DE69801464T2

DE69801464T2 - Direkteinspritzbrennkraftmaschine mit Zündvorrichtung

Info

Publication number: DE69801464T2
Application number: DE69801464T
Authority: DE
Inventors: Motohiro Matsumura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: KR19980087224A; EP0879944A3; US5915353A; KR100302434B1; EP0879944A2; DE69801464D1; EP0879944B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs- Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Funkenzündungs- Maschine ist bereits aus der US-A-4 956 604 bekannt.
Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei einer Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine, bei der Kraftstoff (wie eine Benzinsorte) direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, und insbesondere die Verbesserungen zum Erreichen einer effektiven Schichtladungs-Verbrennung und einer effektiven Homogenladungs-Verbrennung in einer solchen Maschine.
Es sind Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschinen für ein Kraftfahrzeug bekannt geworden, bei denen Kraftstoff direkt in einen Maschinenzylinder eingespritzt wird, um durch eine Zündkerze gezündet zu werden. Eine von diesen ist in US-PS 5 553 588 mit dem Titel "Spark-ignited Direct Cylinder Fuel Injection Engine" beschrieben und wie folgt gestaltet: die Maschine hat zwei Einlassöffnungen für jeden Zylinder, von denen eine der Einlassöffnungen mit einem Wirbelsteuerventil versehen ist. Jeder Kolben besitzt einen an seiner Kolbenkrone ausgebildeten Hohlraum, der einen Teil einer zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf definierten Brennkammer bildet. Kraftstoff wird von einem Kraftstoff-Einspritzventil im Komprimierungshub zu dem Hohlraum hin eingespritzt und bildet dadurch örtlich eine Schicht brennbares Luft/Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze, so dass eine Schichtladungsverbrennung erreicht wird. Zusätzlich wird bei einer bestimmten Maschinenbetriebsbedingung Kraftstoff in einem Einlasshub eingespritzt, damit Kraftstoff innerhalb der Brennkammer verteilt und dadurch ein homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, um so eine Homogenladungs- Verbrennung zu bewirken.
Um eine wirksame Schichtladungsverbrennung in der Zylinder-Direkteinspritz- Funkenzündungsmaschine zu erreichen, ist es notwendig, ein Schichtladungs- oder Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder auszubilden. In dieser Beziehung wird bei der genannten herkömmlichen Maschine vom Kraftstoff-Einspritzventil im Komprimierungshub eingespritzter versprühter (fein verteilter) Kraftstoff innerhalb des Hohlraums an der Kolbenkrone verdampft und unter Beeinflussung durch Gasströmung (in der Brennkammer), die durch das Wirbelsteuerventil geregelt wird, und unter der Wirkung einer Sprühdurchdringungskraft als einem Charakteristikum des Kraftstoff-Einspritzventils in die Umgebung der Zündkerze getragen. So wird es möglich, ein schichtförmiges Luft/Kraftstoff-Gemisch zu entzünden und dadurch eine magere Verbrennung zu bewirken.
Die Gasströmung innerhalb des Zylinders beruht jedoch auf Ansaugen und Komprimieren von Einlassluft unter Bewegung des Kolbens, und deswegen steigt die Geschwindigkeit der Gasströmung mit einer Erhöhung der Maschinendrehzahl oder einer Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit an. Demzufolge ist es im Falle einer Schichtladungsverbrennung erforderlich, das Luft/Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze in guter Bedingung zu halten, ohne dass es während eines Zeitraums zwischen einem Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt und einem Funkenzündungs-Zeitpunkt dispergiert wird, da der Abstand zwischen denn Kraftstoff-Einspritzventil und der Zündkerze festliegt.
Um fein versprühten Kraftstoff unter starker Gasströmung sicher zu der Umgebung der Zündkerze zu tragen, ist eine ausreichende Kraftstoff-Sprühdurchdringungskraft erforderlich. Diese Erfordernis kann erfüllt werden durch Konzentrieren des Sprühstrahls von fein verteiltem Kraftstoff, z. B. durch Verengen des Sprühwinkels des Kraftstoff-Sprühstrahls. Jedoch neigt eine Konzentration des Kraftstoff-Sprühstrahls dazu, eine fette Luft/Kraftstoff-Gemischmasse in der Brennkam mer zu bilden, so dass in der Brennkammer Ruß erzeugt wird, wodurch die Zündkerze verrußen kann. In dieser Beziehung nimmt die Größe der Gasströmung in der Brennkammer proportional zur Maschinendrehzahl zu. Eine Transportsteuerung eines Schicht-Luft/Kraftstoff-Gemisches hängt von den jeweiligen Parametern der Gasströmung und der Kraftstoff-Sprühdurchdringungskraft ab, wobei ein Transportsystem dadurch stabil wird, dass es in Abhängigkeit von den. Parametern der Kraftstoff-Sprühdurchdringungskraft gesteuert wird. Um eine horizontale (zur Zündkerze gerichtete) Geschwindigkeitskomponente zu verbessern, ist es jedoch erforderlich, den Sprühwinkel zu minimieren, um so den Konzentrationsgrad des Kraftstoff-Sprühstrahls zu erhöhen. Das fördert Probleme wie die Rußerzeugung in der Brennkammer.
Um eine effektive Homogen-Verbrennung in der Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine zu bewirken, ist es weiter notwendig, den fein versprühten Kraftstoff wirksam zu verdampfen und den fein versprühten Kraftstoff mit Luft zu mischen, um dadurch ein Anhängen des Kraftstoffes an die Wand der Brennkammer zu verhindern. Im Hinblick darauf wird vorgeschlagen, die Kraftstoffeinspritzung in der Anfangsstufe des Einlasshubs herzustellen, um einen Zeitraum für das Verdampfen des Kraftstoffes sicherzustellen, was dazu neigt, die Bedingung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer zu verbessern und die Leistungsabgabe der Maschine zu erhöhen. Jedoch wird im Falle, dass fein verteilter Kraftstoff sich mit dem Kolben und der Wand der Brennkammer in einem hohen Konzentrationszustand trifft, bevor eine Dispergierung des Kraftstoffstrahls eintritt, wenn der Kolben sich in der Nähe des oberen Totpunktes befindet, der fein verteilte Kraftstoff an der Oberfläche des Kolbens und an der Brennkammerwand anhaften und dadurch Ruß erzeugen, während gleichzeitig die Abgastemperatur zum Ansteigen gebracht wird und eine Leistungsabgabe-Verschlechterung infolge unzureichender Vermischung des Kraftstoffes mit Luft eintritt.
Sonst ist noch vorgeschlagen worden, einen tiefen Hohlraum an der Kolbenkrone zu bilden, um den relativen Abstand zwischen der Kolbenkronenfläche und einer Kraftstoff-Einspritzposition bei dem gleichen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt zu erhöhen, um das Anprallen des Kraftstoff-Sprühstrahls an den Kolben zu verhindern. Das erhöht jedoch die Oberflächengröße der Brennkammer und führt zu einer Erhöhung des Wärmeverlustes der Maschine, während die Gasströmung innerhalb des Zylinders behindert wird, wodurch die Leistungsabgabe der Maschine absinkt.

KURZE ZUSAMMEN FASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine zu schaffen, die die bei herkömmlichen Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschinen angetroffenen Nachteile überwinden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine zu schaffen, die sowohl eine wirksam geschichtete Ladungsverbrennung und wirksame Homogenladungs-Verbrennung gemäß den Maschinen-Betriebsbedingungen erreicht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine zu schaffen, bei der eine Durchdringungskraft des versprühten Kraftstoffes zu einer Zündkerze hin verbessert wird, ohne eine Konzentration des versprühten Kraftstoffes zu verursachen, um dadurch wirksam eine Schichtladung in einer Brennkammer zu bilden, während wirksam der versprühte Kraftstoff daran gehindert wird, an der Oberfläche der Brennkammer anzuhaften, und so der versprühte Kraftstoff in der Brennkammer verteilt wird und dadurch wirksam eine homogene Ladung in der Brennkammer bildet.
In Zuwendung zu den vorher erwähnten Problemen definiert die vorliegende Erfindung eine Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung eine Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine, die in einem Zylinderkopf bewegbar angeordnete Einlass- und Auslassventile umfasst. Ein Kolben ist in einem Zylinder eines Zylinderblocks bewegbar so angeordnet, dass eine Brennkammer bestimmt wird. Der Kolben ist an seiner Kolbenkrone mit einem allgemein kreisförmigen Hohlraum ausgebildet, mit einer Zentralachse, die gegen eine Zentralachse des Kolbens zu dem Einlassventil hin versetzt ist. Eine Zündkerze ist so vorgesehen, dass ihr Spitzen-Endabschnitt über einem Teil eines Umfangsanteils des kreisförmigen Hohlraums angeordnet ist, welcher Teil näher an der Zentralachse des Kolbens als am Umfang des Kolbens gelegen ist. Ein Gerät zum Erzeugen von Verwirbelung der Einlassluft in der Brennkammer ist vorgesehen. Eine Kraftstoff-Einspritzdüse ist vorgesehen, um Kraftstoff direkt in die Brennkammer einzuspritzen, und weist eine Achse auf, die relativ zu einer ebenen Unterfläche des Zylinderkopfs geneigt ist und sich allmählich in Richtung vom Einlassventil zum Auslassventil der ebenen Unterfläche nähert. Die Kraftstoff-Einspritzdüse besitzt eine Kraftstoff-Ausgabeöffnung, deren Achse sich relativ zur Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse so neigt, dass sie einen ersten Winkel bildet, der kleiner ist als ein durch die Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse relativ zur ebenen Unterfläche des Zylinderkopfes gebildeter zweiter Winkel.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft eine Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine, die einen Zylinderblock mit einer Vielzahl von Zylindern umfasst. Ein Zylinderkopf ist fest an einer Blockfläche des Zylinderblocks angebracht. Der Zylinderkopf hat erste und zweite Einlassöffnungen und erste und zweite Auslassöffnungen für jeden Zylinder. Eine Kraftstoff-Einspritzdüse ist vorgesehen, um Kraftstoff direkt in die Brennkammer einzuspritzen. Die Kraftstoff-Einspritzdüse weist eine Achse auf, die sich relativ zu einer ebenen Unterfläche des Zylinderkopfes neigt und sich allmählich der ebenen Unterfläche in einer Richtung vom Einlassventil zum Auslassventil nähert. Die Kraftstoff-Einspritzdüse hat eine Kraftstoff-Ausgabeöffnung, deren Achse relativ zu der Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse so geneigt ist, dass sie einen ersten Winkel bildet, der kleiner als ein durch die Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse relativ zur ebenen Unterfläche des Zylinderkopfes gebildeter zweiter Winkel ist. Eine Zündkerze ist so angeordnet, dass ihr Spitzen-Endabschnitt in die Brennkammer hinein vorsteht. Ein Kolben ist bewegbar in dem Zylinder angeordnet, um die Brennkammer zwischen sich und dem Zylinderkopf zu bestimmen. Der Kolben ist an seiner Kolbenkrone mit einem allgemein kreisförmigen Hohlraum gebildet mit einer Zentralachse, die gegen eine Zentralachse des Kolbens zu den Einlassventilen hin versetzt ist. Ein Wirbelsteuerventil ist zur Steuerung der Luftströmung in der ersten Einlassöffnung gemäß einem Maschinenbetriebszustand angeordnet. Bei der genannten Anordnung besitzt die zweite Einlassöffnung eine Achse, von der zumindest ein größerer Teil in einer ersten vertikalen Ebene enthalten ist, die gegen eine zweite Vertikalebene so geneigt ist, dass sie einen ersten vorgegebenen Winkel bildet. Die erste vertikale Ebene nähert sich allmählich der Zentralachse des Kolbens in einer Richtung zur Brennkammer hin relativ zu der vertikalen Querstromebene. Die erste und die zweite Vertikalebene liegen vertikal zur Blockfläche des Zylinderblocks. Die zweite Vertikalebene tritt durch die ersten Einlassund Auslassventile hindurch und liegt senkrecht zu einer dritten Vertikalebene, welche die Zentralachsen der Zylinder enthält, und vertikal zu der Blockfläche. Die ersten Einlass- und Auslassventile sind jeweils an entgegengesetzt liegenden Seiten der dritten Vertikalebene gelegen.
Gemäß der genannten Anordnung der Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs- Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird mittels der Kraftstoff-Ausgabeöffnung der Kraftstoff-Einspritzdüse, welche Ausgabeöffnung nach oben abgelenkt ist, um sich einer horizontalen Richtung zu nähern, eine in hohem Maße abgelenkte oder allgemein horizontale Geschwindigkeitskomponente des von der Kraftstoff- Einspritzdüse ausgelassenen Kraftstoff-Sprühstrahls (in Form eines Kegels) im Vergleich mit einer weniger abgelenkten oder allgemein vertikalen Geschwindigkeitskomponente des Kraftstoff-Sprühstrahls bevorzugt. Demzufolge wird die allgemein horizontale Geschwindigkeitskomponente des Kraftstoff-Sprühstrahls erhöht, ohne den Sprühwinkel des Kraftstoff-Sprühstrahls zu vermindern, d. h. durch Minimierung gesprühter Kraftstoffpartikel (im Gegensatz zu einer Kraftstoff- Sprühdurchdringungskraft). Das erhöht die Kraftstoff-Sprühdurchdringungskraft in einer Richtung zu der Zündkerze hin und unterstützt das Vorschieben des gesprühten und fein verteilten Kraftstoffs in die Umgebung der Zündkerze. Dementsprechend wird fein verteilter Kraftstoff unter der Einwirkung von verwirbelndem Gasstrom verdampft und sicher in die Umgebung der Zündkerze getragen unter der Einwirkung der in der Richtung zu der Zündkerze hin bevorzugten Kraftstoff-Sprühdurchdringungskraft. Als Ergebnis kann eine Schichtladungsverbrennung über einen großen Bereich der Maschinenbetriebsbedingung erreicht werden, wobei die Erzeugung von Ruß in der Brennkammer und eine Verrußung der Brennkammer wirksam verhindert wird.
Daneben vermindert die mit der nach oben abgelenkten Kraftstoff-Ausgabeöffnung ausgebildete Kraftstoff-Einspritzdüse nicht nur die Menge des zu der Kolbenkrone hin oder allgemein nach unten gerichteten Kraftstoffs, sondern senkt auch die Geschwindigkeit des gesprühten Kraftstoffes ab, um dadurch ein Anlegen des gesprühten Kraftstoffes an die Kolbenkrone zu verhindern. Zusätzlich wird der Kraftstoff-Sprühstrahl von der Kraftstoff-Einspritzdüse nach oben in Annäherung zur horizontalen Richtung abgelenkt, und deshalb kreuzt die Strömungsrichtung des Kraftstoff-Sprühstrahls die der durch ein Einlassventil in die Brennkammer eingeführten Einlassluft mit einem großen Querungswinkel, um dadurch das Mischen von Kraftstoff und Einlassluft zu befördern. Weiter wird der zum Strom der Einlassluft gerichtete Kraftstoff nicht nur in sein Menge, sondern auch in seiner Strömungsgeschwindigkeit erhöht, so dass weiter das Mischen von Kraftstoff mit Einlassluft befördert wird.
Als ein Ergebnis wird so gar dann, wenn Kraftstoff von der Kraftstoff-Einspritzdüse in der Eingangsstufe des Einlasshubes ohne Ausbilden eines tiefen Hohlraums an der Kolbenkrone eingespritzt wird, das Auftreffen des gesprühten Kraftstoffes auf den Kolben unterdrückt, um eine Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes aus Kraftstoff an der Kolbenkronenfläche zu vermeiden und dadurch die Rußerzeugung in der Brennkammer zu verhindern. Eine derartige Kraftstoff-Einspritzung in der Eingangsstufe des Einlasshubes lässt Zeit zum Verdampfen von Kraftstoff sicherstellen, während der Kreuzungswinkel zwischen der Fließrichtung des gesprühten Kraftstoffes und der der Einlassluft erhöht wird, um dadurch das Mischen des gesprühten Kraftstoffes mit der Einlassluft und das Verdampfen des Kraftstoffes zu befördern. Das verbessert die Antiklopf-Eigenschaft und den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine und hält zusätzlich die Verbrennungstemperatur auf einem hohen Pegel, um dadurch die Abgastemperatur abzusenken. Es ist unnötig, den an der Kolbenkrone gebildeten Hohlraum zu vertiefen, und deshalb wird die Oberflächengröße der Brennkammer nicht unnötig erhöht, wodurch die Leistungsabgabe der Maschine erhöht und ein Wärmeverlust der Maschine verhindert wird. Damit kann wirksam Homogenladungs-Verbrennung in der Brennkammer erreicht werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Teildraufsicht auf eine Ausführungsform einer Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Draufsicht auf die Maschine nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vergrößerte schematische Teil-Vertikalschnittansicht der Maschine nach Fig. 1;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer Kraftstoff-Einspritzdüse, wie sie in der Maschine nach Fig. 1 Verwendung findet, die die Funktion der Kraftstoff- Einspritzdüse zeigt;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht des Spitzen-Endabschnitts der Kraftstoff-Einspritzdüse aus Fig. 4;
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf eine Brennkammer der Maschine aus Fig. 1, die einen Zustand darstellt, in welchem Schichtladung ausgebildet wird; und
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die das Abgabedrehmoment und die Rußerzeugungsmenge bezogen auf die Kraftstoff-Einspritzzeitgabe zeigt, die durch an einer Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine mit der Kraftstoff-Einspritzdüse nach Fig. 4 und 5 durchgeführte experimentelle Messungen erhalten wurden, und solche die mit der gleichen, aber mit einer herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzdüse ausgerüsteten Maschine erhalten wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer (mit Benzin betriebenen) Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugszeichen E dargestellt. Die Maschine E dieser Ausführungsform ist für ein Kraftfahrzeug bestimmt und besitzt eine Vielzahl von in einem Zylinderblock 3 ausgebildeten Maschinenzylindern C, wenn auch nur ein Zylinder C gezeigt ist. In jedem Zylinder C ist ein Kolben bewegbar angeordnet, um eine Brennkammer 1 zwischen sich und einem Zylinderkopf 2 zu bestimmen, der an seiner ebenen Grundfläche mit dem Blockstapel (Zylinder-Oberstapel) oder der ebenen oberen Fläche D des Zylinderblocks 3 sicher verbunden ist.
Der Zylinderkopf 2 ist mit zwei (ersten und zweiten) Einlassöffnungen 5A, 5B und zwei Auslassöffnungen E1, E2 (in Fig. 2 zu sehen) für jeden Zylinder C oder für jede Brennkammer 1 ausgebildet. Die beiden Einlassöffnungen 5A, 5B sind an der gegenüberliegenden Seite einer vertikalen Zylinderkopfebene P gelegen mit Bezug auf die beiden Auslassöffnungen E1, E2, wobei die vertikale Zylinderkopfebene P die (nicht dargestellten) Zentralachsen der Zylinder C enthält. Die Einlassöffnungen 5A, 5B haben jeweilige abstromseitige (zur Brennkammer 1 geöffnete) Enden, an denen je zwei Einlassventile 6A, 6B bewegbar angeordnet sind. Die Auslassöffnungen E1, E2 besitzen jeweilige zustromseitige (zur Verbrennungskammer 1 geöffnete) Enden, an welchen je zwei Auslassventile 7A, 7B bewegbar angeordnet sind.
Der Kolben 4 ist in seiner Kolbenkrone mit einem kreisförmigen Hohlraum oder einer solchen Vertiefung 8 ausgebildet, die einen Teil der Brennkammer 1 bildet. Genauer gesagt, ist der Hohlraum an der oberen Fläche der Kolbenkrone gebildet und so flach oder eben, dass seine Grundfläche 8 allgemein eben ist. Die Zentralachse C2 des Hohlraums 8 verläuft allgemein parallel zu der Zentralachse C1 des Kolbens 4 und zu den Einlassventilen 6A, 6B hin versetzt, d. h. ist näher an den Einlassventilen 6A, 6B als an den Auslassventilen 7A, 7B angeordnet. Der Umfang 8a des Hohlraums 8 ist allgemein kreisförmig, wenn er wie in Fig. 2 von oben gesehen wird. Ein Teil des Umfangs 8a des Hohlraums 8 ist über den anderen Teil des Umfangs 8a so angehoben, dass er, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Kantenlinie R bildet, wobei dieser Teil an der gegenüberliegenden Seite einer (nicht dargestellten) die Zentralachse C2 enthaltenden vertikalen Ebene liegt, bezogen auf die Seite, in der eine Kraftstoff-Einspritzdüse 10 angeordnet ist.
Eine Zündkerze 9 ist an dem Zylinderkopf 2 so installiert, dass ihr Spitzen-Endabschnitt (mit den Elektroden) in die Brennkammer 1 hinein vorsteht und über einem Teil des ringförmigen Umfangsteils des kreisförmigen Hohlraums 8 liegt. Die Zündkerze 9 ist allgemein längs der Zentralachse C1 des Zylinders C angeordnet. Insbesondere ist die Achse der Zündkerze 9 leicht von der Zentralachse C1 des Zylinders C zu den Auslassventilen 7A, 7B hin versetzt.
Die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 ist zwischen den ersten und zweiten Einlassöffnungen 5A, 5B angeordnet, wenn sie von oben angesehen wird, wie in Fig. 2 gezeigt, und so positioniert, dass sie Kraftstoff (Benzin) direkt in die Brennkammer 1 einspritzt. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 ist so installiert, dass sie schräg nach unten gerichtet ist, und erstreckt sich in einer Richtung von den Einlassventilen 6A, 6B zu den Auslassventilen 7A, 7B. Insbesondere ist die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 so positioniert, dass ihre (durch eine gestrichelte Linie angezeigte) Achse einen vorgegebenen Winkel θinj relativ zur ebenen oberen Fläche D des Zylinderblocks 3 (oder relativ zur unteren ebenen Fläche des Zylinderkopfes 2) bildet, und ist zu der Bodenfläche 8b des Hohlraums 8 hin gerichtet. Der vorgegebene Winkel θinj liegt im Bereich von 35º bis 45º, vorzugsweise bei etwa 45º. Dementsprechend spritzt die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 Kraftstoff in einer schräg nach unten führenden Richtung oder zu dem Hohlraum 8 ein. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 ist so angeordnet, dass sie Kraftstoff zu einem Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt einspritzt, der bei dieser Ausführungsform im Komprimierungshub unter der Maschinenbetriebsbedingung festgesetzt ist, in welchem eine Schichtladungsverbrennung auszuführen ist.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, enthält die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 einen allgemein Zylindrischen Ventilkörper 10a, dessen Spitzen-Endabschnitt in die Brennkammer 1 vorsteht, um Kraftstoff In die Brennkammer 1 einzuspritzen. Ein Nadelventil 10c ist axial beweglich innerhalb des zylindrischen Ventilkörpers 10a und koaxial mit diesem angeordnet. Das Nadelventil 10c hat einen allgemein kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt mit einer kegligen Oberfläche. Der Spitzen-Endabschnitt des Ventilkörpers 10a enthält eine Endwand D, zu der die Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 senkrecht ist. An der Endwand D ist eine Kraftstoff-Auslassöffnung oder Durchgangsöffnung 10b ausgebildet, durch welche Kraftstoff vom Inneren des Ventilkörpers 10a ausgespritzt wird. Ein (nicht bezeichneter) ringförmiger Abschnitt der Endwand D um das abstromseitige Ende der Kraftstoff-Einspritzöffnung 10b dient als Ventilsitzabschnitt, an welchen sich der konische Spitzen- Endabschnitt der Ventilnadel 10c anlegen oder auf den er aufsitzen kann. Die Kraftstoff-Einspritzöffnung 10b ist so bearbeitet oder gebildet, dass die Achse Hx der Kraftstoff-Einspritzöffnung 10b relativ zur Achse Bx der Ventilnadel 10c und des Ventilgehäuses 10a geneigt oder abgelenkt ist, um einen kleineren Winkel relativ zu der oberen ebenen Fläche H des Zylinderblocks 3 als den vorgegebenen Winkel θinj der Achse Bx relativ zu der oberen ebenen Fläche T des Zylinderblocks zu bilden. Ein vorgegebener Winkel (Kraftstoff-Auslassöffnungs-Abbiegewinkel) θ3 ist zwischen der Achse Hx der Kraftstoff-Auslassöffnung 10b und der Achse Bx des Kraftstoff Einspritz-Ventilkörpers 10a gebildet. Damit wird die Achse Hx der Kraftstoff-Ausgabeöffnung 10b so abgebogen, dass sie in einer horizontalen Richtung relativ zur Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 schließt. Als Ergebnis nimmt aus der Kraftstoff-Ausspritzöffnung 10b ausgegebener Kraftstoff die Form eines hohlen Sprühkegels F nach Fig. 4 an, bei dem der Sprühkegel F einen Sprühwinkel θ4 besitzt. Unter der Einwirkung der Gestaltung der Kraftstoff-Ausgabeöffnung 10b ist die Fließgeschwindigkeit am oberen Teil P1 des Sprühkegels F höher als die am unteren Teil P2 des Sprühkegels F. So wird der Sprühkegel des von der Kraftstoff-Ausgabeöffnung 10b ausgeworfenen Kraftstoffes relativ zur Achse der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 nach oben abgelenkt, wobei der ausgesprühte Kraftstoff leicht in der dem oberen Teil P2 entsprechenden Richtung konzentriert wird.
Ein Wirbelsteuerventil 11 ist bewegbar angeordnet, um die erste Einlassöffnung 5a abzusperren und dazu ausgelegt, steuerbar entsprechend einer Maschinenbetriebsbedingung geöffnet bzw. geschlossen zu werden. Bei dieser Ausführungsform wird das Wirbelsteuerventil 11 so gesteuert, dass es bei einer vorgegebenen Maschinenbetriebsbedingung allgemein vollständig geschlossen ist, in welcher Schichtladungsverbrennung auszuführen ist. Das Wirbelsteuerventil 11 kann teilweise geschlossen werden, um die Luftströmung in die Einlassöffnung 5A bei einer anderen vorgegebenen Maschinenbetriebsbedingung zu steuern. Die zweite Einlassöffnung 5B ist so ausgebildet, dass sie sich allgemein tangential zum Umfang 8a des Hohlraums 8 erstreckt. Genauer gesagt, eine vertikale Öffnungsachsenebene L, welche die Achse X1 (oder mindestens einen größeren Teil der Achse X1) der zweiten Einlassöffnung 5B enthält, ist relativ zu einer vertikalen Querstromebene V1 in solcher Weise geneigt, dass sie sich der Zentralachse C1 des Kolbens 4 in einer Richtung zu der Brennkammer 1 hin nähert, in welcher ein vorgegebener Winkel (Öffnungs-Einwärtsrichtungs-Winkel) θ1 zwischen der vertikalen Öffnungsachsenebene L und der vertikalen Querstromebene V1 gebildet ist. Der vorgegebene Winkel θ1 liegt innerhalb eines Bereiches von nicht weniger als 5º und kleiner als 15º, vorzugsweise bei 8º. Zusätzlich ist die vertikale Öffnungsachsenebene L allgemein parallel zu einer vertikalen Ebene V2, welche eine Tangentenlinie des Umfangs 8a des kreisförmigen Hohlraums 8 an eine imaginäre horizontale Ebene oder an den Blockstapel H des Zylinderblocks H3 enthält. Bei dieser Ausführungsform liegt die vertikale Anschlußachsenebene L innerhalb der vertikalen Ebene V2 und verläuft durch einen Raum außerhalb der Zündkerze 9 und innerhalb relativ zum Umfang 8a des kreisförmigen Hohlraums 8 hindurchtretend. Es ist zu verstehen, dass die vertikale Öffnungsachsenebene L, die vertikale Querstromebene V1 und die vertikale Ebene V2 vertikal zu dem Blockstapel oder zur oberen ebenen Fläche H des Zylinderblocks 3 liegen. Die vertikale Querstromebene V1 tritt durch das Einlassventil 6B und das Auslassventil 7B hindurch und liegt senkrecht zu der Zylinderachsenebene P, welche die Achsen der Zylinder C enthält. Es ist zu verstehen, dass die Zylinderachsenebene P vertikal zum Blockstapel H liegt.
So ist in anderen Worten der vorgegebene Winkel θ1 ein Winkel mit einer nach innen liegenden Neigung der Einlassöffnung 5B (genauer gesagt, der Einlassöffnungsachse X1) relativ zu einer Querstrom-Horizontalrichtung V1. Bei einer Mehrzylindermaschine kann der vorgegebene Winkel θ1 auch als ein horizontal gemessener Winkel bestimmt werden, der zwischen der Einlassanschlußachse X1 und einer Linie V1 liegt, wobei die Linie V1 sich in einer vertikalen Ebene befindet, die sich durch ein Einlassventil 6B und ein Auslassventil 7B erstreckt und senkrecht zur vertikalen Zylinderachsenebene P liegt, welche die Zentralachsen der benachbarten Zylinder enthält.
Zusätzlich ist der größere Teil des geraden Teils der Achse X1 des zweiten Einlassanschlusses 5B nach unten in einer Richtung zu der Brennkammer 1 hin geneigt, wobei die Achse X1 einen vorgegebenen Winkel (Anschlußneigungswinkel) θ2 relativ zu der ebenen oberen Fläche T des Zylinderblocks 3 oder relativ zur ebenen unteren Fläche des Zylinderkopfes 2 bildet. Der vorgegebene Winkel θ2 liegt innerhalb eines Bereiches mehr als 30º und kleiner als 40º, vorzugsweise 38º. So kann der vorgegebene Winkel θ2 als ein Einlassöffnungswinkel angesehen werden, da es sich um einen Winkel zwischen der Einlassanschlußachse X1 und der ebenen oberen Fläche T des Zylinderblocks 3 handelt.
Es ist zu bemerken, dass die erste mit dem Wirbelsteuerventil 11 sperrbare Einlassöffnung 5A allgemein symmetrisch zu der zweiten Einlassöffnung 5B ausgebildet und geformt ist, bezüglich einer vertikal zentralen Ebene V3, welche die Zentralachse C2 des Hohlraums 8 und die Zentralachse C1 des Kolbens 4 enthält, und parallel zu der vertikalen Querstromebene V1, so dass die Achsen der ersten und der zweiten Einlassöffnung 5A, 5B sich allmählich einander in Richtung zu der Brennkammer 1 nähern, wie in Fig. 2 klar gezeigt.
Wie in Fig. 2 zu sehen, ist der Spitzen-Endabschnitt (mit den Elektroden) der Zündkerze 9 innerhalb relativ zur vertikalen Anschlußachsenebene L gelegen, welche die Achse X1 der zweiten Einlassöffnung 5B enthält. Bei dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 9 so positioniert, dass die vertikale Zentralebene V3 durch den Spitzen-Endabschnitt der Zündkerze 9 hindurchtritt.
Als nächstes wird eine Betriebsweise der so angeordneten Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine besprochen.
Bei einer Maschinenbetriebsbedingung (z. B. einer Niedriglast-Maschinenbetriebsbedingung), in welcher Schichtladungsverbrennung auszuführen ist, wird das Wirbelsteuerventil 11 so gesteuert, dass es allgemein voll geschlossen ist, um die erste Einlassöffnung 5A abzuschließen. Wenn dementsprechend die Einlassventile 6A, 6B sich beim Einlasshub, wenn der Kolben 4 absteigt, öffnen, wird durch den zweiten Einlassanschluß 5B, der nicht durch das Wirbelsteuerventil 11 gesperrt ist, Einlassluft in die Brennkammer 1 eingesogen, wobei Einlassluft in ihrer Strömungsrichtung unter Einfluss des Anschluss-Einwärts-Richtungswinkels θ1 und des Anschluss-Neigungswinkels θ2 geregelt wird. Die so eingesogene Einlassluft erzeugt eine Gasströmung in Form eines Wirbels in der Brennkammer 1, wie durch ein Pfeil W1 in Fig. 6 gezeigt. Es ist zu bemerken, dass die so eingesogene Einlassluft eine Gasströmung in Form eines geneigten Wirbels innerhalb des in der Kolbenkrone gebildeten Hohlraums erzeugt, wie durch einen Pfeil W in Fig. 2 gezeigt, wobei die Gasströmung sich längs des Umfangs 8a des Hohlraums 8 bewegt. In dieser Beziehung werden der Anschluss-Einwärts-Richtungswinkel θ1 und der Anschluss-Neigungswinkel θ2 so ausgewählt, dass sie die genannte Gasströmung in einen optimalen Zustand innerhalb des Hohlraums 8 versetzen, der an der Kolbenkrone des Kolbens 4 gebildet ist. Diese Gasströmung wird aufrecht erhalten, bis der Kolbenbetrieb den Verlauf des Komprimierungshubes erreicht.
Daraufhin wird während des Komprimierungshubes fein verteilter Kraftstoff von der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 unter einer Bedingung eingespritzt, in der die Gasströmung in Form eines Wirbels aufrecht erhalten worden ist, so dass eine Schicht aus brennbarem Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Hohlraums 8 gebildet wird, wie durch das Zeichen W2 in Fig. 6 angezeigt, so dass eine Ausbildung einer Schichtladung oder eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 1 erreicht wird. Hier bildet unter der Einwirkung der nach oben abgelenkten Kraftstoff-Ausgabeöffnung 10b der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 der eingespritzte Kraftstoff den Sprühkegel F, der mit einer Charakteristik vorgesehen ist, bei welcher eine durch einen Pfeil Va angezeigte allgemein horizontale Geschwindigkeitskomponente größer als eine durch einen Pfeil Vb in Fig. 4 angezeigte allgemein vertikale Geschwindigkeitskomponente ist. Dementsprechend kann eine hohe Durchdringungskraft des gesprühten Kraftstoffes zu der Zündkerze 9 hin auch unter einer Bedingung aufrecht erhalten werden, bei der der Sprühwinkel θ4 des fein verteilten Kraftstoffes erhöht wird. Als Ergebnis wird auch unter einer Maschinen-Hochdrehzahl-Bedingung, bei der die Geschwindigkeit des Wirbelgasstromes hoch ist, eingespritzter Kraftstoff verdampft und in die Umgebung der Elektroden der Zündkerze 9 getragen, so dass eine Schichtladung oder ein Luft/Kraftstoff- Gemisch in der Brennkammer gebildet werden und dadurch auch bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch eine stabile Verbrennung aufrecht erhalten werden kann. So kann eine Schichtladung sicher in der Nähe der Elektroden der Zündkerze 9 unter einer Hochgeschwindigkeits-Gasströmungs-Bedingung gebildet und dadurch eine magere Verbrennung über einen breiten Bereich von Maschinenbetriebsbedingungen erreicht werden.
Bei Maschinenbetriebsbedingungen (z. B. bei Mittel- oder Hochlast-Maschinenbetriebsbedingungen), bei denen Homogenladungs Verbrennung auszuführen ist, wird das Wirbelsteuerventil 11 so gesteuert, dass es allgemein geöffnet ist, um Einlassluft durch die Einlassöffnungen 5A, 5B strömen zu lassen. Beim Einlasshub, wo der Kolben seine Abwärtsbewegung einleitet, heben die Einlassventile 6A, 6B an, so dass Luft durch die Einlassöffnungen 5A, 5B in die Brennkammer 4 einströmt. In der Anfangsstufe des Einlasshubs wird Kraftstoff von der Kraftstoff- Einspritzdüse 10 eingespritzt. Hier lenkt die Achse Hx der Kraftstoff-Ausgabeöffnung 10b relativ zur Achse Bx des Nadelventils 10 um den Kraftstoff-Ausgabeöffnungs-Ablenkwinkel θ3 nach oben ab, um sich einer horizontalen Richtung anzunähern. Demzufolge nimmt eingespritzter und fein verteilter Kraftstoff die Form des Sprühkegels F mit dem Sprühwinkel θ4 an. Zusätzlich wird eingespritzter Kraftstoff in dem oberen oder weit abgelenkten Teil P1 des Sprühkegels konzentriert, während der obere Teil P1 des Sprühkegels eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als der untere oder weniger abgelenkte Teil P2 des Sprühkegels hat. Demzufolge wird die Strömungsgeschwindigkeit des eingespritzten Kraftstoffes in der allgemein vertikalen Richtung auch dann unterdrückt, wenn der Kolben 4 sich in einer Position nahe der Kraftstoff-Einspritzposition an der Anfangsstufe des Einlasshubes befindet, und deshalb kann eingespritzter Kraftstoff daran gehindert werden, gegen die Oberfläche der Kolbenkrone in dem Flüssigfilmzustand anzuschlagen, bevor er dispergiert oder fein verteilt wird. Das kann die Rußerzeugung in der Brennkammer 1 wirksam unterdrücken.
Als Ergebnis wird es ermöglicht, den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt der Kraftstoff- Einspritzdüse 10 vorzuschieben, was nach der üblichen Annahme die Rußerzeugung zulässt. Infolgedessen kann ein ausreichender Zeitraum zur Kraftstoff- Verdampfung und Kraftstoff/Luft-Durchmischung sichergestellt werden und dadurch ein in hohem Maße homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch insbesondere in einer Bedingung erzeugt werden, wo die Zeit zum Mischen des Kraftstoffes mit der Luft beim gleichen Kurbelwellenwinkel bei hoher Drehzahl unzureichend ist.
In dieser Beziehung wird bei einer Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs- Maschine mit Benutzung einer herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzdüse ausreichende Zeit zum Verdampfen von Kraftstoff und zum Mischen von Luft und Kraftstoff insbesondere bei hoher Maschinengeschwindigkeits Bedingung sichergestellt durch Einspritzen von Kraftstoff in der Anfangsstufe des Einlasshubes, wodurch verhindert wird, dass eine Verbrennung sich infolge von unzureichender Vermischung von Kraftstoff und Luft zu sehr verschlechtert, um noch ein gutes Leistungsabgabeverhalten zu erreichen. Da jedoch bei einem Kolben in der Nähe eines Kraftstoff-Einspritzventils in der Anfangsstufe des Einlasshubes unvermeidbar der eingespritzte Kraftstoff gegen die Oberfläche der Kolbenkrone anschlägt, bevor er richtig fein verteilt und dispergiert ist, wird die Verdampfung des Kraftstoffes infolge der Oberflächenspannung des Kraftstoffes an der Kolbenkronenoberfläche verzögert, während eine Diffusionsverbrennung infolge von Sauerstoffmangel auftritt. Das neigt leicht dazu, Ruß in der Brennkammer zu erzeugen. Als Maßnahme zum Überwinden dieses Problems ist vorgeschlagen worden, den Abstand der Kolbenkronenoberfläche von der Kraftstoff-Einspritzposition durch Ausbilden eines relativ tiefen Hohlraums an der Kolbenkrone zu erhöhen, um ein Anhängen eines flüssigen Kraftstofffilms an die Kolbenkronenfläche zu vermeiden. Jedoch erhöht das die Unebenheit an der Kolbenkronenoberfläche mit daraus folgender Vergrößerung der Oberflächengröße der Brennkammer, was den Wärmeverlust erhöht, während gleichzeitig die Gasströmung unterdrückt wird, um eine Verbrennung im Zylinder zu befördern. Das senkt die Verbrennungsrate ab, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert wird.
Im Gegensatz dazu kann durch die mit der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 nach der vorliegenden Erfindung versehene Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs- Maschine auch dann, wenn der Koben 4 sich in der Nähe der Kraftstoff-Einspritzposition am Anfangszustand des Einlasshubes befindet, eingespritzter Kraftstoff daran gehindert werden, in seinem Flüssigfilmzustand vor seiner Versprühung oder Dispergierung gegen die Kolbenkronenfläche anzuschlagen, und dadurch kann die Erzeugung von Ruß in der Brennkammer 1 unterdrückt werden, weil die Strömungsgeschwindigkeit des eingespritzten Kraftstoffes in allgemein vertikaler Richtung niedrig ist. Dadurch ist es möglich, den Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 vorzuschieben, was, wie üblicherweise angenommen wird, die Rußerzeugung befördert, und dadurch den Zeitraum für die Kraftstoff- Verdampfung und Kraftstoff/Luft-Durchmischung zu verlängern, so dass ein hoch homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch insbesondere in einer Bedingung geschaffen wird, wo die Zeit zum Mischen von Kraftstoff und Luft bei dem gleichen Kurbelwellenwinkel unter Hochgeschwindigkeits-Maschinenbedingung unzureichend ist. Dadurch wird wirksam die Erzeugung von Ruß in der Brennkammer unterdrückt, während die Leistungsabgabe und der thermische Wirkungsgrad der Maschine erhöht werden.
Auswirkungen der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 nach der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die grafische Darstellung in Fig. 7 besprochen.
Um Daten für die Grafik der Fig. 6 zu erhalten, wurden Untersuchungen an einer Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Maschine durchgeführt, die mit einer (in Fig. 3 und 4 gezeigten) Kraftstoff-Einspritzdüse nach der vorliegenden Erfindung bei jedem Zylinder versehen war, und an der gleichen Zylinder-Direkteinspritz- Funkenzündungs-Maschine, die jedoch mit einer herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzdüse bei jedem Zylinder versehen war. Die herkömmliche Kraftstoff-Einspritzdüse war gleichartig aufgebaut wie die in Fig. 3 und 4 gezeigte Kraftstoff- Einspritzdüse, mit der Ausnahme, dass die Kraftstoff-Ausgabeöffnung so gestaltet war, dass ihre Achse mit der Achse des Nadelventils oder der Achse des Kraftstofft-Einspritzventils ausgerichtet war.
Bei den Untersuchungen wurde das Abgabedrehmoment und die in der Brennkammer anfallende erzeugte Ruß menge bei den jeweiligen Maschinen bei 4000 U/min im weit geöffneten Drosselzustand (bei vollständig geöffnetem Drosselventil) gemessen, wobei der Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt für die Kraftstoff-Einspritzdüsen geändert wurde. Die Meßdaten des Ausgangsdrehmoments und der Rußproduktionsmenge wurden in Fig. 6 grafisch aufgezeichnet, wobei die Kurven T1 und T2 jeweils die Meßdaten für Ausgabedrehmoment der Maschine mit erfindungsgemäßer Kraftstoff-Einspritzdüse und die gleichen Daten der mit herkömmlicher Kraftstoff-Einspritzdüse versehenen Maschine bezeichnen und die Kurven S1 und S2 jeweils die Meßdaten der Rußproduktionsmenge bei der mit erfindungsgemäßer Kraftstoff-Einspritzdüse versehenenen Maschine und die gleichen Daten bei der Maschine mit der herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzdüse bezeichnen. Diese grafische Darstellung zeigt die Tatsache, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Anfallmenge von Ruß auf ein geringes Maß gedrückt werden kann, während das Maschinen-Ausgabedrehmoment auch dann verbessert wird, wenn der Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt bis zur Anfangsstufe des Einlasshubes vorgeschoben wird.

Claims

1. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung mit

Einlass- und Auslassventilen (6, 7), die beweglich in einem Zylinderkopf angeordnet sind; und

einer Einspritzdüse (10) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer (1), wobei die Einspritzdüse (10) eine relativ zu einer ebenen Unterseite (T) des Zylinderkopfes (2) geneigte Achse hat und sich der ebenen Unterseite in einer Richtung von dem Einlassventil (6) zu dem Auslassventil (7) allmählich annähert, wobei die Einspritzdüse (10) eine Kraftstoffabgabeöffnung (10b) hat, deren Achse relativ zu der Achse der Einspritzdüse (10) geneigt ist, so dass ein erster Winkel (θ3) gebildet ist, der kleiner als ein zweiter Winkel (θinj) ist, um den die Achse der Einspritzdüse gegenüber der ebenen Unterseite des Zylinderkopfes geneigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Einspritzdüse derart angeordnet ist, dass durch die Kraftstoffabgabeöffnung ausgespritzter Kraftstoff zu einem Sprühkegel (F) geformt wird, welcher erste und zweite Abschnitte (P1; P2) hat, die jeweils gegenüberliegend einer die Achse der Kraftstoffausgabeöffnung (10b) enthaltenden Ebene befindlich sind, wobei der erste Abschnitt (P1) näher zu der Oberfläche des die Brennkammer vorgebenden Zylinderkopfes (2) als der zweite Abschnitt (P2) ist, wobei der erste Abschnitt (P1) eine höhere Fließgeschwindigkeit des ausgeworfenen Kraftstoffes hat als der zweite Abschnitt.

2. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Kolben (4), der beweglich in einem Zylinderblock (3) ist, um die Brennkammer (1) in einem Zylinder (C) vorzugeben, welcher in dem Zylinderblock (7) ausgebildet ist, wobei der Zylinder (C) eine Kolbenkappe mit einer im Wesentlichen runden Vertiefung (8) hat, die eine von einer Mittelachse (C1) des Kolbens (4) zu dem Einlassventil (6) hin versetzte Mittelachse (C2) hat;

eine Zündkerze (9), deren vorderer Endbereich oberhalb eines peripheren Abschnitts der runden Vertiefung (8) befindlich ist, wobei der Teil näher zu der Mittellängsachse (C1) des Kolbens als zu dem Rand des Kolbens ist; und

ein Mittel zum Erzeugen eines Wirbels aus Einlassluft in der Brennkammer.

3. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf erste und zweite Einlasszugänge (5A, 5B) und erste und zweite Auslasszugänge (E1, E2) für den Zylinder hat und dass das Mittel zum Erzeugen eines Wirbels ein Steuerventil (11) umfasst, welches zur Steuerung der Luftströmung in dem ersten Einlasszugang gemäß den Betriebsbedingungen des Motors angeordnet ist.

4. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderblock (3) mehrere Zylinder (C) und eine Blockfläche (H) hat, auf welcher der Zylinderkopf (2) mit seiner flachen Unterseite (T) fest verbunden ist;

dass das Einlassventil (6) erste und zweite Einlassventile (6A, 6B) umfasst, welche beweglich an dem Zylinderkopf (2) angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Einlasszugänge (5A, 5B) durch die entsprechenden ersten und zweiten Einlassventile (5A, 5B) verschließbar sind und dass das Auslassventil (7) erste und zweite Auslassventile (7A, 7B) umfasst, die beweglich an dem Zylinderkopf (2) angeordnet sind, wobei die Auslasszugänge (5A, 5B) durch die entsprechenden ersten und zweiten Auslassventile (7A, 7B) verschließbar sind;

dass der zweite Einlasszugang (5B) eine Achse (X1) hat, deren zumindest überwiegender Teil in einer ersten vertikalen Ebene (L) enthalten ist, die relativ zu einer zweiten vertikalen Ebene (V1) zur Ausbildung eines ersten vorbestimmten Winkels (61) geneigt ist, die erste vertikale Ebene (L) sich allmählich an die Mittelachse (C1) des Kolbens (4) in einer Richtung zu der Brennkammer (1) relativ zu der zweiten vertikalen Ebene (V1) annähert; wobei die ersten und zweiten vertikalen Ebenen (L; V1) vertikal zu der Blockfläche (H) des Zylinderblocks (3) sind, die zweite vertikale Ebene (V1) sich durch die ersten Einlass- und Auslassventile (6, 7) erstreckt und rechtwinklig zu einer dritten vertikalen Ebene (P) ist, welche die Mittelachse des Zylinders (C) enthält und vertikal zu der Blockfläche (H) ist, wobei die ersten Einlass- und Auslassventile (6, 7) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten mit Bezug auf diese dritte vertikale Ebene (P) angeordnet sind.

5. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vertikale Ebene (L) im Wesentlichen tangential zu der Peripherie der runden Vertiefung (8) in der Kolbenkappe des Kolben (4) ist.

6. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vertikale Ebene (L) im Wesentlichen parallel zu einer vierten vertikalen Ebene (L) ist, welche eine zu der Peripherie (8a) der runden Vertiefung (8) tangentiale Linie enthält, wobei die vierte vertikale Ebene vertikal zu der Blockfläche (H) ist.

7. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Endbereich der Zündkerze (9) oberhalb des peripheren Abschnitts der runden Vertiefung (8) angeordnet ist und bezogen auf die zweite vertikale Ebene (V1) auf einer gegenüberliegenden Seite der ersten vertikalen Ebene (L) befindlich ist.

8. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vertikale Ebene (L) einen Raum zwischen der Peripherie der runden Vertiefung (8) und der Zündkerze (9) durchtritt.

9. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Einspritzdüse (10) eine in die runde Vertiefung in der Kolbenkappe des Kolbens (4) gerichtete Achse hat und dass die Einspritzdüse (10) zwischen den ersten und zweiten Einlasszugängen (5A, 5B) auf einer die Blockfläche (H) enthaltenden Ebene befindlich ist.

10. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (11) für den Wirbel derart angeordnet ist, dass der erste Einlasszugang (5A) bei einer vorbestimmten Betriebsbedingung verlegt ist, bei welcher eine Schichtladung in der Brennkammer (1) erzeugt wird.

11. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Einlasszugänge (5A, 5B) bezogen auf die ersten und zweiten Auslasszugänge (E1, E2) auf gegenüberliegenden Seiten der dritten vertikalen Ebene (P) befindlich sind.

12. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorbestimmte Winkel (91) in einem Bereich von nicht weniger als 5º und weniger als 15º liegt.

13. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein wesentlicher Teil der Achse des zweiten Einlasszuganges (5B) gegenüber der Oberfläche (T) der Blockfläche (H) einen vorbestimmten Winkel (θ2) ausbildet, wobei der zweite vorbestimmte Winkel (θ2) innerhalb eines Bereiches von mehr als 30º und weniger als 40º liegt.

14. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse gegenüber der Oberfläche (T) der Blockfläche (H) des Zylinderblocks (3) einen dritten vorbestimmten Winkel (θ3) ausbildet, wobei der dritte vorbestimmte Winkel (θ3) innerhalb eines Bereiches von 35º und 45º liegt.

15. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) den Kraftstoff in Form eines hohlen Kegels in die Brennkammer (1) einspritzt.

16. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (Hx) der Kraftstoffausgabeöffnung (10b) im Wesentlichen in einer Ebene enthalten ist, welche durch den vorderen Bereich der Zündkerze (9) hindurchtritt.

17. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) lediglich eine Kraftstoffausgabeöffnung (10b) hat.

18. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Brennstoff einen Sprühwinkel (θ4) vorgibt, welcher größer als ein Neigungswinkel (θ3) zwischen der Achse der Einspritzdüse (10) und der Achse der Kraftstoffabgabeöffnung (10b) ist.

19. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) Kraftstoff oberhalb und unterhalb der Achse (Bx) der Einspritzdüse (10) einspritzt.

20. Eine Direkteinspritzbrennkammer mit Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) Kraftstoff während der Kompressionsphase beim Auftreten einer Schichtladung einspritzt.