DE69925529T2

DE69925529T2 - Brennkraftmaschine und ihre Kolben

Info

Publication number: DE69925529T2
Application number: DE69925529T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Iwata-Shi Suzuki
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: EP0945603A2; DE69925529D1; EP0945603B1; EP0945603A3; US6223715B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine entsprechend des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In solch einer Brennkraftmaschine vom Direkteinspritzungs- Typ, wie sie z. B. aus der US 5, 115, 774 bekannt ist, wird der Kraftstoff direkt in die Brennkammer, die durch eine Zylinderbohrung und eine Kolbenoberseite gebildet wird, diagonal in die Richtung zu der Oberseitenoberfläche des Kolbens eingespritzt. Dieser Kraftstoff wird durch Zünden mit einer Zündkerze, die an der obersten Wand der Brennkammer angeordnet ist, verbrannt. Durch diese herkömmliche Anordnung können Rauch- und HC- Emissionen durch das Erreichen eines guten Gemischs, wenn der Zündwinkel des Einsprühens von Kraftstoff groß ist, niedrig gehalten werden, wobei jedoch der eingesprühte Kraftstoff nicht ausreichend zum Funken der Zündkerze übertragen wird. Überdies können Probleme dadurch entstehen, dass das Mischen mit Luft unzureichend wird, so dass Rauch- und HC- Emissionen dazu neigen aufzutreten.
Außerdem schlägt die JP 5- 10134 eine Konfiguration eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine vor, wobei ein spitzeres Ende einer Konfiguration eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine in die Richtung zu der Zündkerze gerichtet ist. Weitere Ausführungsbeispiele der Kolbenoberseiten sind aus der JP 050 10 134 A und der EP 0 558 072 A1 bekannt.
Es ist ein Ziel der Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere vom Direkteinspritzungs- Typ, darzubieten, die einen verbesserten Weg bietet, Rauch- und HC- Emissionen niedrig zu halten, während zur gleichen Zeit an die Zündkerze ein gutes Luft- Kraftstoffgemisch geboten wird.
Für eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird diese Aufgabe in einer erfinderischen Weise durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Demzufolge kann ein gut- atomisierter Sprühnebel mit einem breiten Sprühwinkel vollständig mit Luft gemischt werden, wenn er sich in die Richtung des Hohlraumspitzenteils bewegt, und somit gibt es eine niedrige Emission von Rauch und HC, und die Schichtbil dung kann erreicht werden, weil der Sprühnebel durch die geneigten Bodenoberfläche des Hohlraumes transportiert und in dem der konische Spitzenteil des Hohlraumes gesammelt und dann zu der Zündkerze transportiert wird.
Die Bodenoberfläche der Aussparung ist nach oben in die Richtung des Spitzenteiles geneigt, so dass sich der Sprühnebel entlang dieser Schräge bewegt und die Schichtbildung zuverlässiger erreicht werden kann.
Entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles ist die vertikale Wand an dem Spitzenende des Hohlraumes senkrecht oder nach vorn von der Senkrechten geneigt, so dass sie nach außen oben öffnet, und der Krümmungsradius des R-förmigen Teiles zwischen der Bodenoberfläche und der Seitenwand ist kleiner als der Krümmungsradius des R-förmigen Teiles zwischen der vertikalen Wand und der Bodenoberfläche gemacht.
Somit kann eine Schichtbildung zuverlässiger durch das Ermöglichen des Stillstandes des Sprühnebels erreicht werden, um an dem R-förmigen Teil zwischen der vertikalen Wand und der Bodenoberfläche gehindert zu werden, und eine seitliche Leckage des Sprühnebels kann verhindert werden, da der Krümmungsradius des R-förmigen Teiles zwischen der Bodenoberfläche und der Seitenwand klein ist.
In einer Brennkraftmaschine vom Direkteinspritzungs- Typ, die mit einem oder mit einer Anzahl von Kolben ausgerüstet ist, ist der Spitzenteil der Zündkerze oberhalb, ungefähr in der Hälfte der Höhe von der Schnittstelle zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf zu der höchsten Position in der Brennkammer angeordnet, um dadurch praktische Vorteile dadurch zu zeigen, dass die Kühleigenschaften der Zündkerze gesichert werden können und die sogenannte Verkohlung unterdrückt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Nachstehend wird die Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels eines Beispieles des Ausführungsbeispieles, wie in den beigefügten Figuren gezeigt, beschrieben, wobei:
1 ein Querschnitt in Längsrichtung eines In- Zylinder- Kraftstoffeinspritzmotors in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
2 ein Querschnitt in Längsrichtung eines In- Zylinder- Kraftstoffeinspritzmotors in Bezug auf dasselbe Ausführungsbeispiel an einer zu der in der 1 anderen Position ist,
3 eine hintere Ansicht eines Zylinderkopfes in Bezug auf dasselbe Ausführungsbeispiel ist,
4 einen Kolben in Bezug auf dasselbe Ausführungsbeispiel zeigt, wo (a) eine Draufsicht des Kolbens ist, (b) ein Querschnitt entlang der Linie A – A in (a) ist, und (c) ein Querschnitt entlang der Linie B – B in (a) ist,
5 einen Kolben in Bezug auf dasselbe Ausführungsbeispiel zeigt, wo (a) eine Draufsicht entsprechend zu 4(a) ist, und (b) ein Querschnitt entsprechend der 4(b) ist,
6 ein Beispiel eines Kolbens zeigt, wo (a) einen Draufsicht des Kolbens ist und (b) ein Querschnitt des Kolbens ist, (wobei die Form der Kolbenoberseite kein Teil der Erfindung ist),
7 ein Beispiel eines Kolbens zeigt, wo (a) eine Draufsicht ist, die der 6(a) entspricht, und (b) ein Querschnitt ist, der der 6(b) entspricht, (wobei die Form der Kolbenoberseite kein Teil der Erfindung ist),
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfinderischen Brennkraftmaschine vom Direkteinspritz- Typ mit einem modifizierten Zylinderkopf und ein alternatives Ausführungsbeispiel der Zündkerze ist,
9 eine oberste Ansicht einer Kolbenoberseite wie in 8 ist, wobei die Position der Zündkerze der 8 angezeigt ist,
10 eine Situation der Luftströmung innerhalb der Brennkammer bei unterschiedlichen Kurbelwinkeln zeigt, und
11 eine Darstellung ist, die einen Kurbelgehäusewinkel in Bezug auf die 10 zeigt.
Überdies ist der Zylinderkopf ausgerüstet mit einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 31 und einer Zündkerze 32, und der Einspritzauslass 31a und die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 31 und die Spitze 32a der Zündkerze 32 sind nach unten in die Richtung einer Brennkammer 33 gewandt. Die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 31 ist diagonal in der Nähe des Bodens der Lufteinlassöffnung 24 angeordnet, während die Zündkerze 32 in der Auf- / Ab- Richtung an der höchsten Position der Brennkammer 33 in der Mitte der Brennkammer 33 angeordnet ist, wie in der Draufsicht gesehen werden kann. Die Position der Spitze 32a dieser Zündkerze 32 ist höher als ungefähr die Hälfte von der Schnittstelle P zwischen dem Zylinderblock 21 und dem Zylinderkopf 22 an der Höchsten Position der Brennkammer 33 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel springt sie von der höchsten Position M 5 mm nach unten in der 2 vor.
In einem Ausführungsbeispiel wird, wie in den 6 und 7 gezeigt, ein Kolben 1 (der kein Teil der Erfindung ist) in einem kraftstoffeingespritzten In- Zylindermotor, wo der Kraftstoff von einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung direkt in eine Brennkammer eingespritzt und verbrannt wird, verwendet. Ein Hohlraum 3, der eine Aussparung ist, ist an der Oberseite 2 des Kolbens 1 gebildet.
Während des Verdichtungshubes des kraftstoffeingespritzten In- Zylindermotors wird Kraftstoff direkt diagonal in die Richtung der Bodenoberfläche 3b von dem rechten Endteil in der Figur (Basisendteil 3a) des Hohlraums 3 der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 3 eingespritzt. Auf diese Weise wird der Sprühnebel G durch den vertikalen Wandteil 3d an dem Spitzenteil 3c des Hohlraumes 3 angehoben und dieser Kraftstoff wird durch das Zünden mit der Zündkerze 5 verbrannt.
Auf diese Weise kann durch das Vorsehen eines Hohlraumes 3 und durch Einspritzen des Kraftstoffes in ihn die Mischbarkeit mit Luft verbessert werden, und die Zündfähigkeit kann durch das Anheben des Sprühnebels sichergestellt werden.
In dem in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel (die Form der Kolbenoberseite ist kein Teil der Erfindung) können Rauch- und HC- Emissionen durch Erreichen eines guten Luftgemisches niedrig gehalten werden, wenn der Einspritzwinkel α1 des Sprühnebels G groß ist; jedoch verteilt sich der Sprühnebel an dem Hohlraumspitzenteil 3c, so dass eine Schichtung nicht immer erreicht werden kann, und die entwickelte Kraft kann auch schwach werden, so dass es eine unzureichende Übertragung auf die Zündkerze 5 gibt, und es folglich keine Alternative gibt, als den Vorsprungsabstand L1 der Zündkerze 5 zu erhöhen. In diesem Fall, wenn ein gleichförmiges Kraftstoff- Luftgemisch bei einer vollen Drossel zugeführt wird, tritt eine Vorzündung infolge des übermäßigen Temperaturanstiegs der Zündkerze 5 auf.
Andererseits ist, wie in der 7 gezeigt (die Form des Kolbens ist kein Teil der Erfindung), wenn ein Versuch vorgenommen wird, eine geschichtete Verbrennung mit einem Sprühnebel G zu erreichen, der einen engen Einspritzwinkel α2 hat, der Übertragungswinkel des Sprühnebels G auf die Zündkerze 5 adäquat und der Vorsprungsabstand L2 der Zündkerze 5 kann niedrig gehalten werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist, wie in der 4 gezeigt, die Form des Oberseitenteils 36 des Kolbens 23 wie folgt gebildet:
Ein ebener Teil 37 ist an dem Umfang gebildet und ein Vorsprungsteil 38 und ein Hohlraum 39, der eine Aussparung ist, sind gebildet, um nach oben innerhalb dieses ebenen Teiles 37 vorzuspringen.
Dieser Vorsprungsteil 38 ist mit einer Deckenoberfläche 38a, die in einer ebenen Form parallel zu der ebenen Teil 37 gebildet ist, und geneigten Oberflächen 38b₁ , 38b₂ , 38b₃ , gebildet, die sich von dem ebenen Teil 37 in die Richtung zu der Deckenoberfläche 38a erstrecken. Zwei dieser geneigten Oberflächen 38b₁ sind Abschnitte eines gemeinsamen Kegels und auf zwei Seiten der gedachten Ebene, die vertikal durch eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange führt, gegenüberliegend zueinander angeordnet. Zwei ebene geneigte Oberflächen 38b₂ und 38b₃ sind zwischen diesen konischen Abschnitten angeordnet. Der Hohlraum schneidet teilweise die ebene Oberfläche 38a und eine der ebenen geneigten Oberflächen 38b₃ , was zwei unabhängige Teile der Oberfläche 38b₃ bildet. Der Hohlraum ist von den geneigten Oberflächen 38b₁ , 38b₂ durch die ebene Oberfläche 38a geteilt.
Der Hohlraum 39 zeigt ein eiförmiges Profil in der Draufsicht mit einem dünneren Spitzenteil 39a des eiförmigen Profils, das an dem mittleren Teil der Oberseitenoberfläche des Kolbens 23 angeordnet ist (unter der Zündkerze 32), und das breitere Basisendteil 39b des eiförmigen Profils, das in der Nähe des Einspritzauslass 31a der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 31 angeordnet ist. Überdies ist die Bodenoberfläche 39c dieses Hohlraumes 39, wie in der 4(b) gezeigt, nach oben in die Richtung des Spitzenteiles 39a geneigt gebildet, wobei hier der Winkel auf 7° festgelegt ist. Überdies ist hier der Krümmungsradius R des R-förmigen Teiles 39e auf der Spitzenseite 39a auf 13 mm festgelegt.
Die äußere Kontur oder die Kante des Hohlraumes 39 kann als eine durchgehende glatte, gekrümmte Linie gezogen werden, die in der Nähe des Spitzenteiles 39a vollständig frei von Brüchen oder Ecken ist, wenn von der Spitze gesehen wird, wie in den 4(a) und 5(a) gezeigt ist.
Eine kleine Aussparung 39k ist an der Kante der vorderen Fläche des Kolbens an dem Basisende des Hohlraumes gebildet. Es ist eine Nut, die den Hohlraum (39) mit einem Umfangsabschnitt des Kolbens verbindet, mit dem Grund oberhalb der Bodenoberfläche 39c. Sie kann auch mit einem gekrümmten Abschnitt an ihrem radialen äußeren Ende gebildet werden, das an der vorderen Fläche des ebenen umgebenden Teiles 37 endet, ohne die äußere Kante des ebenen umgebenden Teiles 37 zu schneiden, was von der Anordnung der spitze eines Kraftstoffeinspritzer abhängt, der in die Brennkammer vorspringt.
Zusätzlich sollte die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der hohlen Bodenoberfläche 39c und dem Krümmungsradius des R- förmigen Teils 39e derart sein, dass der Krümmungsradius R auf 15 mm bis 30 mm festgelegt wird, wenn der Neigungswinkel 0° beträgt – d. h., wenn er nicht geneigt ist – und der Krümmungsradius R auf 8 mm bis 15 mm festgelegt wird, wenn die Bodenoberfläche 39c geneigt ist.
Auch ist hier, wie in der 4(c) gezeigt, der R-förmige Teil 39g zwischen der Hohlraumbodenoberfläche 39c und der Seitenwand 39f auf 8 mm bis 10 mm festgelegt und ist kleiner als der R-förmige Teil 39e festgelegt. Selbstverständlich können sie auch gleich gemacht werden. In diesem Fall können sowohl der R-förmige Teile 39g, als auch 39e nacheinander mit einem einzigen Werkzeug gebildet werden.
Während des Verdichtungshubes des Motors, wenn der Kolben 23 den Ort erreicht, der durch die durchgehende Linie in der 2 gezeigt ist, wird Kraftstoff von dem Einspritzauslass 31a der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 31 eingespritzt, so dass der in der 4(a) gezeigte Einspritzwinkel θ innerhalb des Bereiches von 60° bis 80° ist, so dass die Breite H des Basisendteils 39b der Seite des Hohlraumes 39 größer als die Form dieses Sprühnebels ist, und folglich, wie durch den Pfeil A in der 4(a) gezeigt, die Luft in die Richtung des Basisendteiles 39b infolge einer Wirbelwirkung strömt, und leicht mit dem Sprühnebel G gemischt werden kann; und das Mischen der Luft wird auch durch die Tatsache unterstützt, dass der Einspritzwinkel θ etwas größer als oben erwähnt gemacht wurde.
Dieser Sprühnebel G erreicht die Bodenoberfläche 39c des Hohlraumes 39 und wird in die Richtung zu dem Spitzenteil 39a durch diese Bodenoberfläche 39c geführt und gegen die Seitenwand 39f durch den Wirbel gedrückt, der in eine Seite , wie oben erwähnt, strömt, während er in die Richtung zu dem Spitzenteil 39a durch diese Seitenwand 39f geführt wird. Da diese Seitenwand 39f höher als in dem herkömmlichen Fall ist, der in der 6(b) gezeigt wird, und da der R-förmige Teil 39g einen kleinen Krümmungsradius R hat, kann die seitliche Leckage von Sprühnebel G verhindert werden.
Anschließend wird dieser Sprühnebel G durch die vertikale Wand 39d und das R-förmige Teil 39e der Hohlraumspitze 39a geführt, wodurch der Sprühnebel G angehoben wird. In diesem Fall kann das Anheben des Sprühnebels G durch Einbringen der Bodenoberfläche 39c in eine geneigte Form erleichtert werden und die Stagnation des Sprühnebels G kann dementsprechend durch ein großes Ausbilden des R-förmigen Teiles unterdrückt werden.
Wie in der 5(a) und 5(b) gezeigt ist, kann die Schichtbildung erreicht und an die Zündkerze 32 durch Annähern und Konzentrieren des vorderen Teiles des Sprühnebels G mit dem dünneren Spitzenteil 39a des eiförmigen Profils übertragen werden, wenn es einmal gestattet worden ist herauszusprühen.
In der 2 ist zu beachten, dass die Position des Kolbens 23, die durch die Zweipunkt-Kettenlinie gezeigt ist, der obere Totpunkt ist.
Durch das vollständige Mischen des Kraftstoffes und der Luft in dieser Weise ist es möglich, die Rauchemission zu unterdrücken, während zu derselben Zeit die Verbrennung infolge der Schichtbildung und der vorteilhaften Übertragung des Gemischs an die Zündkerze 32 stabilisiert wird.
Da überdies die Schichtbildung erreicht wird, ist es möglich, die Zündfähigkeit selbst dann beizubehalten, wenn der Abstand, durch den die Zündkerze 32 innerhalb der Brennkammer vorspringt, reduziert wird, und somit kann das Erwärmen der Zündkerze 32 unterdrückt werden. Insbesondere können die Kühleigenschaften der Zündkerze 32 durch Positionieren des Spitzenteiles 32a der Zündkerze 32 oberhalb der Hälfte der Höhe von der Schnittstelle zwischen dem Zylinderblock 21 und dem Zylinderkopf 22 auf die höchste Position M in der Brennkammer sichergestellt werden. Falls der Vorsprungsabstand der Zündkerze 32 groß ist (ungefähr 11 mm), ist es wahrscheinlich, dass eine Überhitzung auftritt, und somit ist es notwendig eine gekühlte Zündkerze zu verwenden; wobei wenn jedoch solch eine Zündkerze verwendet wird, leicht eine Verkohlung auftreten kann. Wenn aber der Vorsprungsabstand klein ist (ungefähr 5 mm), wie in diesem Ausführungsbeispiel, kann eine normale Zündkerze verwendet werden und die Verkohlung kann unterdrückt werden.
Wie in der 2 gezeigt, wird eine herkömmliche Zündkerze 32, die eine innere Mittelelektrode an ihrem unteren Ende (Spitzenteil 32a) innerhalb des Zylinders positioniert und eine zweite gekrümmte Elektrode, angeordnet nahe zu und unter der ersten inneren Mittelelektrode, verwendet. Zwischen diesen Elektroden kann eine Zündkerze eingerichtet werden, um den eingespritzten Kraftstoff oder den Diesel zu zünden.
Alternativ kann, wie in den 6b, 7b gezeigt, eine Zündkerze 5 in der erfinderischen Brennkraftmaschine verwendet werden.
Diese Zündkerze weist eine Anzahl von Elektroden, vorzugsweise vier Elektroden auf, deren eine Mittelelektrode 6 in der Mitte der unteren Bodenoberfläche der Zündkerze 5 innerhalb der Brennkammer angeordnet ist. Die andere Elektrode(n) sind als Außenelektrode(n) 7 symmetrisch rund um die Mittelelektrode 6 angeordnet.
Diese Außenelektroden 7 haben vorzugsweise eine L-Form, wobei ein Ende an dem Boden der Zündkerze 5 befestigt ist, das andere Ende derselben sind in die Richtung der Mittelelektrode 6 gerichtet, aber entgegen den herkömmlichen Zündkerzen springen alle Elektroden 6, 7 mit der gleichen Länge vom Boden der Zündkerze vor und die Außenelektroden 7 reichen nicht über die Mittelelektrode 6 hinaus, wenn in der axialen Richtung der Zündkerze 5 gesehen wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines alternativen Ausführungsbeispieles der Zündkerze 42 ist in den 8 und 9 gezeigt, die ähnliche Ausführungsbeispiele eines Zylinderkopfes 22 und eines Kolbens 23 einer erfinderischen Brennkraftmaschine , wie in den 1 und 4a gezeigt, zeigen.
Diese Zündkerze 42 arbeitet wie die oben beschriebene Zündkerze 5, die einen ähnlichen Aufbau hat. Rund um eine Mittelelektrode 42a (entspricht der Elektrode 6) ist eine Anzahl von Außenelektroden 42b, vorzugsweise drei Außenelektroden 42b (entspricht den Elektroden 7), symmetrisch zu der Mittelelektrode 42a angeordnet.
Während sie eine vorzugsweise zylindrische Form hat, sind die Außenelektroden 42b im Grunde ähnlich den Elektroden 7 L-förmig gebildet, haben vorzugsweise auch einen zylindrischen Querschnitt, enthalten aber einen Winkel zwischen ihren Armen, der größer als 90°, vorzugsweise 135° ist.
Auch können die Außenelektroden 42b leicht weiter (vorzugsweise 1 bis 2 mm) von der unteren Oberfläche der Zündkerze 42 vorspringen, wo sie als die Mittelelektrode 42a angeordnet werden. Die Zündfunken können zwischen der Mittelelektrode 42a und den vorauslaufenden Enden 42c der Außenelektroden 42b zünden.
Wenn von der Seite, wie in der 8, gesehen wird, können die Elektroden leicht in den Hohlraum 39, der in der Kolbenoberseitenoberfläche 36 gebildet ist, hineinreichen.
In der 9 ist die Kolbenoberseite 36 nahezu gebildet, wie oben zuvor in Bezug auf die 4 beschrieben, wobei die einzelnen Elemente derselben dieselbe Funktion und Bezugszahlen haben.
Die geneigten Oberflächen 38 unterscheiden sich soweit wie in dem in der 9 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass zusätzlich zwei geneigte Oberflächen 38b₄ zwischen den Oberflächen 38b₁ und 38a gebildet sind, die auch die Oberflächen 38b₂ und 38b₃ berühren.
Auch wird weiter in der 8 gezeigt, da die Zündkerze 42 nur leicht in die Brennkammer 33 reicht, ist sie nur wenig von Verbrennungswärme abhängig, wie beschrieben wird, wenn auf die 7b Bezug genommen wird.
Infolge dieser Anordnung der Zündkerzen 7, 42 und der Brennkammer 33 kann ein Funken oder eine Anzahl von Funken das zündfähige Luft- Kraftstoffgemisch direkt zünden, ohne auf der Kolbenoberseite durch die Außenelektrode(n) zu Beginn von oder während der Verbrennung abgeschirmt zu werden.
Da ein Zündfunke nicht rund um eine (Außen-) Elektrodenzündung brennen braucht, wird die Geschwindigkeit erhöht, die Verbrennungsmerkmale werden verbessert und die Lebensdauer der Zündkerze wird verlängert.
10 beschreibt den Luft- Kraftstoff- (Diesel-) Gemischstrom innerhalb der Brennkammer 33 der erfinderischen Brennkraftmaschine des Direkteinspritzungs- Typs während des Einlasshubes innerhalb eines Kurbelgehäusewinkel, der vom BTC bis zum TDC reicht.
10a zeigt eine Situation innerhalb eines Zylinders dieses Motors, wenn der Kolben an seinem unteren Totpunkt ist und Frischluft durch ein oder zwei offene Einlassventile 26 durch die Einlassöffnung 24 in die Brennkammer eingesaugt worden ist, was zu einem komplexen Wirbel X führt. Die Einlassventile 26 werden bei ungefähr 30° Kurbelwellenwinkel nach dem unteren Totpunkt geschlossen, wie in der 11 gezeigt.
Wenn sich der Kolben 23 zurück nach oben, wie in der 10b gezeigt, bei einem Kurbelwellenwinkel von 60° vor dem oberen Totpunkt bewegt, verändert sich der Frischluftwirbel wie gezeigt, fällt von der Seite des Auslasses 25 der Brennkammer 33 zu seiner Mitte in ungefähr dem gleichen Abstand von der Spitze der Brennkammer und der Kolbenoberseite 36 ein, wobei ein verbleibender oberer Teil des Wirbels X₂ nahezu symmetrisch entgegengesetzt durch einen Gegenwirbel S von der Kolbenoberseite 36 reflektiert wird.
10c zeigt die Situation bei einem Kurbelwellenwinkel von ungefähr (siehe 11) 30° vor dem oberen Totpunkt, ungefähr dann, wenn die Einspritzung von Kraftstoff (Diesel) in die Brennkammer stattfindet. Seitenwirbel S₁ und ein Mittenwirbel Y führen das Luft- Kraftstoffgemisch in die Richtung zu der oberen Mitte der Brennkammer, wo die Zündkerze angeordnet ist, um das Gemisch bei einem Kurbelwellenwinkel von 20°, wie in der 10d und der 11 gezeigt, zu zünden.

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine vom Direkteinspritzungstyp, die aufweist: einen Kolben (23) mit einem an der Oberseite desselben gebildeten Hohlraums (39), einem Kraftstoff- Einspritzventil (31) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Hohlraum (39), und eine Zündkerze (32), angeordnet oberhalb des Hohlraumes (39) in der oberen Totpunktposition des Kolbens (23), wobei der Hohlraum (39) geformt ist, um den durch das Kraftstoff- Einspritzventil (31) eingespritzten Kraftstoff in die Richtung zu dem Zündbereich der Zündkerze (32) zu führen, und wobei der Hohlraum (39) in einer Draufsicht einförmiges Profil hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein verengtes Ende (39a) des eiförmigen Profiles an einem Mittelabschnitt der oberen Fläche des Kolbens (23) angeordnet ist und wobei eine breiteres Basisende (39b) des einförmigen Profiles in der Nähe eines Kantenabschnittes der oberen Fläche des Kolbens (23) angeordnet ist, wodurch Kraftstoff von dem Basisende (39b) in die Richtung zu dem verengten Ende (39a) eingespritzt werden kann, und dadurch, dass eine Bodenoberfläche (39c) des Hohlraumes (39) geneigt ist, so dass das verengte Ende (39a) höher als das Basisende (39c) ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Hohlraumes (39) vorgesehen ist, den eingespritzten Kraftstoff in den Zündbereich in einer im Wesentlichen vertikal aufsteigenden Weise zu führen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelwand (39d) an dem verengten Ende (39a) des Hohlraums (39) sich jeweils axial oder entlang einer von der axialen Achse des Kolbens nach vorn geneigten Achse öffnet, und wobei der Krümmungsradius eines Abschnittes (39g) zwischen der Bodenfläche (39c) und der Seitenwand (39f) des Hohlraumes kleiner gemacht ist als der Krümmungsradius eines weiteren Abschnittes (39e) zwischen der Mittelwand (39d) und der Bodenoberfläche (39c).
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Kolbens (23) einen vorspringenden Teil (38) aufweist, und dass der Hohlraum (39) den vorspringenden Teil (38) schneidet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Teil (38) an der Vorderseite des Kolbens (23) durch ein ebenes Teil (37) umgeben ist, so dass es innerhalb dieses ebenen Teiles (379 vorspringt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Teil (38) mit einer ebenen Oberfläche (38a) an seiner Spitze und geneigten Oberflächen (38b₁ , 38b₂ , 38b₃ , 38b₄ ) gebildet ist, die sich in die Richtung zu der ebenen Oberfläche (38a) erstrecken.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (39) die ebene Oberfläche (38a) und eine der geneigten Oberflächen (38b₃ ) schneidet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Teil (38) zwei gegenüberliegende konisch geneigte Oberflächen (38b₁ ) und jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete ebene, geneigte Oberflächen (38b₂ , 38b₃ ), angeordnet zwischen den konische geneigten Oberflächen aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (39k) an der Kante der Vorderfläche des Kolbens (23) an dem Basisende (39b) des Hohlraumes (39) gebildet ist und den äußeren Umriss des Hohlraumes (39) in der Draufsicht schneidet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch aufweisend einen mit einem Zylinderblock (21) verbundenen Zylinderkopf (22), wobei eine Zündkerze (5, 42) in den Zylinderkopf (22) eingesetzt ist, mit Zündelektroden (6, 7, 42a, 42b) eingesetzt ist, die zumindest einen Zündspalt (42c) bildet, der nicht abgedeckt einem aufsteigendes Luft-/Kraftstoffgemisch zugänglich ist, wobei die Zündelektroden (6, 7, 42a, 42b) im Wesentlichen außerhalb des Hohlraumes (39) verbleiben, wenn der Kolben (23) seine obere Totpunktposition einnimmt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (5, 42) eine Mittelelektrode (6, 42a) und eine Anzahl von, vorzugsweise drei, weiteren Elektroden (7,42b), angeordnet neben den der Mittelelektrode (6, 42a), aufweist, wobei die vorauslaufenden Enden der Elektroden (6, 7, 42a, 42b) denselben Abstand zu der Bodenoberfläche der Zündkerze (5, 42) haben.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (6, 42a) nicht durch irgendeine der anderen Elektroden (7, 42b) überlagert wird, wenn in axialer Richtung der Zündkerze (5, 42) gesehen, während sie leicht durch sie übertroffen werden kann, wenn von der Seite gesehen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (6, 42a) eine zylindrische Form hat, die Außenelektroden (7, 42b) eine L-Form haben, die einen Winkel von 90° – 150° zwischen ihren Armen einschließen, und rund um die Mittelelektrode (6, 42a) symmetrisch angeordnet sind.