DE69712155T2

DE69712155T2 - Verbrennungskammerstruktur mit Kolbenhohlraum

Info

Publication number: DE69712155T2
Application number: DE69712155T
Authority: DE
Inventors: Koji Morikawa; Toyosei Yamauchi
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JPH10131758A; DE69712155D1; EP0839997A1; US5927244A; JP3743896B2; EP0839997B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Struktur einer Verbrennungskammer für einen Zünder- oder Ottomotor des Typs mit Direktbrennstoffeinspritzung im Zylinder und insbesondere die Struktur einer Verbrennungskammer, die für Schichtladungsverbrennung geeignet ist.
Viele Ansätze sind zum Verbessern der Brennstoffwirtschaftlichkeit von Fahrzeugen vorgeschlagen worden, und insbesondere ist eine Verbesserung der theoretischen Wärmewirksamkeit, eine Verringerung von Pumpverlust, eine Verringerung von Reibung und dergleichen vorgeschlagen worden, um die Brennstoffwirtschaftlichkeit eines Motors zu verbessern. Zum Verbessern der theoretischen Wärmewirksamkeit oder zum Verringern des Pumpverlustes gibt es verschiedene Ansätze zum Erzielen einer mageren Brennsteuerung, einer Verbrennung mit hoher EGR-Rate und dergleichen, neben konventionellen Ansätzen so wie Erhöhung eines Verdichtungsverhältnisses oder eines Expansionsverhältnisses. Beim Realisieren dieser Ansätze sind verschiedene Glasflusssteuertechniken so wie sogenanntes Schleudern, Verwirbeln oder Quetschen wesentlich zum Verbessern der Verbrennung von Gasgemisch in Zylindern.
Diese Gasflusssteuerungen sind ursprünglich zum Erhöhen der Verbrennungsgeschwindigkeit und Bilden eines homogenen Gasgemischs in Zylindern verwendet worden, aber andererseits wird die Flusssteuerung zum Zweck der Bildung einer lokal fetten Mischzone oder zum Bilden eines Gasgemischs in einem bestimmten Bereich verwendet, während das Gasgemisch insgesamt in einem mageren Zustand bleibt. In diesem Fall ist die Verbrennungsstrategie in einer sogenannten Schichtladungsverbrennung kategorisiert, jedoch nicht in einer homogenen Ladungsverbrennung.
Zum Realisieren wirksamerer Schichtladungsverbrennung durch Verwendung des Flusssteuerverfahrens, ist ein im Zylinder arbeitender Brennstoffeinspritzmotor sehr effektiv, bei dem Brennstoff direkt in Zylinder eingespritzt wird.
Zum Beispiel offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Toku-Kai-Hei Nr. 5-1544 eine Technik, bei der eine um das Einlassventil vorgesehene Maskierwand zwingend einen umgekehrten Taumelfluss erzeugt, um so den eingespritzten Brennstoff schräg von dem Brennstoffeinspritzmittel, das unter der Einlassöffnung bei dem Taumelfluss vorgesehen ist, zu einer Zündkerze zu tragen, die in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet ist.
Weiter offenbart die japanische offengelegt Patentanmeldung Toku-Kai-Hei Nr. 6-146886 eine Verbrennungskammer, in der die Brennstoffeinspritzmittel unter der Einlassöffnung in der gleichen Weise wie in Toku-Kai-Hei Nr. 5-1544 angeordnet sind und die Einlassöffnung einen Schnittaufbau aufweist, bei dem eine halbe Seite desselben erweitert ist. Aufgrund dieses Aufbaus mit einer halben erweiterten Seite wird der Hauptstrom von Einlassluft in Richtung auf die Zylinderwand vorgespannt, wodurch die Erzeugung des umgekehrten Taumelflusses unterstützt wird. Schräg in Bezug zur Zylinderachse eingespritzter Brennstoff wird auf dem umgekehrten Taumelfluss getragen.
Weiter schlägt die japanische offengelegte Patentanmeldung Toku-Kai-Hei Nr. 6-42352 eine Verbrennungskammertechnik vor, bei der das Brennstoffeinspritzmittel in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet ist, wobei die Einspritzdüse nach unten gerichtet ist und die Zündkerze von einer Stelle zwischen zwei Einlassöffnungen vorsteht.
Die in Toku-Kai-Hei Nr. 5-1544 offenbarte Technik birgt jedoch ein Problem von Strommangel bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Belastungsbereichen aufgrund der um das Einlassventil herum vorgesehenen Maskierwand.
Außerdem weist die in Toku-Kai-Hei Nr. 6-146886 offenbarte Verbrennungskammer einen Defekt darin auf, dass, da der umgekehrte Taumelfluss nur in einem halben Teil der Verbrennungskammer gebildet wird und nur der auf der oberen Fläche des Kolbens vorgesehene konkave Teil einen Verbrennungsraum bildet, das Verdichtungsverhältnis in einem begrenzten Bereich der Verbrennungskammer sehr hoch wird. Daher muss der Motor so ausgelegt sein, um für Laufen mit Benzin mit sehr hoher Oktaneinstufung eingestellt zu werden.
Weiter ist in Übereinstimmung mit dieser Verbrennungskammer der Abstand zwischen der Einspritzdüse und der Elektrode der Zündkerze so groß, dass es schwierig ist, das lokale Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Nähe der Elektrode zu steuern, und dies verursacht instabile Verbrennung und ein niedrige Zündwilligkeit.
Da Brennstoff schräg in Bezug zu der Zylinderachse eingespritzt wird, besteht darüber hinaus den obigen beiden Offenbarungen zufolge ein anderes Problem darin, dass Brennstoff an der Innenwand des Zylinders anhaftet. Anhaftender Brennstoff kann Brennstoffwirtschaftlichkeit aufgrund von übermäßigem Kühlen der Zylinderwand verschlechtern.
Ferner zieht der angehaftete Brennstoff Schmieröl von der Innenwand des Zylinders ab und dies führt zu einer schlechten Schmierung zwischen dem Kolben und dem Zylinder.
Außerdem ist in der Verbrennungskammer gemäß Toku-Kai-Hei Nr. 6-42352 die Zündkerze in der Mitte des Zylinderkopfes mit der Elektrode direkt nach unten ausgerichtet angeordnet. Weiter ist die Elektrode der Zündkerze so angeordnet, um dem von dem Brennstoffeinspritzmittel gesprühten Brennstoff ausgesetzt zu werden. Deshalb zielt diese Anordnung auf Entzündung des Endanteils von eingespritztem Brennstoff, anschließendes Sammeln der fetten Mischung in der Mitte der Verbrennungskammer und Abschließen der Verbrennung darin, anstatt von der oberen Oberfläche des Kolbens zurückgeworfenen Brennstoff zu entzünden.
Diese Verbrennungskammer birgt jedoch ein Problem darin, dass eine gute Schichtladungsverbrennung in dem Zustand erhalten werden kann, wenn die Menge von Brennstoffeinspritzung klein ist, es jedoch schwierig ist, die Erzeugung von Rauch in dem Zustand zu unterdrücken, wenn die Menge von Brennstoffeinspritzung zunimmt.
Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung die vorgenannten Nachteile und Probleme des Standes der Technik beseitigen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Verbrennungskammerstruktur eines im Zylinder arbeitenden Brennstoffeinspritzmotors, der eine stabile Schichtladungsverbrennung bei Motorbetriebsbedingungen niedriger und mittlerer Geschwindigkeiten sicherstellen kann.
Zum Erreichen dieses Ziels, umfasst die vorliegende Erfindung:
eine halbdachförmige Verbrennungskammer, die auf einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes vorgesehen ist,
einen Brennstoffeinspritzer angeordnet in dem Zylinderkopf an einer Position versetzt von der Mittelachse des Zylinders an der Ablassventilseite, dessen Einspritzdüse nach unten ausgerichtet ist, um einen Brennstoff von oben nach unten einzuspritzen;
eine Zündkerze, die schräg in Bezug zu der Achse des Zylinders im Zylinderkopf in der Nähe des Einlassventils angeordnet ist;
einen ringförmigen Vorsprung, der an der oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist und dessen Mitte von der Achse des Zylinders auf der Ablassventilseite versetzt und an der Zündkerzenseite abgeschrägt ist;
einen konkaven Teil, der an der oberen Fläche des Kolbens innerhalb des ringförmigen Vorsprungs vorgesehen und von der Mittelachse des Brennstoffeinspritzers auf der Zündkerzenseite versetzt ist; und
eine Elektrode der Zündkerze, die in den konkaven Teil vorsteht, wenn sich der Kolben beinahe am oberen Totpunkt befindet.
Nur beispielhaft sollen nun spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittseitenansicht ist, die eine Verbrennungskammer eines im Zylinder arbeitenden Brennstoffeinspritzmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Bodenansicht ist, die eine Innenwand eines Zylinderkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht des Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine Querschnittseitenansicht einer Verbrennungskammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine Draufsicht des Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine Querschnittseitenansicht einer Verbrennungskammer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 7 eine Draufsicht des Kolbens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Nun bezugnehmend auf Fig. 1, kennzeichnet die Ziffer 12 einen im Zylinder arbeitenden Brennstoffeinspritzmotor gemäß der vorliegenden Erfindung und die Ziffern 10 und 13 kennzeichnen einen Zylinderkopf bzw. einen Zylinder. Im Zylinder 13 ist verschiebbar ein sich vertikal hin- und herbewegender Kolben 20 angebracht. Weiter ist im Zylinderkopf 10 ein Brennstoffeinspritzer 50 als ein Brennstoffeinspritzmittel bzw. eine Zündkerze 70 als ein Zündungsmittel vorgesehen. Ferner weist der Kolben 20 einen Hohlraum 60 auf seiner oberen Fläche auf.
Eine Verbrennungskammer 30 ist zwischen dem Kolben 20 und dem Zylinderkopf 10 ausgebildet, und ein Deckenteil 31, der an der Seite des Zylinderkopfes 10 vorgesehen ist, ist in einem sogenannten Halbdachtyp aufgebaut, der durch zwei einander gegenüberliegende geneigte Fläche 32 und 33 gebildet wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Weiter sind zwei Einlassventile 40 an einer geneigten Fläche 32 angebracht, um Luft durch Einlassöffnungen 42 in die Verbrennungskammer 30 zu saugen, und zwei Ablassventile 41 sind an der anderen geneigten Fläche 33 angebracht, um verbranntes Gas durch Ablassöffnungen 43 aus der Verbrennungskammer 30 heraus abzulassen.
Die Einlassöffnungen 42 sind so aufgebaut, um einen schwachen Taumelfluss von Gas in die normale Richtung innerhalb des Zylinders 13 zu erzeugen, wenn die Einlassventile 40 während Ansaughub geöffnet sind. Die Taumelrate wird in dieser Ausführungsform als 0,5 bis 2,0 festgelegt.
In dem Deckenteil 31 des Zylinderkopfes 10 ist, wie in Fig. 1 gezeigt, eine trompetenförmige Bohrung 34 um eine vertikale Achse ic herum vorgesehen und der Brennstoffeinspritzer 50 ist über dieser Bohrung 34 auf der selben Achse ic angebracht, um so einen Brennstoff f in die Verbrennungskammer 30 einzuspritzen. Die Achse ic ist auf der Seite des Ablassventils 41 von der Zylinderachse c versetzt.
Daher wird der Brennstoff f in einem ungefähr hohlen kegelförmigen Brennstoffspray, das um die Einspritzmitte ic gebildet wird, nach unten in die vertikale Richtung eingespritzt. Das hohle kegelförmige Brennstoffspray hat einen festen Winkel von etwa 40 bis 80 Grad und spezifisch wird seine Form gebildet, indem dem Brennstoff mittels des Brennstoffeinspritzers 50 unter Verwendung einer Verwirbelungsdüse eine Drehbewegung erteilt wird.
Die Zündkerze 70 ist, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, in dem Zylinderkopf 10 schräg in Bezug zu der Zylinderachse c angeordnet, wo ei ihre Elektrode 71 in den Hohlraum 60 von einer Stelle zwischen den Einlassventilen vorsteht. Ferner ist die Elektrode 71 in einer solchen Position angeordnet, um nicht dem eingespritzten Brennstoff f ausgesetzt zu werden.
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist, umfasst dir Kolben 20 weiter eine so aufgebaute obere Fläche 21, um mit der Konfiguration des Deckenteils 31 überein zu stimmen. Das heißt, die obere Fläche 21 besteht aus einem ebenen Teil 23 und einem Fußteil 22 mit einer ansteigenden Abschrägung, die nach und nach ihren Neigungswinkel oder -grad vergrößert, wenn die ansteigende Abschrägung hoch wird.
Deshalb wird aufgrund dieser Konfiguration ein Quetschraum s in einem Bereich gebildet, wo der ebene Teil 23 mit dem Zylinderkopf 10 ineinander greift, wenn der Kolben 20 nahe des oberen Totpunkts positioniert ist.
Als nächstes, unter Beschreibung des Aufbaus des auf der oberen Fläche 21 des Kolbens 20 vorgesehenen Hohlraums 60, wie in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt ist, ist der Hohlraum 60 zu einer einzigen kugelförmigen Oberfläche geformt, deren Mittelpunkt über der oberen Fläche 21 angeordnet ist und von der Brennstoffeinspritzmittelachse ic auf der Seite der Zündkerze 70 versetzt ist. Ein ringförmiger Vorsprung 62 ist an der Grenzfläche zwischen dem Hohlraum und der ansteigenden Abschrägung ausgebildet. Wenn von oben betrachtet, weist der ringförmige Vorsprung 62 eine ungefähr ovalförmige Konfiguration auf. Weiter ist der ringförmige Vorsprung 62 an der Zündkerze 70 versetzt und in Richtung auf die Zündkerze 70 abgeschrägt.
Die Durchlasslänge über dem ovalförmigen Vorsprung 62 in der Richtung von den Einlassventilen 40 zu den Ablassventilen 41 wird ausgelegt, um etwa 50 Prozent einer Bohrung d des Zylinders 13 zu umfassen. Weiter ist ein tiefster Teil 63 des Hohlraums 61 auf der Seite der Zündkerze 70 von der Zylinderachse c versetzt und die Tiefe von dem ebenen Teil 23 zum tiefsten Teil 63 wird ausgelegt, um etwa 15 Prozent der Bohrung d des Zylinders 13 zu betragen.
Wenn der Kolben 20 nahe dem oberen Totpunkt wie in Fig. 1 gezeigt positioniert ist, ist ferner die Elektrode 71 so angeordnet, um in den Hohlraum 61 einzutauchen. Weiter spritzt der Brennstoffeinspritzer 50 Brennstoff auf solche Weise ein, dass der gesprühte Brennstoff innerhalb des Hohlraums 60 des Kolbens 20 in einer speziellen Position bleibt.
Bei Beschreibung eines Betriebs und Effekts des so aufgebauten, im Zylinder arbeitenden Brennstoffeinspritzmotors, ist der Motor so aufgebaut, um Schichtladungsverbrennung in Betriebsbedingungen niedriger und mittlerer Belastung durchzuführen und homogene Ladungsverbrennung durchzuführen, und daher werden die Brennstoffeinspritzmenge, die Brennstoffeinspritzzeit und die Zündungszeit so gesteuert. Da das Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Verbrennung in einem niedrigen oder mittleren Belastungsbereich liegt, soll in diesem Beschreibungsdokument die Beschreibung der homogenen Ladungsverbrennung in einem hohen Belastungsbereich weggelassen werden.
Wenn der Kolben 20 auf eine spezielle Position direkt vor Abschluss des Verdichtungshubs ansteigt, wird der Brennstoff f zuerst von dem Brennstoffeinspritzer 50 in den Hohlraum 60 des Kolbens 20 in einer hohlen Kegelform eingespritzt. Da der Mittelpunkt des Hohlraums 60 auf die Seite der Zündkerze 70 versetzt ist, stößt der Hauptteil des eingespritzten Brennstoffs f schräg gegen einen kugelförmigen Oberflächenteil 61b auf der Ablassventilseite 41. Im Folgenden wird dieser kugelförmige Oberflächenteil 61b als "Brennstoffkollisionsfläche" bezeichnet werden.
Deshalb fällt die hohle Kegelform des Brennstoffs f zusammen und der Brennstoff f wird durch die Auswirkungen von Zurückwerfen, Kriechen und Springen zerstreut. Der zurückgeworfene oder springende Brennstoff f ist teilweise in Richtung auf die Zündkerze 70 und teilweise in Richtung auf die geneigte Fläche 32 des Deckenteils 31 bei gehaltener Einspritzenergie ausgerichtet.
Der zu der geneigten Fläche 32 ausgerichtete Teil des Brennstoffs wird weiter darauf zurückgeworfen und in Richtung auf den Mittelpunkt der Verbrennungskammer 30 zerstreut. Andererseits erzeugt der ansteigende Kolben 20 einen Quetschfluss entlang dem Fußteil 22 von dem Quetschraum s in Richtung auf die Mitte der Verbrennungskammer. Dies soll bedeuten, dass das Quetschen einen Effekt zum Verhindern aufweist, dass Brennstoff f in die Richtung der Innenwand 14 des Zylinders 13 zerstreut wird.
Ferner wird der in dem Hohlraum 60 zerstreute Brennstoff f auf einem schwachen Taumelfluss getragen und zu der Seite der Zündkerze 70 geführt, wodurch die Bildung zerbrochener Anteile des Gasgemischs oder einer übermäßig mageren Mischung, die Flammenausbreitung behindert, verhindert werden kann.
Das heißt, ein lokal fettes entzündbares Gasgemisch wird um die Elektrode 71 in einem gesamten magereren Mischzustand gebildet.
Wenn das so gebildete fette Gasgemisch zu einer speziellen Zündungszeit entzündet wird, wird das Gasgemisch schnell in dem mageren Mischzustand verbrannt und eine Schichtladungsverbrennung wird abgeschlossen.
Weiter wird aufgrund des Vorliegens der geneigten Flächen 32 und 33 des Deckenteils 31 der schwache Taumelfluss aufrechterhalten, der nicht einmal unter dem Verdichtungshub behindert wird.
Diese verschiedenen oben beschriebenen Arbeitsgänge verwirklichen die unter niedrigen und mittleren Belastungsbedingungen durchgeführte Schichtladungsverbrennung, wodurch Beseitigung von Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden, ein gutes Fahrvermögen und Brennstoffwirtschaftlichkeit ermöglicht werden.
Außerdem weist dieser Typ von Verbrennungskammer, die aus dem Hohlraum 60 und dem Deckenteil 31 vom Halbdachtyp besteht, einen so breiten Breichen von Verdichtungsverhältnissen auf, dass der Motor so aufgebaut werden kann, um mit normalem Benzin betrieben zu werden.
Da der gesprühte Brennstoff darüber hinaus kaum in Richtung auf die Seite der Zylinderwand 14 aufgrund der Richtung von Brennstoffeinspritzung und des Kolbenhohlraums 20 zerstreut wird, wird verhindert, dass ein Teil des Brennstoffs f an der Zylinderwand anhaftet. Der angehaftete Brennstoff verschlechtert allgemein die Verbrennung und Schmierung zwischen dem Zylinder und Kolben.
Fig. 4 zeigt eine Verbrennungskammer gemäß einer zweiten Ausführungsform, und Fig. 5 ist eine Draufsicht des für die zweite Ausführungsform verwendeten Kolbens. In diesen Zeichnungen soll die Beschreibung von Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform weggelassen werden, da die Komponenten die gleichen Funktionen haben.
Das Merkmal der Verbrennungskammer gemäß der zweiten Ausführungsform liegt in dem Aufbau des Hohlraums 60 des Kolbens 20. Der Kolbenhohlraum 60 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht aus einer kugelförmigen Oberfläche mit einem kleinen Krümmungsradius R1 und einer kugelförmigen Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius R2, die auf der Seite des Einlassventils 40 bzw. der Seite des Ablassventils 41 vorgesehen sind. Ferner ist der ringförmige Vorsprung 62 in einem ungefähr ovalförmigen Kreis ausgebildet.
Die kugelförmige Oberfläche mit einem kleinen Krümmungsradius R1 auf der Seite des Einlassventils 40 wird als eine Brennstoffkollisionsfläche 61a bezeichnet und die kugelförmige Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius R2 auf der Seite des Ablassventils 41 wird als eine Brennstoffführungsfläche 61b bezeichnet. Beide dieser Oberflächen 61a, 61b sind glatt an der Grenzfläche derselben miteinander verbunden. Die Mittelpunkte der Krümmungsradien R1 und R2 befinden sich an der oberen Position versetzt von der Mittelachse ic des Brennstoffeinspritzers 50 auf der Seite der Zündkerze 70.
Die Durchlasslänge über dem ovalförmigen Vorsprung 62 in der Richtung von den Einlassventilen 40 zu den Ablassventilen 41 wird auslegt, um etwa 50 Prozent einer Bohrung d des Zylinders 13 zu betragen. Weiter ist ein tiefster Teil 63 des Hohlraums 61 auf der Seite der Zündkerze 70 von der Zylinderachse c versetzt und die Tiefe von dem ebenen Teil 23 zu dem tiefsten Teil 63 wird ausgelegt, um etwa 15 Prozent der Bohrung d des Zylinders 13 zu betragen. Die Elektrode 71 ist über der Brennstoffkollisionsfläche 61a angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Die so aufgebaute Verbrennungskammer hat verglichen mit der ersten Ausführungsform die Fähigkeit, Gasgemisch in der Elektrode 71 zu konzentrieren.
In dieser Ausführungsform besteht der Hohlraum 60 aus zwei kugelförmigen Oberflächen mit einem kleinen und großen Krümmungsradius, aber alternativ kann der Hohlraum 60 durch kugelförmige Oberflächen mit mehr als zwei Krümmungsradien gebildet werden.
Fig. 6 zeigt eine Verbrennungskammer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 7 ist eine Draufsicht eines für die dritte Ausführungsform verwendeten Kolbens. In diesen Zeichnungen soll die Beschreibung von Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform weggelassen werden, da die Komponenten die gleichen Funktionen aufweisen.
In der Verbrennungskammer besteht der Hohlraum 60 des Kolbens 20 aus einer flachen Bodenfläche 64, die in Richtung auf die Seite der Zündkerze 70 abgeschrägt ist, einem unteren Randkreis 65 und einer Randwandfläche 66, die vom unteren Randkreis 65 bei speziellen Winkeln ansteigt und die flache Bodenfläche 64 umschließt. Der ringförmige Vorsprung 62 ist zu einem ungefähr runden Kreis geformt, welcher auf der Zündkerzenseite versetzt ist.
Weiter ist die abgeschrägte Bodenfläche 64 auch zu einem ungefähr runden Kreis geformt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform wird der Schrägwinkel so erzeugt, um parallel zu der geneigten Fläche 32 auf der Seite des Einlassventils 40 innerhalb des Querschnitts zu sein. Deshalb steht die abgeschrägte Bodenfläche 64 beinahe parallel der geneigten Fläche 32 gegenüber. Außerdem stimmt der Mittelpunkt der abgeschrägten Bodenfläche 64 beinahe mit der Mittelachse ic des Brennstoffeinspritzers 50 überein.
Die Randwandfläche 66 ist so aufgebaut, um breiter in Richtung auf das offene Ende zu werden. Weiter weist eine Wandfläche 66a der Randwandfläche 66 auf der Seite des Einlassventils 40 einen anderen Schrägwinkel in Bezug zu der abgeschrägten Bodenfläche 64 von einer Wandfläche 66b der Randwandfläche 66 auf der Seite des Ablassventils 41 auf. Ferner ist die Wandfläche 66a auf der Seite des Einlassventils 40 zu einer gekrümmten Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius geformt. Außerdem nähert sich die Wandfläche 66a an der Kolbenposition nahe des oberen Totpunkts der Elektrode 71 an.
Andererseits weist die Wandfläche 66b einen Querschnitt auf, der in einer gerade Linie geformt ist, und ihr Schrägwinkel wird ausgelegt, um ungefähr orthogonal in Bezug zu der geneigten Fläche 33 auf der Seite des Ablassventils 41 zu sein. Weiter ist die abgeschrägte Bodenfläche 64 mit der Wandfläche 66b durch eine glatte gekrümmte Oberfläche verbunden.
In Übereinstimmung mit der so aufgebauten Verbrennungskammer wird, verglichen mit der ersten und zweiten Ausführungsform, da der von dem Brennstoffeinspritzer 50 eingespritzte Brennstoff f gegen die flache Oberfläche anstößt, das Mischen des Brennstoffs mit Luft homogener durchgeführt, und daher kann eine höher entwickelte Mischsteuerung erzielt werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform die abgeschrägte Bodenfläche 64 flach ausgelegt ist, kann sie zu einer kugelförmigen Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius geformt werden, dessen Mittelpunkt darüber angeordnet ist. Weiter kann die Wandfläche 66a zu einer geraden Linie in ihrem Querschnitt geformt werden, und in ähnlicher Weise kann die Wandfläche 66b als eine kugelförmige Oberfläche mit einem großen Krümmungsradius aufgebaut werden.
Zusammengefasst, kollidiert der eingespritzte Brennstoff gemäß dem in der vorliegenden Erfindung offenbarten, im Zylinder arbeitenden Brennstoffeinspritzmotor bei Einspritzung von Brennstoff von dem Brennstoffeinspritzer mit einer Oberfläche, die in Richtung auf die Zündkerze in dem auf dem Kolben vorgesehenen Hohlraum abgeschrägt ist, und wird auf der Zündmittelseite zerstäubt. Andererseits kollidiert der auf dem Hohlraum zurückgeworfene Brennstoff mit der Decke vom Halbdachtyp der Verbrennungskammer und wird von dort erneut zerstreut. Der zerstreute Brennstoff wird auf dem Taumelfluss getragen und das Gasgemisch aus Brennstoff und Luft sammelt sich nahe der Elektrode der Zündkerze. Das so gebildete Gasgemisch wird zu einer speziellen Zündungszeit entzündet, um Schichtladungsverbrennung durchzuführen.
Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Feinsteuerung des lokalen Verhältnisses von Luft zu Brennstoff vorzunehmen, wodurch eine gute und stabile Schichtladungsverbrennung erhalten werden kann.

Claims

1. Verbrennungsmotor, der einen Zylinder (13), einen Kolben (20), der bewegbar in dem genannten Zylinder für Hin- und Herbewegung angeordnet ist, einen Zylinderkopf (10), ein Einlassventil (40) angeordnet in dem genannten Zylinderkopf zum Einführen von Luft, und ein Ablassventil (41) angeordnet in dem genannten Zylinderkopf zum Ablassen verbrannter Gase umfasst, wobei der Motor weiter umfasst:

eine halbdachförmige Verbrennungskammer (30), die auf einer unteren Oberfläche des genannten Zylinderkopfes vorgesehen ist und eine geneigte Fläche (32) an der genannten Einlassventilseite und eine geneigte Fläche (33) an der genannten Ablassventilseite umfasst;

einen Brennstoffeinspritzer (50) angeordnet in dem genannten Zylinderkopf an einer Position (ic) versetzt von der Mittelachse (c) des genannten Zylinders an der genannten Ablassventilseite, dessen Einspritzdüse so nach unten ausgerichtet ist, um einen Brennstoff von oben nach unten einzuspritzen;

eine Zündkerze (70), die, in dem genannten Zylinderkopf angrenzend an das genannte Einlassventil (40) angeordnet ist und von der genannten Einlassventilseite zu der genannten Verbrennungskammer schräg in Bezug zur Achse des genannten Zylinders ausgerichtet ist;

einen ringförmigen Vorsprung (62), der an der oberen Oberfläche des genannten Kolbens (20) vorgesehen ist und dessen Mitte (63) von der Achse des genannten Zylinders an der genannten Ablassventilseite versetzt und an der genannten Zündkerzenseite abgeschrägt ist,

einen konkaven Teil (60), der an der oberen Fläche des genannten Kolbens innerhalb des genannten ringförmigen Vorsprungs (62) vorgesehen und von der Mittelachse des genannten Brennstoffeinspritzers auf der genannten Zündkerzenseite versetzt ist; und

eine Elektrode (71) der genannten Zündkerze, die in den genannten konkaven Teil (60) vorsteht, wenn sich der Kolben beinahe am oberen Totpunkt befindet.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die obere Oberfläche (21) des genannten Kolbens (20) mit dem genannten ringförmigen Vorsprung (62) durch eine ansteigende Abschrägung (22) verbunden ist, deren Grad zunimmt, wenn sie hoch wird.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem

der genannten konkave Teil (60) zu einer kugelförmigen Oberfläche mit einem einzigen Krümmungsradius geformt ist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem die genannte kugelförmige Oberfläche eine Mitte eines Krümmungsradius aufweist, die an einer versetzten Position von der Mittelachse (ic) des genannten Brennstoffeinspritzers (50) auf der genannten Zündkerzenseite angeordnet ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem

der genannten konkave Teil (60) eine kleine und große kugelförmige Oberfläche (61a, 61b) mit einem kleinen bzw. großen Krümmungsradius (R1, R2) aufweist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5. bei dem die genannte kleine kugelförmige Oberfläche (61a) auf der genannten Zündkerzenseite ausgebildet ist und die genannte große kugelförmige Oberfläche (61b) auf der genannten Brennstoffeinspritzerseite ausgebildet ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei der

die genannte kleine kugelförmige Oberfläche (61a) eine Mitte eines Krümmungsradius aufweist, die in einer versetzten Position auf der genannten Zündkerzenseite angeordnet ist.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem

die große kugelförmige Oberfläche (61b) eine Mitte eines Krümmungsradius aufweist, die in einer versetzten Position auf der genannten Zündkerzenseite angeordnet ist.

9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 8, bei dem

der genannte konkave Teil (60) kugelförmige Oberflächen mit einer Mehrzahl von Krümmungsradien aufweist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem

der genannte konkave Teil (60) eine flache Bodenfläche (64), die in Richtung auf die genannte Zündkerzenseite geneigt ist, und eine Randwandfläche (66) aufweist, die von der genannten flachen Bodenfläche ansteigt.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10,

bei dem die genannte flache Bodenfläche (64) parallel zu der genannten geneigten Fläche (32) auf der genannten Einlassventilseite ist.