der ersten Ausführungsform ein Beispiel dargestellt hat, in dem die Erfindung auf die fremdgezündete Seiteneinspritz-Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung angewendet wird, bei der eine Düsenspitze jeder Brennstoffeinspritzdüse 18 sich an einem Umfangsteil der Verbrennungskammer 6 befindet, zeigt die nachstehend diskutierte zweite Ausführungsform ein Beispiel, in dem die Erfindung auf eine Mitteleinspritz-Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung, bei der die Düsenspitze jeder Brennstoffeinspritzdüse 18 sich ungefähr in der Mitte der Verbrennungskammer 6 befindet.
Bezug nehmend auf 12 und 13 ist eine Zündkerze 16 schräg ungefähr in der Mitte der Verbrennungskammer 6 in einem spezifischen Winkel in Bezug auf eine Längsachse m eines Zylinder 2 eingebaut, während die Brennstoffeinspritzdüse 18 ungefähr parallel zu der Achse m des Zylinders 2 ungefähr in der Mitte der Verbrennungskammer 6 eingebaut ist. Die Brennstoffeinspritzdüse 18 dieser Ausführungsform ist eine Mehrloch-Einspritzdüse mit drei Sprühlöchern, auf die hier nachstehend als erste bis dritte Sprühlöcher Bezug genommen wird.
Ein aus dem ersten Sprühloch ausgestoßenes Brennstoffspray F1 ist auf einen Bereich gerichtet, der sich auf der Unterseite einer Elektrode E der Zündkerze 16 befindet, und aus den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßene Brennstoffsprays F2, F3 werden einzeln auf Bereiche gerichtet, die sich auf beiden Querseiten der Elektrode E der Zündkerze 16 befinden. Dies bedeutet, dass die Achse des ersten Sprühlochs auf die Unterseite der Elektrode E gerichtet ist und die Achsen des zweiten und dritten Sprühlochs einzeln auf die beiden Querseiten der Elektrode E gerichtet sind.
Die ersten bis dritten Sprühlöcher sind derart strukturiert, dass in einer ähnlichen Weise wie dem Fall der ersten Ausführungsform (8A, 8B) die folgende Beziehung zwischen dem Sprühwinkel α des aus diesen Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffs und dem Winkel θ zwischen den benachbarten Achsen der Sprühlöcher hergestellt wird.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 10 MPa ist und der Zylinderinnendruck 1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung im warmen Betriebszustand betrieben wird, nimmt der Sprühwinkel α5 des jeweils von den ersten bis dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffs zu, und der Sprühwinkel α5 wird, wie in 14A gezeigt, größer als der Winkel θ3 zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher.
Als eine Folge werden die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α5, die von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, ebenso wie die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α5, die von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, näher zueinander.
Wenn zum Beispiel der Brennstoffdruck 0,5 MPa ist und der Zylinderinnendruck 0,1 MPa ist, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird, wird der Sprühwinkel α5 des jeweils aus den ersten bis dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffs ab, und der Sprühwinkel α5 wird kleiner als der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher, wie in 14B gezeigt.
Als eine Folge werden die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α5, die von den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, ebenso wie die Sprühkegel mit dem Sprühwinkel α5, die von den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, voneinander getrennt. In dieser Situation tritt die vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenz zwischen den aus den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays oder zwischen den aus den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays nicht auf.
Gemäß der bisher beschriebenen zweiten Ausführungsform wird der Winkel θ zwischen den Achsen L1 und L2 der ersten und zweiten Sprühlöcher und zwischen den Achsen L1 und L3 der ersten und dritten Sprühlöcher gleich oder kleiner als der Sprühwinkel α des aus den einzelnen Sprühlöchern eingespritzten Brennstoffs gemacht, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck hoch sind und der Sprühwinkel α, wie in der ersten Ausführungsform, dazu neigt, zuzunehmen. Daher nehmen das Volumen an Luft, die in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, die aus den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, und das Volumen an Luft, das in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, die aus den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, ab, so dass der vorstehend erwähnte wechselseitige Interferenzeffekt zwischen den benachbarten Brennstoffsprays ausgeübt wird. Die vorstehend erwähnte Struktur der zweiten Ausführungsform dient dazu, die erhöhte Zündfähigkeit der Mischung bereitzustellen.
Wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist, in dem sowohl der Brennstoffdruck als auch der Zylinderinnendruck niedrig sind und der Sprühwinkel α dazu neigt, zuzunehmen, wird der vorstehend erwähnte Winkel θ größer als der vorstehend erwähnte Sprühwinkel α gemacht. Daher nehmen das Volumen an Luft, die in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, die aus den ersten und zweiten Sprühlöchern ausgestoßen werden, und das Volumen an Luft, das in dem Raum zwischen den Brennstoffsprays mit dem Sprühwinkel α aufgenommen wird, die aus den ersten und dritten Sprühlöchern ausgestoßen werden, zu, was es möglich macht, den vorstehend erwähnten wechselseitigen Interferenzeffekt zu unterdrücken. Somit ist es möglich, die Verschlechterung der Zündfähigkeit aufgrund der Haftung einer großen Menge an Mischungströpfchen an der Elektrode E der Zündkerze 16 zu verhindern.
Während die vorangehende Diskussion der zweiten Ausführungsform ein Beispiel dargestellt hat, in dem die Brennstoffeinspritzdüse 18 sich ungefähr in der Mitte der Verbrennungskammer 6 befindet, kann die Ausführungsform modifiziert werden, so dass die Brennstoffeinspritzdüse 18, wie durch eine Linie mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen in 13 gezeigt, in einer vertikalen Position nahe an dem Umfang der Verbrennungskammer 6 installiert ist.
Obwohl die Brennstoffeinspritzdüse 18 der vorangehenden zweiten Ausführungsform auch eine Mehrloch-Einspritzdüse mit drei Sprühlöchern ist, ist die vorstehend erwähnte Struktur der Ausführungsform auch auf eine Mehrloch-Einspritzdüse mit vier oder mehr Sprühlöchern zum Verteilen der Mischung innerhalb der Verbrennungskammer 6 anwendbar.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezug auf 15 und 16 beschrieben.
15 ist ein vertikales Querschnittdiagramm, das einen Teil eines Zylinderkopfs 4 und einen der Zylinder 2 einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung mit einem Kolben 5, der sich an einem unteren Totpunkt befindet, gemäß der dritten Ausführungsform zeigt, und 16 ist ein Diagramm entlang der Pfeile A-A von 15 gesehen.
Die fremdgezündete Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung der dritten Ausführungsform ist eine modifizierte Version der Brennkraftmaschine 1 der ersten Ausführungsform, in der die Brennstoffeinspritzzeitsteuerung und die Brennstoffsprührichtungen beschränkt sind, um zu verhindern, dass der eingespritzte Brennstoff ein Paar von Einlassventilen 12 trifft, so dass der Brennstoff effektiv mit Ansaugluft vermischt wird, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung und nicht der Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Gemäß der dritten Ausführungsform sprüht jede der Brennstoffeinspritzdüsen 18 den Brennstoff in einem mittleren Teil des Ansaugtakts. Insbesondere spritzt die Brennstoffeinspritzdüse 18 den Brennstoff zum Beispiel während einer Zeitspanne um einen Kurbelwinkel zwischen 100° und 120° nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtakts ein, während der die Einlassventile 12 die maximalen Hubpositionen erreichen. Insbesondere spritzt die Brennstoffeinspritzdüse 18 den Brennstoff während einer Zeitspanne ein, die zum Beispiel einem Kurbelwinkelbereich nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtakts von 60° bis 150° entspricht, während der der Hub der Einlassventile 12 3/4 des maximalen Hubs oder größer ist.
Wie in dem Fall mit der ersten Ausführungsform ist das erste Sprühloch derart angeordnet und strukturiert, dass die Achse L1 des ersten Sprühlochs auf eine spezifische Position unterhalb der Elektrode E der Zündkerze 16 in einem schrägen Winkel zu der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 angeordnet ist. Die Achse L1 des ersten Sprühlochs und des Sprühkegels mit dem Sprühwinkel A1 befinden sich zwischen den maximalen Hubpositionen V der zwei Einlassventile 12, das heißt, wie in 16 abgebildet, außerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12.
Die zweiten und dritten Sprühlöcher sind derart angeordnet und strukturiert, dass die Achsen L2 und L3 der zweiten und dritten Sprühlöcher auf spezifische Positionen auf beiden Querseiten (linken und rechten Seiten wie dargestellt) der Elektrode E der Zündkerze 16 in einem schrägen Winkel zu der Längsachse L der Brennstoffeinspritzdüse 18 gerichtet sind. Die Achse L2 des zweiten Sprühlochs, der Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A2, die Achse L3 des dritten Sprühlochs und der Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A3 befinden sich innerhalb des Bewegungsbereichs der Einlassventile 12, der durch deren maximale Hubpositionen V definiert ist.
Der aus dem zweiten Sprühloch ausgestoßene Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A2 und der aus dem dritten Sprühloch ausgestoßene Sprühkegel mit dem Sprühwinkel A3 befinden sich, wie in 16 gezeigt, in dem Mittelteil des Ansaugtakts, während der Hub der Einlassventile 12 zunimmt, über bzw. oberhalb von schirmartigen Ventilelementen der Einlassventile 12. Die Sprühwinkel A2, A3 der aus den zweiten und dritten Sprühlocher ausgestoßenen Brennstoffsprays werden derart bestimmt, dass ein oberer Teil einer kegelförmigen Grenzfläche jedes Brennstoffsprays, wie in 15 gezeigt, im Allgemeinen parallel zu einer einlassseitigen geneigten Fläche 6a der Pultdach-Verbrennungskammer 6 wird, wenn die aus den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays sich über den Ventilelementen der Einlassventile 12 befinden. Auch werden die Positionen der Achsen L1 bis L3 der ersten bis dritten Sprühlöcher und der Sprühkegel mit den Sprühwinkeln A1 bis A3 derart bestimmt, dass die Achsen L1 bis L3 der Sprühkegel auf Bereiche über der oberen Fläche des Kolbens 5 gerichtet sind, selbst wenn der Kolben 5 an der durch eine Linie mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen in 15 gezeigten oberen Totpunktposition ist.
Wie aus der vorangehenden Diskussion erkannt wird, macht es die dritte Ausführungsform möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die erste Ausführungsform bereitzustellen und zu verhindern, dass die aus den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays die Einlassventile 12 treffen, da die aus den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Sprühkegel mit den Sprühwinkeln A2, A3 sich im Mittelteil des Ansaugtakts, während dem der Hub der Einlassventile 12 zunimmt, über den Einlassventilen 12 befinden.
Da außerdem die oberen Teile der Grenzflächen der aus den zweiten und dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Sprühkegel mit den Sprühwinkeln A2, A3 im Allgemeinen parallel zu der einlassseitigen geneigten Fläche 6a der Verbrennungskammer 6 werden, ist es möglich, zu verhindern, dass die Brennstoffsprays die einlassseitige geneigte Fläche 6a der Verbrennungskammer 6 treffen.
Außerdem ist es möglich, zu verhindern, dass die aus den ersten bis dritten Sprühlöchern ausgestoßenen Brennstoffsprays die obere Fläche des Kolbens 5 treffen, da die Positionen der Achsen L1 bis L3 der ersten bis dritten Sprühlöcher und der Sprühkegel mit den Sprühwinkeln A1 bis A3 derart bestimmt sind, dass die Achsen L1 bis L3 der Sprühkegel auf die Bereiche über der oberen Fläche des Kolbens 5 gerichtet sind, selbst wenn der Kolben 5, wie vorstehend festgestellt, an der oberen Totpunktposition ist.
Wie bisher diskutiert, macht es die vorstehend erwähnte Struktur der dritten Ausführungsform möglich, wirksam zu verhindern, dass die Brennstoffsprays die Einlassventile 12 und den Kolben 5 treffen, so dass der Brennstoff effizient mit Ansaugluft vermischt wird und eine verbesserte homogene Mischung erzeugt wird. Insbesondere, da der Brennstoff in dem Mittelteil des Ansaugtakts eingespritzt wird, wenn die Ansaugluft mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit angesaugt wird, ermöglicht die dritte Ausführungsform das effektive Vermischen des Brennstoffs und der Ansaugluft und die verbesserte Homogenisierung der Mischung.

Claims

Fremd- bzw. funkengezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, umfassend: eine in der Brennkraftmaschine montierte Zündkerze (16), wobei eine Elektrode der Zündkerze (16) sich in eine Verbrennungskammer (6) erstreckt, die in einem Zylinder (2) ausgebildet ist; einen Injektor bzw. eine Brennstoffeinspritzdüse (18) zum Einspritzen von Brennstoff in die Verbrennungskammer (6), wobei eine Brennstoffeinspritzrichtung, in welcher die Brennstoffeinspritzdüse (18) den Brennstoff einspritzt, in Richtung der Umgebung der Elektrode der Zündkerze (16) gerichtet ist; und eine Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung bzw. Regelung zum Festlegen bzw. Setzen eines Brennstoffeinspritzpunkts der Brennstoffeinspritzdüse (18) in einem Verdichtungstakt, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird, und in einem Ansaugtakt, wenn die Brennkraftmaschine mit homogener Ladungsverbrennung betrieben wird; dadurch gekennzeichnet, dass: die Brennstoffeinspritzdüse (18) ein Sprühloch bzw. Düsenloch auf der Elektrodenunterseite hat, dessen Achse in einen Bereich direkt auf bzw. an der Unterseite der Elektrode der Zündkerze (16) gerichtet ist, und ein kolbenseitiges Sprühloch, dessen Achse von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen in einen Bereich weiter auf bzw. an der Unterseite des Bereichs gerichtet ist, auf den die Achse des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite gerichtet ist, wobei ein Brennstoffspray, das von jedem der Sprühlöcher ausgestoßen wird, einen Sprühwinkel hat und wobei das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das kolbenseitige Sprühloch derart angeordnet sind, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch größer als der Sprühwinkel des aus jedem der zwei Sprühlöcher ausgestoßenen Brennstoffs ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Zylinder (2) zwischen zwei Einlassventilen (12) bereitgestellt ist, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse (18) sich zwischen den zwei Einlassventilen (12) befindet und zwei Sprühlöcher entlang einer Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse (18) in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile (12) angeordnet sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffeinspritzdüse (18) eine Vielzahl von kolbenseitigen Sprühlöchern hat, die sich benachbart zueinander befinden, wobei die kolbenseitigen Sprühlöcher einzelne eigene Achsen haben und wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher benachbart zu dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite größer als der Winkel zwischen den Achsen der benachbarten kolbenseitigen Sprühlöcher ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und jedem der kolbenseitigen Sprühlöcher mindestens 25° groß gemacht ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennstoffeinspritzdüse (18) ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch aufweist, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in die Brennstoffeinspitzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze (16) befindet, und wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem kolbenseitigen Sprühloch größer als der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 5, die ferner umfasst: eine Brennstoffdrucksteuerung bzw. Regelung zum Festlegen bzw. Setzen des Drucks, der auf den an die Brennstoffeinspritzdüse (18) zugeführten Brenn stoff angewendet wird, auf einen Pegel, der für die Schichtladeverbrennung geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird; wobei das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das elektrodenseitige Sprühloch derart angeordnet sind, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch gleich oder kleiner als der Sprühwinkel des jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffs ist, wenn die Brennkraftmaschine mit Schichtladeverbrennung betrieben wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner umfasst: ein Brennstoffdruckregelmodul, das den Druck, der auf den an die Brennstoffeinspritzdüse (18) zugeführten Brennstoff angewendet wird, auf einen Pegel reguliert, der höher als ein Brennstoffdruck, der beim Kaltstart der Brennkraftmaschine angelegt wird, ist, wenn die Brennkraftmaschine in einem warmen Betriebszustand ist; wobei die Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung bzw. Regelung den Brennstoffeinspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse (18) auf einen Punkt festlegt, der für die homogene Ladungsverbrennung geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine in einem kalten Betriebszustand ist, in dem die Brennkraftmaschinentemperatur niedriger als ein spezifizierter Pegel ist, und auf einen Punkt, der für die Schichtladeverbrennung in zumindest einem Mittel- bzw. Teillastbereich geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem die Brennkraftmaschinentemperatur gleich oder höher als der spezifizierte Pegel ist; wobei die Brennstoffeinspritzdüse (18) ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch hat, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze (16) befindet; und wobei das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und das elektrodenseitige Sprühloch derart angeordnet sind, dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und des elektrodenseitigen Sprühlochs gleich oder kleiner als der Sprühwinkel des Brennstoffs wird, der jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch unter dem von dem Brennstoffdruckregelmodul regulierten Druck ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem warmen Betriebszustand ist, in dem der Brennstoffeinspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse (18) auf einen Punkt festgelegt ist, der für die homogene Ladungsverbrennung geeignet ist, und so dass der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und des elektrodenseitigen Sprühlochs größer als der Sprühwinkel des Brennstoffs wird, der jeweils von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch unter dem von dem Brennstoffdruckregelmodul regulierten Druck ausgestoßen wird, wenn die Brennkraftmaschine in dem kalten Betriebszustand ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 7, wobei der Zylinder (2) mit zwei Einlassventilen (12) versehen ist, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse (18) sich zwischen den zwei Einlassventilen (12) befindet und das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite sich außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile (12) befindet, während das elektrodenseitige Sprühloch sich entlang einer Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse (18) in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen innerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile (12) befindet.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 8, wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch in einem Bereich von 15° bis 25° festgelegt ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Abstand von dem Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch zu der Elektrode der Zündkerze (16) jeweils auf eine Größe von mindestens 20 mm festgelegt ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zylinder (2) mit zwei Einlassventilen (12) versehen ist, eine Düsenspitze der Brennstoffeinspritzdüse (18) sich an einem Umfangsteil der Verbrennungskammer (6) zwischen den zwei Einlassventilen (12) befindet, die Achse des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite der Brennstoffeinsritzdüse (18), die auf bzw. an den Bereich direkt auf der Unterseite der Elektrode der Zündkerze (16) ausgerichtet ist, sich von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen außerhalb eines Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile (12) befindet, wobei die Brennstoffeinspritzdüse (18) ferner zumindest ein elektrodenseitiges Sprühloch hat, dessen Achse auf einen Bereich gerichtet ist, der sich von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in die Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf bzw. an einer Querseite der Elektrode der Zündkerze (16) innerhalb des Bewegungsbereichs der zwei Einlassventile (12) befindet, wobei die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs sich in einem Mittelteil des Ansaugtakts, während welchem der Hub der Einlassventile (12) zunimmt, über bzw. oberhalb von schirmartigen oberen Flächen der Einlassventile (12) befindet und die Brennstoffeinspritz-Zeitsteuerung den Brennstoffeinspritzpunkt in dem Mittelteil des Ansaugtakts festlegt bzw. setzt, wenn die Brennkraftmaschine mit der homogenen Ladungsverbrennung betrieben wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 11, wobei die Brennstoffeinspritzdüse (18) zwei elektrodenseitige Sprühlöcher hat, deren Achsen auf Bereiche gerichtet sind, die sich auf bzw. an beiden Querseiten der Elektrode der Zündkerze (16) befinden, und das Sprühloch auf der Elektrodenunterseite und die zwei elektrodenseitigen Sprühlöcher sich im Allgemeinen an Spitzen eines Dreiecks befinden, das die Elektrode der Zündkerze (16) umschließt und in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen auf eine Längsachse der Brennstoffeinspritzdüse (18) zentriert ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 12, wobei der Winkel zwischen den Achsen der zwei elektrodenseitigen Sprühlöcher größer als der Winkel zwischen den Achsen jedes der elektrodenseitigen Sprühlöcher und des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite gemacht ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein oberer Teil einer äußeren Grenzfläche eines von dem elektrodenseitigen Sprühloch ausgestoßenen Brennstoffsprays im Allgemeinen parallel zu einem einlassventilseitigen Abschnitt einer Decke der Verbrennungskammer (6) ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Winkel zwischen den Achsen des Sprühlochs auf der Elektrodenunterseite und dem elektrodenseitigen Sprühloch in einem Bereich von 15° bis 25° festgelegt ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Achse des elektrodenseitigen Sprühlochs sich über einer oberen Fläche des Kolbens (5) befindet, wenn der Kolben (5) von der Brennstoffeinspritzdüse (18) in der Brennstoffeinspritzrichtung gesehen an einem oberen Totpunkt in dem Ansaugtakt ist.