DE69821882T2

DE69821882T2 - Anordnung für eine fremdgezündete, direkteinspritzende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69821882T2
Application number: DE69821882T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Utsunomiya-shi Nomura; Nobuhisa Sagamihara-shi Jingu
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: DE69821882D1; EP0924402A1; EP0924402B1; JPH11182249A; US6167864B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor und betrifft insbesondere eine technische Verbesserung in einer Auslegung eines Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzungssystems in dem Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor (einschließlich Zündkerze, Kraftstoffeinspritzventil, Einlasskanal (-kanälen), Einlassventil (-ventilen) und Kolbenhohlraum).
b) Beschreibung des Stands der Technik
Jede der zwei japanischen Patentanmeldungs-Erstveröffentlichungen, Nr. Showa 62-191622, veröffentlicht am 22. August 1987, Heisei 2-169834, veröffentlicht am 29. Juni 1990, erläutert einen Verbrennungsmotor, (einen so genannten Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor), in dem eine bestimmte Menge von Kraftstoff ohne Unterbrechung oder direkt in eine Brennkammer jedes Motorzylinders eingesprtzt wird, und die bestimmte Menge von Kraftstoff wird normalerweise während eines Ansaughubs jedes entsprechenden Zylinders eingespritzt, um eine Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs (homogene Verbrennung) mit einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch, (einem Zustand, in dem der eingespritzte Kraftstoff gleichförmig in einer ganzen Brennkammer feinstverteilt wird), auszuführen.
Außerdem, wenn der Motor eine bestimmte Fahrbedingung annimmt, (beispielsweise einen Zustand, in dem eine Motordrehzahl niedrig ist und eine Belastung des Motors niedrig ist), wird der Kraftstoff während eines Kompressionshubs des entsprechenden Zylinders eingespritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Schichtgemisch zu bilden, das eine erste Schicht mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer aufweist und mittels einer entsprechenden Zündkerze entzündbar ist, und eine zweite Schicht mit dem brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisch, das eine Verbren nungsflamme von der ersten Schicht aufnimmt, obwohl die Zündung durch eine Luftschicht mit AGR (Abgasrückführung) oder die entsprechende Zündkerze schwierig ist.
Daher wird es möglich, eine Verbrennung (Schichtverbrennung) bei einem extrem dünnen Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnis, (einem Luft-Kraftstoff Gemischverhältnis, das nahe einer Magergrenze eingestellt ist), so auszuführen, dass eine Verbesserung eines Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer Reduzierung des Pumpverlusts erzielt wird.
Andererseits erläutern US 5327864 A und jede der drei japanischen Patentanmeldungs-Erstveröffentlichungen, Nr. Heisei 6-101482, veröffentlicht am 12. April 1994, Nr. Heisei 7-19054, veröffentlicht am 20. Januar 1995 und Nr. Heisei 9-79081, veröffentlicht am 25. März 1997 eine vorher vorgeschlagene Systemauslegung eines Kraftstoffverbrennungs-Einspritzsystems (das Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzsystem umfasst die Zündkerze, das Kraftstoffeinspritzventil, das Einlassventil und den Kolbenhohlraum des Motors) des Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotors.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In jeder der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldungs-Erstveröffentlichungen wird jedoch keine detaillierte Erläuterung zur Systemauslegung des Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzsystems des Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotors berücksichtigt, wobei der Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor so angeordnet ist, dass der Einlasskanal, der so ausgelegt ist, dass eine Ansaugluft durch die Seitenfläche eines Zylinderkopfs eingeleitet wird, und die eingeleitete Ansaugluft des Weiteren in die entsprechende Brennkammer von einer oberen Fläche der Brennkammer eingeleitet wird, die so positioniert ist, dass sie einer unteren Fläche des Zylinderkopfs zugewandt ist, vorgesehen ist, und eine Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils auf einem Umfangsrandabschnitt der Brennkammer angeordnet ist anstatt eines Öffnungsendeabschnitts der entsprechenden Brennkammer des Einlasskanals.
Es ist ertorderlich, die Systemauslegung des Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzsystems unter Berücksichtigung eines Unterschieds in einem Verbrennungsbetrieb so zu gestalten, dass sowohl eine Verbrennungseigenschaft und ein Motorverhalten in beiden Ver brennungsbetriebsarten, homogener Verbrennung und Schichtverbrennung, sichergestellt werden können, da die Verbrennungsbetriebsarten in der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung unterschiedlich sind, wenn der Motor mit Umschalten zwischen der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung betrieben wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimale Systemauslegung des Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzsystems in dem Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor als eine optimale Anordnung für den Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor bereitzustellen, in dem der Einlasskanal so ausgelegt ist, dass eine Ansaugluft durch die Seitenfläche des Zylinderkopfs eingeleitet wird, und die eingeleitete Ansaugluft des Weiteren in die entsprechende Brennkammer von der oberen Fläche der Brennkammer eingeleitet wird, die so positioniert ist, dass sie der unteren Fläche des Zylinderkopfs zugewandt ist, vorgesehen ist, und die Einspntzdüse des Kraftstoffeinspritzventils auf einem Umfangsrandabschnitt der Brennkammer angeordnet ist anstatt eines Öffnungsendeabschnitts der entsprechenden Brennkammer des Einlasskanals.
Gemäß US 5642706 A ist bei einem Funkenzündungs-Direkteinspntzungs-Verbrennungsmotor Folgendes vorgesehen: wenigstens ein Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser B; und ein Kraftstoffeinspritzventil, das auf einem Umfangsrand eines geschlossenen Endes des Zylinders angeordnet ist, und mit einer Einspritzdüse, die einem inneren Teil des Zylinders zugewandt ist und durch die eine bestimmte Menge Kraftstoff in den inneren Teil des Zylinders eingespritzt wird, und wobei X/B zwischen 0,1 und 0,4 liegt, wobei X einen Abstand von der Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils bis zu einer Axialmittellinie des Zylinders bezeichnet.
Gemäß US 5642706 ist bei einem Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor Folgendes vorgesehen: wenigstens ein Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser B; eine Zündkerze, die an einem bestimmten Teil eines geschlossenen Endes des Zylinders installiert ist, und ein Kraftstoffeinspritzventil, das auf einem Umfangsrand des geschlossenen Endes des Zylinders angeordnet ist, und mit einer Einspritzdüse, die einem inneren Teil des Zylinders zugewandt ist und durch die eine bestimmte Menge Kraftstoff in den inneren Teil des Zylinders eingespritzt wird, und wobei der Abstand zwischen der Zündkerze und der Mitte des Zylinders nicht größer als 0,1 mal der Kolbendurchmesser sein sollte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor Folgendes vorgesehen: wenigstens ein Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser B; wenigstens ein Einlassventil, das auf einem bestimmten Teil des geschlossenen Ende des Zylinders angeordnet ist; und ein Kraftstoffeinspritzventil, das auf einem Umfangsrand des geschlossenen Endes des Zylinders angeordnet ist, und mit einer Einspntzdüse, die einem inneren Teil des Zylinders zugewandt ist und durch die eine bestimmte Menge Kraftstoff in den inneren Teil des Zylinders eingespritzt wird, und wobei Z/B zwischen 0,2 und 0,3 liegt, wobei Z einen Abstand von der Düse bis zu einer Mitte des Einlassventils bezeichnet.
Diese Kurzdarstellung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise alle erforderlichen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine untergeordnete Kombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Zylinderkopfs und eines Zylinderkolbens in Bezug auf eine bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung für einen Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine erläuternde, mit Pfeilen markierte Richtungsansicht von A in 1 zur Erläuterung einer Auslegung eines Paars von Einlasskanälen und eines Kraftstoffeinspritzventils in der bevorzugten Ausführungsform für die Anordnung des Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotors.
3A ist eine Draufsicht eines Kolbens, der in einem charakteristischen Zylinder in der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform installiert ist.
3B ist eine seitliche Querschnittsansicht des Kolbens im Schnitt entlang einer Line B-B in 3A.
3C ist eine seitliche Querschnittsansicht des Kolbens im Schnitt entlang einer Line B-B in 3A.
4 ist eine charakteristische grafische Darstellung, die Abweichungen des Kraftstoffverbrauchs und des Verbrennungs-Stabilitätsfaktors in Bezug auf Y/B während eines Schichtverbrennungsbetriebs in der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform darstellt.
5 ist eine charakteristische grafische Darstellung, die Abweichungen in einem thermischen Wirkungsgrad und einer Ansaugluftmenge in Bezug auf Z/B während eines homogenen Verbrennungsbetriebs in der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform darstellt.
6A und 6B sind erläuternde Querschnittsansichten eines charakteristischen Zylinderkopfs zum Erläutern eines Unterschieds der Verbrennungseigenschaften gemäß unterschiedlicher Größen von Y/B, (wenn Y klein ist und wenn Y groß ist), während der Schichtverbrennung in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform.
7A und 7B sind erläuternde Querschnittsansichten des charakterstischen Zylinderkopfs zum Erläutern eines Unterschieds der Verbrennungseigenschaften gemäß unterschiedlicher Größen von Z/B, wenn Z klein ist und wenn Z groß ist, während einer homogenen Verbrennung in Bezug auf die in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform.
8 ist eine charakteristische grafische Darstellung, die Abweichungen im Kraftstoffverbrauch und der Haftmenge von Kraftstoff an einer inneren Umfangswand des charakteristischen Zylinders gemäß einer Größe X/B in Bezug auf die in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform darstellt.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
1 zeigt eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Zylinderkopfs und eines Zylinderkolbens in einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung für einen Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht von Anordnungen eines Paars von Einlasskanälen und eines Kraftstoffeinspritzventils, (das auch als Kraftstoffinjektor bezeichnet wird), die aus einer mit Pfeilen markierten Richtung von A in 1 gezeigt werden.
3A, 3B und 3C zeigen ein detailliertes Profil des in 1 dargestellten Kolbens.
Ein Kolbenboden des Kolbens 1 umfasst beispielsweise, wie in 3A bis 3C gezeigt, eine Referenzebene 2 in einer kreisförmigen Form, die sich an dessen äußerster Umfangsfläche befindet; eine schräge Fläche 3, durch die der Kolbenboden des Kolbens 1 in einer annähernd kegelstumpfartigen Kegelform konkav geformt ist; und einen Hohlraum 4 in einer vertieften scheibenförmigen Form, die sich auf dem konkaven Teil der schrägen Fläche 3 befindet mit einer Position CC des Hohlraums 4, der von einer Axialmittellinie PC des Kolbens 1 in Richtung auf ein Einlassventil als Mitte beabstandet ist.
Im Detail ist die schräge Fläche 3 als eine durchgehend abgesenkte Fläche geformt, die sich auf einer äußeren Umfangsseite einer Gratlinie 5 befindet, die den Hohlraum 4 umschließt.
Diese schräge Fläche 3 ist in einer einzigen kegelstumpfartigen Kegelfläche ausgebildet.
Außerdem ist eine weitere schräge Fläche 6, die gemäßigter ist als die schräge Fläche 3, an einer äußeren Umfangsseite der Gratlinie 5 eines Umfangsrands ausgebildet, die sich so auf einer Kolbenmitte des Hohlraums 4 befindet, dass eine Höhe eines maximalen Abschnitts des Kolbens 1 unterdrückt werden kann.
Es wird festgestellt, dass ein Paar von Einlasskanälen 15 in Verbindung mit jeder Brennkammer 7 (Zylinder) an einem Zylinderkopf 10 ausgebildet ist, wobei ein Einlassventil 11 an einem Öffnungsende jedes Einlasskanals 15 angebracht ist, welcher der entsprechenden Brennkammer 7 zugewandt ist.
Es wird auch festgestellt, dass beispielsweise ein Paar von (nicht gezeigten) Auslasskanälen in Verbindung mit jeder Brennkammer 7 (Zylinder) am Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei ein Auslassventil 14 an einem Öffnungsende jedes Auslasskanals angebracht ist, welcher von der entsprechenden Brennkammer 7 abgewandt ist. Es wird festgestellt, dass ein einzelner Auslasskanal anstelle des Paars von Auslasskanälen ausgebildet sein kann.
Das Paar von Einlasskanälen 15 ist so angeordnet, dass die Ansaugluft von einer Seite des Zylinderkopfs 10, (beispielsweise von einer so genannten Druckrichtung oder einer Gegendruckrichtung), in die Brennkammer, die so positioniert ist, dass sie einer unteren Fläche des Zylinderkopfs 10 zugewandt ist, über eine obere Fläche der Brennkammer 7 eingeleitet wird.
Wie in 1 gezeigt, ist das Kraftstofteinspritzventil 12 so am Zylinderkopf 10 angeordnet, dass der Kraftstoff, der von einer Position der Einlassventile 11 in den Hohlraum 4 eingespritzt wird, vorwärts bewegt wird, und eine Zündkerze 13 ist an einem oberen Abschnitt einer Innenseite eines Umfangsrands angeordnet, der sich auf dem Hohlraum 4 befindet, der einer Kolben-Axialmittellinie zugewandt ist.
Das Kraftstofteinspritzventil 12 ist beispielsweise, wie in 2 gezeigt, auf einem Abschnitt des Zylinderkopfs 10 angeordnet, der sich unter einer gemeinsamen Verbindungsleitung zwischen dem Paar von Einlasskanälen 15, 15 befindet, und der orthogonal zu jeder Axialmittellinie des Paars von Einlasskanälen 15, 15 ist, mit anderen Worten, der auf einem Umfangsrandabschnitt der Brennkammer 7 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt.
Ein Kraftstoffeinspntz-Zeitpunkt, zu dem das Kraftstoffeinspritzventil 12 aktiviert wird, wird bei einem Ansaughub des entsprechenden Zylinders im Fall des homogenen Verbrennungsbetriebs eingestellt und wird bei einem Kompressionshub desselben im Fall des Schichtverbrennungsbetriebs eingestellt.
Es ist notwendig, die Auslegung des Kraftstoffverbrennungs-/Einspritzsystems in dem Motor unter Berücksichtigung des Unterschieds im Verbrennungsbetrieb zu betrachten, so dass die Motorbetriebsmerkmale in den jeweiligen Verbrennungsbetriebsarten zueinander kompatibel erfüllt werden können, da der Verbrennungsbetrieb von homogener Verbrennung und Schichtverbrennung in einem Fall unterschiedlich ist, in dem der Motor im Verbrennungsbetneb mit Umschaltung zwischen der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung betrieben wird.
Daher wurden verschiedene Arten von Versuchen und Simulationen wiederholt ausgeführt. Als Ergebnisse dieser Versuche und Simulationen wurden die folgenden optimalen Werte für X, Y und Z erzielt, die in 1 gezeigt sind.
Es wird festgestellt, dass X einen kürzesten (gerade Linie) Abstand von einer Axialmittellinie einer Zylinderbohrung bis zu einer Düsenmitte des Kraftstoffeinspritzventils 12, (die Maßeinheit ist beispielsweise mm), bezeichnet, Y einen kürzesten Abstand von einer Axiallinie (1) bezeichnet, die durch einen Elekirodenabstand C1 der Zündkerze 13 hindurchführt, und die zu einer Axiallinie einer Zylinderbohrungsmitte C3 bis zu einer Düsenmitte C2 des Kraftstoffeinspritzventils 12, (die Maßeinheit ist beispielsweise mm), parallel ist, und Z einen kürzesten Abstand von einer Axialmittellinie (2) der Entsprechenden 11 des Paars von Einlassventilen bis zur Düsenmitte des Kraftstoffventils 12 bezeichnet (die Maßeinheit ist beispielsweise mm).
Es wird festgestellt, dass die Zylinderbohrung mit B (in mm) bezeichnet ist, und 12A in 1 eine Dichtung bezeichnet.
Das bedeutet, wie aus 4 zu erkennen ist, dass während des Schichtverbrennungsbetriebs, (wenn der Kraftstoff während des Kompressionshubs eingespritzt wird), der Kraftstoffverbrauch höher wird, wenn Y/B < 0,41. (Es wird festgestellt, dass B den Durchmesser der Zylinderbohrung in einer Maßeinheit von mm und durch Y/B angibt, wobei Y keine Maßangaben besitzt (der Wert von Y wird dimensionslos), so dass Y/B auf jeden Motor mit dem Bohrungsdurchmesser angewendet werden kann).
Das bedeutet, wenn Y/B < 0,41, bevor der vom Kraftstoffeinspritzventil 12 eingespritzte Kraftstoff vorteilhaft zerstäubt ist, der eingespritzte Kraftstoff zur Zündkerze 13 geleitet wird. Daher sind Kraftstofftröpfchen übermäßig auf einer Umgebung der Zündkerze 13 konzentriert.
Da in diesem Zustand keine frische Luft in die Umgebung der Kraftstofftröpfchen geleitet werden kann und die Verbrennung deaktiviert wird, vermehrt sich der nicht verbrannte Kraftstoff. Daher verschlechtern sich die HC-Konzentration, die Abgaskonzentration und der Kraftstoffverbrauch, wie aus 4 zu erkennen ist.
Andererseits, wenn Y/B > 0,5, verschlechtern sich Verbrennungsstabilität und Kraftstoffverbrauch, wie aus 4 zu erkennen ist.
Im Detail bedeutet dies, wenn Y/B > 0,5, nachdem der durch das Kraftstoffeinspritzventil 12 eingespritzte Kraftstoff mehr als erforderlich zerstäubt wurde, dass der eingespritzte Kraftstoff zur Zündkerze 13 geleitet wird. Daher muss der Kraftstoff über die Brennkammer feinstverteilt werden.
Da das entzündbare Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht vorteilhaft zur Zündkerze 13 transportiert werden kann, verschlechtert sich die Entzündbarkeit so, dass die Verbrennungsstabilität und das Fahrverhalten beeinträchtigt werden können.
Da sich der nicht verbrannte Kraftstoff vermehrt, können sich die NC-Konzentration und der Kraftstoffverbrauch verschlechtern, wie aus 6 zu erkennen ist.
Es wurde daher bestätigt, dass Y/B am besten zwischen 0,41 und 0,50 eingestellt wurde.
Außerdem, wie aus 5 zu erkennen ist, reduziert sich der thermische Wirkungsgrad, wenn Z/B < 0,2. (Es wird festgestellt, dass B den Durchmesser der Zylinderbohrung in einer Maßeinheit von mm und durch Z/B angibt, wobei Z keine Maßangaben besitzt (der Wert von Z wird dimensionslos), so dass Z/B auf jeden Motor mit dem Bohrungsdurchmesser angewendet werden kann).
Das bedeutet, wenn Z/B < 0,2, dass der Kraftstoff, der eingespritzt wurde, unmittelbar nachdem die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzungsventil 13 ausgeführt wurde, in eine nach unten führende Richtung gezogen wird dank eines Stroms von Ansaugluft, (wie aus 7A zu erkennen ist, da der Strom von Ansaugluft durch den eingespritzten Kraftstoff aufgehalten wird, wobei es zu einer vorteilhaften Kollision mit dem Strom der Ansaugluft kommt, so dass eine Verdunstung des Kraftstoffs gefördert wird).
Andererseits, wenn Z/B > 0,3, ist der Abstand zwischen dem eingespritzten Kraftstoff und dem Strom der Ansaugluft voneinander zu beabstandet (zu entfernt), und die Möglichkeit der Kollision des eingespritzten Kraftstoffs mit dem Strom der Ansaugluft reduziert sich, so dass die Verdunstung nicht gefördert wird, und ein Kühleffekt durch die Ansaugluft dank der latenten Wärme beim Ausführen der Verdunstung reduziert wird.
Daher wird, wie aus 7 zu erkennen ist, entweder eine Ladeeffizienz der Ansaugluft oder der Füllungsgrad so reduziert, dass die Menge der Ansaugluft und die Motorausgangsleistung entsprechend reduziert werden.
In Folge dessen wird bevorzugt, dass Z/B auf einen Bereich zwischen 0,20 bis 0,30 eingestellt wird.
Selbst wenn Y und Z auf ihre entsprechenden Werte eingestellt sind, kann ein Drall (swirl) wirksam eingesetzt werden, es sei denn, X ist seiner Art nach auf seinen entsprechenden Wert eingestellt, und die vorteilhaften Effekte können aufgrund der Einstellung von Y und Z auf ihre entsprechenden Werte nicht erreicht werden.
Daher, wie aus 8 zu erkennen ist, liegt der Wert von X/B vorzugsweise zwischen 0,38 und 0,46. (Es wird festgestellt, dass B die Zylinderbohrung (Durchmesser) in einer Maßeinheit von mm angibt, wobei X in X/B keine Maßangaben besitzt (der Wert von X wird dimensionslos), um so dessen Anwendung auf jeden Motor mit der Zylinderbohrung zu ermöglichen).
Im Detail bedeutet dies, wenn X/B < 0,38, da die Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils (Kraftstoffinjektor) 12 sich übermäßig nahe an der Mitte der Zylinderbohrung befindet, wobei ein Teil des Dralls, dessen Strömungsgeschwindigkeit schneller als ein anderer Teil davon ist, effizient eingesetzt werden kann, (die Drall-Strömungsgeschwindigkeit wird schneller, je größer der Abstand des Dralls zur Zylindermitte wird), dass die Verbrennung inaktiv wird, so dass die NC- (Kohlenwasserstoff-) Konzentration, die Abgaskonzentration und der Kraftstoffverbrauch sich verschlechtern.
Andererseits, wenn X/B > 0,46, befindet sich die Einspritzdüse (Öffnung) des Kraftstoffeinspritzventils 12 übermäßig nahe an einer inneren Umfangswand des Zylinders, so dass sich die Haftmenge von Kraftstoff an einer inneren Umfangswand des Zylinders erhöht und ein sogenannter Overswirl, (ein Phänomen, bei dem der Kraftstoff übermäßig feinstverteilt wird, und ein Phänomen, bei dem eine Flammenfortpflanzung nicht erfolgen kann, und eine Flamme durch den Dralleffekt ausgeblasen wird), eintritt, so dass sich die Verbrennung wiederum verschlechtert und HC-Konzentration, Abgaskonzentration und Kraftstoffverbrauch sich verschlechtern.
Des Weiteren, auch wenn die Werte von X, Y und Z auf die anderen entsprechenden Werte eingestellt sind, wird bevorzugt, dass der Hohlraum 4 so ausgebildet ist, dass die Hauptstromkomponente des von dem Kraftstoffeinspritzventil 12 eingespritzten Kraftstoffs dazu gebracht wird, in eine Innenseite des Hohlraums 4 wenigstens ohne die Kollision einer Hauptstromkomponente des vom Einspritzventil 12 eingespritzten Kraftstoffs gegen den Kolbenbodenabschnitt des Kolbens 2 eingeleitet zu werden, und die Hauptstromkomponente des vom Einspritzventil 12 eingespritzten Kraftstoffs dazu gebracht wird, in eine Innenseite des Hohlraums 4 eingeleitet zu werden und der Elektrodenabstandsabschnitt (C1) der Zündkerze 13 sich nicht außerhalb des Hohlraums 4 befindet.
Bei der vorher beschriebenen Vorgehensweise kann ein Transport von Kraftstoff zu einem der Zündkerze 13 benachbarten Raum während der Schichtverbrennung (während der Einspritzung von Kraftstoff beim Kompressionshub des Zylinders) vorteilhafterweise so ausgeführt werden, dass die Zündempfindlichkeit und Verbrennungsstabilität verbessert werden können.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die Verbrennungseigenschaft während des Schichtverbrennungsbetriebs verbessert werden, wenn Y (oder Y/B) auf seinen optimalen Wert eingestellt wird. Die Verbrennungseigenschaft während des homogenen Verbrennungsbetriebs kann verbessert werden, wenn Z (oder Z/B) auf seinen optimalen Wert eingestellt wird.
Wenn Y (oder Y/B) und Z (oder Z/B) auf ihre optimalen Werte eingestellt werden, können Verbrennungseigenschaft und die Betriebsmöglichkeit in beiden Verbrennungsbetrieben (kompatibel) erfüllt werden, auch wenn der Motor mit Umschalten des Verbrennungsbetriebs zwischen der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung betrieben wird.
Des Weiteren, da X (oder X/B) auf seinen optimalen Wert eingestellt ist, so dass der Drall effektiv genutzt und die Haftmenge von Kraftstoff an der Zylinderwandfläche reduziert werden kann, kann der optimale Wert von X (oder X/B) nicht nur die grundlegende Leistung verbessem, die der Motor aufweist (Verbrennungseigenschaft, Kraftstoffverbrauch, Ölverdünnung und Reibungsverschleiß-Eigenschaft zwischen Kolbenring und Zylinder), sondern auch effizienter den Vorteil herausstellen, der durch die Einstellung des optimalen Werts von Z (oder Z/B) erzeugt wird.
Des Weiteren wird in dem Fall, in dem der Hohlraum 4 wie in der bevorzugten Ausführungsform in dem Kolbenboden des Kolbens 1 ausgebildet ist, der Elektrodenabstand (Funkenzündungsabschnitt) der Zündkerze 13 zum äußeren Umfangsteil hin oder zur Innenseite des Hohlraums 4 hin freigelegt, und die Kraftstoffeinspritzrichtung des Kraftstoffeinspritzventils 12 ist zu der Position des Hohlraums 4 zum Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt während des Schichtverbrennungsbetriebs hin eingestellt. Daher kann die Hauptstromkomponente des vom Kraftstoffeinspritzventil 12 eingespritzten Kraftstoffs in die Innenseite des Hohlraums 4 wenigstens ohne die Kollision der Hauptstromkomponente gegen den Kolbenboden des Kolbens 1 eingeleitet werden, und der Hohlraum 4 ist so ausgebildet, dass der Zündabstandsabschnitt der Zündkerze 13 sich nicht außerhalb des Hohlraums 4 befindet. In Folge dessen kann der Transport von Kraftstoff zu dem der Zündkerze 13 benachbart angeordneten Raum während der Schichtverbrennung (während der Einspritzung von Kraftstoff beim Kompressionshub des Zylinders) viel vorteilhaftennreise ausgeführt werden.
Es wird möglich, des Weiteren die Zündempfindlichkeit und Verbrennungsstabilität zu verbessern, und der Vorteil, Y (oder Y/B) und Z (oder Z/B) auf ihre optimalen Werte einzustellen, kann wesentlich effizienter hervorgehoben werden.
In der bevorzugten Ausführungsform sind pro Zylinder ein Paar von Einlasskanälen 15 und 15 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf den Motor mit einem einzigen Einlasskanal pro Zylinder anwendbar, oder anwendbar auf den Motor mit drei oder mehr Einlasskanälen für jeden Zylinder.
Es wird festgestellt, dass mit dem Zylinderkopf das geschlossene Ende des Motorzylinders gemeint ist und er an einem vorgegebenen oberen Teil des Zylinders angeordnet ist, der dem Kolben des Zylinders gegenüberliegt, und mit dem Bohrungsdurchmesser den Innendurchmesser des Motorzylinders gemeint ist.

Claims

Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor, der umfasst: wenigstens einen Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser B; wenigstens ein Einlassventil (11), das an einem vorgegebenen Teil des geschlossenen Endes des Zylinders angeordnet ist; und ein Kraftstoffeinspritzventil (12), das an einem Umfangsrand des geschlossenen Endes des Zylinders angeordnet ist und eine Einspritzdüse enthält, die einem inneren Teil des Zylinders zugewandt ist und über die eine bestimmte Menge an Kraftstoff in den inneren Teil des Zylinders eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: Z/B zwischen 0,2 und 0,3 liegt, wobei Z einen Abstand von der Düse bis zu einer Mitte des Einlassventils (11) bezeichnet.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei X/B zwischen 0,38 und 0,46 liegt, wobei X einen Abstand von der Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils (5) bis zu einer Axialmittellinie des Zylinders bezeichnet.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, der umfasst: eine Zündkerze (13), die an einem vorgegebenen Teil eines geschlossenen Endes des Zylinders installiert ist, wobei Y/B zwischen 0,4 und 0,5 liegt, wobei Y einen Abstand von einer Linie, die durch einen Funkenzündungsabschnitt der Zündkerze (13) hindurchverläuft und die parallel zu einer Axialmittellinie des Zylinders ist, bis zu der Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils (12) bezeichnet.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei Y/B zwischen 0,41 und 0,50 liegt.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1–4, der des Weiteren einen Kolben (1), der in dem Zylinder angeordnet ist, und einen Zylinderkopf (10) umfasst, der an einem vorgegebenen oberen Teil des Zylinders so angebracht ist, dass er das geschlossene Ende des Zylinders bildet und zusammen mit dem Kolben (1) und dem Zylinder eine Brennkammer (7) bildet, wobei an dem Zylinderkopf (10) eine Zündkerze (13), wenigstens ein Einlasskanal (15), wobei der Einlasskanal (15) so eingerichtet ist, dass er die Ansaugluft von einer Seitenfläche des Zylinderkopfes (10) einleitet, und ein Einlassventil (11) angebracht sind, das an einem Abschnitt des Einlasskanals (15) angebracht ist, von dem aus sich der Einlasskanal (15) zu der Brennkammer (79 hin öffnet, und wobei die Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils (12) weiter an einer Seite des Umfangsrandes des Zylinders angeordnet ist als ein Öffnungsende des Einlasskanals, das der Brennkammer (7) zugewandt ist.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1–5, der des Weiteren einen Kolben (1) mit einem Hohlraum (4) an einem Kolbenboden desselben aufweist, und wobei die Zündkerze (13) an dem vorgegebenen Teil des Zylinders angebracht ist und ein Funkenzündungsabschnitt der Zündkerze (13) einem Außenumfangsteil des Hohlraums (4) oder einem Innenraum des Hohlraums (4) zugewandt ist und wobei eine Kraftstoffeinspritzrichtung des Kraftstoffeinspritzventils (12) während eines Schichtverbrennungsbetriebes zu einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu einer Position des Hohlraums (4) hin eingestellt ist.
Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei der Hohlraum (4) des Kolbens (1) so ausgebildet ist, dass er es ermöglicht, eine Hauptstromkomponente eines eingespritzten Kraftstoffs von dem Kraftstoffeinspritzventil (12) in das Innere des Hohlraums (4) einzuleiten, ohne dass es zu einer Kollision der Hauptstromkomponente des eingespritzten Kraftstoffs von dem Kraftstoffeinspritzventil (12) mit der Kolbenbodenfläche des Kolbens (1) kommt.