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DE19853357A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

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Publication number
DE19853357A1
DE19853357A1 DE19853357A DE19853357A DE19853357A1 DE 19853357 A1 DE19853357 A1 DE 19853357A1 DE 19853357 A DE19853357 A DE 19853357A DE 19853357 A DE19853357 A DE 19853357A DE 19853357 A1 DE19853357 A1 DE 19853357A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
cylinder head
fuel
recess
central axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19853357A
Other languages
English (en)
Inventor
Rolf Klenk
Klaus Roesler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE19853357A priority Critical patent/DE19853357A1/de
Publication of DE19853357A1 publication Critical patent/DE19853357A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, mit mindestens einem Einlaßkanal, einem Auslaßkanal, einer dem Zylinderkopf zugeordneten Direkteinspritzvorrichtung 4, einem eine gewölbte Kolbenmulde bzw. ein Aufprallelement 6 aufweisenden Kolben 7 und einer Zündvorrichtung 8, wobei zumindest die Mittelachse 10 der Direkteinspritzvorrichtung 4 bzw. der Hauptstrom des austretenden Kraftstoffstrahls mit Bezug auf das Kolbendach geneigt verlaufend angeordnet ist, wobei das Aufprallelement bzw. die Kolbenmulde 6 ein in Richtung der Mittelachse 23 des Kolbens 7 gekrümmt verlaufendes Wandteil 16 und/oder einen Boden 11 aufweist, auf den der Kraftstoffstrahl bzw. der Kraftstoff 17 in etwa tangential auftrifft und/oder entlanggeführt wird und das Wandteil 16 mit Abstand zur Mittelachse 23 des Kolbens angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, mit mindestens einem Einlaßkanal, einem Auslaßkanal, einer dem Zylinderkopf zugeordneten Direkteinspritzvorrichtung, einem eine gewölbte Kolbenmulde bzw. ein Aufprallelement aufweisenden Kolben und einer Zündvorrichtung, wobei zumindest die Mittelachse der Direkteinspritzvorrichtung bzw. der Hauptstrom des austretenden Kraftstoffstrahls mit Bezug auf das Kolbendach geneigt verlaufend angeordnet ist.
Es ist bereits ein Zylinderkopf der eingangs aufgeführten Art bekannt (EP 0 558 072 A1), der bereits einen Kolben für eine Brennkraftmaschine zeigt, der in der Kolbenoberfläche eine konkav ausgebildete Kolbenmulde zeigt, der eine Einspritzvorrichtung und eine Zündvorrichtung zugeordnet ist. Dieser direkt einspritzende Ottomotor arbeitet nach dem sogenannten wandgeführten oder auch wandverteilenden Brennverfahren. Hierbei trifft der aus der Einspritzvorrichtung austretende Kraftstoff in einem annähernd rechten Winkel auf die im Bereich der Mittelachse des Kolbens liegende Brennraumwand auf. Die Verdampfung des Kraftstoffes wird durch die Wärmezufuhr vom Kolben unterstützt. Die Gemischwolke wird über eine gerichtete Ladungsbewegung zur Zündkerze transportiert, die konzentrisch zur Mittelachse des Kolbens angeordnet ist. Die Ladungsbewegung wird durch die nach innen gewölbte Kolbenmulde sowie die etwa zur Mittelachse des Kolbens parallel verlaufenden Ansaugkanäle beeinflußt, so daß der Luftstrom in eine Drehrichtung bewegt wird, die entgegengesetzt zur üblichen Drehrichtung der Strömungswalze verläuft. Die Ausgestaltung des Kolbenbodens und die hierdurch erforderliche Ausgestaltung der Ansaugkanäle führt zu einer relativ großen Bauhöhe des gesamten Motors.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den in den Brennraum eingetretenen Kraftstoffstrahl derart auszurichten und die Kolbenmulde derart auszugestalten, daß eine gute Gemischaufbereitung bzw. Verdampfung bei geringer Neigung zur Ablagerung bzw. Verkokung an der Zündkerze und an der Düsenöffnung der Einspritzvorrichtung erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolbenmulde bzw. (das Aufprallelement) ein in Richtung der Mittelachse des Kolbens gekrümmt verlaufendes Wandteil und/oder einen Boden aufweist, auf den der Kraftstoffstrahl bzw. der Kraftstoff in etwa tangential auftrifft und/oder entlanggeführt wird und das Wandteil mit Abstand zur Mittelachse des Kolbens angeordnet ist. Durch die vorteilhafte Ausbildung der in die Kolbenoberfläche eingebrachten, nach innen gewölbten Kolbenmulde bzw. des Aufprallelements und die entsprechende Positionierung der Einspritzvorrichtung kann der aus der Einspritzvorrichtung austretende Kraftstoffstrahl bzw. der Hauptstrom der Kraftstoffwolke tangential auftreffen und an der Kolbenmulde entlang zur Zündkerze bewegt werden. Die Ladungsbewegung der tangential einströmenden Luft bewegt sich entlang dem Rand der Zylinderbohrung. Der eingespritzte Kraftstoff bildet mit der einströmenden Luft ein zündfähiges Kraftstoff- Luftgemisch.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß die an den ersten nach innen gewölbten, im Bereich der Direkteinspritzvorrichtung liegenden Teilbodenabschnitt der Kolbenmulde angelegte Tangente mit der Kolbenoberfläche einen Neigungswinkel α, α1 einschließt, der in etwa gleich groß oder etwas kleiner ist als der zwischen der Mittelachse, der Zündvorrichtung und der Kolbenoberfläche gebildete Neigungswinkel β, β1. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Kolbenmulde, insbesondere des ersten Teilbodenabschnitts der Kolbenmulde, trifft der aus der Einspritzvorrichtung austretende Kraftstoffstrahl bzw. der Hauptstrom der Kraftstoffwolke tangential auf den ersten Teilbodenabschnitt bzw. das zugehörige gekrümmte Wandteil der Kolbenmulde auf und bildet in kürzester Zeit mit der ebenfalls tangential einströmenden Luft ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch. Der Neigungswinkel zwischen der Längsmittelachse der Zündeinrichtung bzw. des austretenden Kraftstoffstrahls kann entweder gleich groß oder auch etwas kleiner sein als der Neigungswinkel zwischen der Oberfläche des ersten Teilbodenabschnitts der Kolbenmulde und der Kolbenoberfläche.
Ferner ist es vorteilhaft, daß der aus der Direkteinspritzvorrichtung austretende Kraftstoffstrahl bzw. Kraftstoff bzw. der Hauptstrom der Kraftstoffwolke in etwa tangential zumindest auf das gekrümmte Wandteil der Kolbenmulde, das dem Kolbenmantel am nächsten liegt, auftrifft und/oder an diesem entlanggeführt wird. Damit sich die Kraftstoffwolke auch tangential am Rand der Zylinderbohrung entlang bewegen kann, ist es vorteilhaft, daß das gekrümmte Wandteil bzw. der zugehörige Boden der Kolbenmulde in unmittelbarer Nähe des Kolbenmantels liegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die beiden gegenüberliegenden, mit Abstand zueinander angeordneten Wandteile der sichelförmig bzw. nierenförmig ausgebildeten Kolbenmulde, die sich bis zur Kolbenoberfläche erstrecken und mit dieser Kanten bilden, einen mittleren Krümmungsradius aufweisen, auf dem in etwa der Hauptstrom des aus der Direkteinspritzvorrichtung austretenden Kraftstoffs verläuft. Da der Boden der Kolbenmulde und das sich an den Boden anschließende Wandteil in etwa den gleichen Krümmungsradius aufweisen, erhält man eine optimale Formgebung der Kolbenmulde, insbesondere auch dadurch, daß ein kontinuierlicher Übergang zwischen Boden- und Wandteil realisierbar ist. Dabei ist es auch vorteilhaft, daß die Bodenabschnitte und die sich daran anschließenden Wandteile der Kolbenmulde in etwa den gleichen Krümmungsradius aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der erste im Bereich der Direkteinspritzvorrichtung liegende Teilbodenabschnitt der Kolbenmulde mit Bezug auf die Kolbenoberfläche eine geringere Neigung aufweist als der im Bereich der Zündvorrichtung liegende zweite Teilbodenabschnitt der Kolbenmulde. Hierdurch wird ein optimaler Transport des Kraftstoff- Luft-Gemischs aus der Kolbenmulde in Richtung der Zündkerze bewirkt.
Vorteilhaft ist es auch, daß der Krümmungsradius der Kolbenmulde in der Ansicht von oben in etwa konzentrisch zur vertikalen Mittelachse des Kolbens angeordnet ist und einen gleichen oder größeren Abstand A zur Mittelachse als zum Kolbenmantel aufweist.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung des Kolbens ist es von Vorteil, daß der erste Teilbodenabschnitt der Kolbenmulde das Einlaufteil zur Aufnahme des eingespritzten Kraftstoffs und der zweite Teilbodenabschnitt der Kolbenmulde das Auslaufteil des Kraftstoffgemischs ist, wobei das Einlaufteil der Kolbenmulde zumindest teilweise unterhalb der Auslaßöffnung eines Einlaßkanals bzw. Einlaßventils liegt.
Vorteilhaft ist es ferner, daß der Teilbodenabschnitt bzw. das Auslaufteil des Bodens der Kolbenmulde unterhalb der Zündvorrichtung liegt.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß das gekrümmt verlaufende Aufprallelement auf dem Kolbendach bzw. zumindest teilweise im Kolbendach integriert ist, auf dessen in Richtung der Mittelachse zeigende Tangential­ kanäle bzw. auf ein Aufprallelement, zumindest der Hauptstrom des Kraftstoffstrahls, in etwa tangential auftrifft.
Zur Realisierung des Verfahrens ist es notwendig, durch die Einlaßströmung einen Drall um die Mittelachse zu erzeugen. Zur Drallerzeugung kommen Drallkanäle, Kanalabschaltung oder gedrehter Ventilstern in Betracht. Die Luft kann in oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des aus der Direkteinspritzung austretenden Kraftstoffs ausführt. So wird in Verbindung mit der tangential einströmenden Luft durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Einlaßkanäle ein optimales Kraftstoff-Luftgemisch erzielt, das zur Zündkerze transportiert und dort entzündet wird. Durch den Transport des Kraftstoff-Luft-Gemischs zur Zündkerze kann dort zündfähiges Gemisch bereitgestellt werden, während der Rest des Brennraums mit Luft gefüllt ist.
Ferner ist es vorteilhaft, daß sich zumindest ein Teil der Kolbenmulde oberhalb des Kolbendachs erstreckt und daß zumindest ein Teil der Kolbenmulde gekrümmt ist und ein anderer Teil eine plane Oberfläche bildet, die in das Kolbendach ausläuft und/oder auf der gleichen Ebene liegt wie das Kolbendach.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kolbendachs eines Kolbens mit nach innen gewölbter Kolbenmulde,
Fig. 2 einen Schnitt des oberen Teils des Kolbens mit nach innen gewölbter Kolbenmulde entlang der Linie S-S gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht eines Zylinderkopfs mit in gestrichelten Linien dargestellter Kolbenmulde unter einem Einlaßventil,
Fig. 4 einen Schnitt des Kolbens entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,
Fig. 5 eine Draufsicht eines Zylinderkopfs eines weiteren Ausführungsbeispiels mit zwei Einlaßventilen und einem Auslaßventil sowie einer Einspritz- und Zündvorrichtung,
Fig. 6 eine Draufsicht des Kolbendachs mit nach innen gewölbter Mulde gemäß Fig. 7,
Fig. 7 Eine Schnittdarstellung des oberen Teils des Kolbens entlang der Linie A-A gemäß Fig. 6,
Fig. 13 einen Teilschnitt des oberen Teils des Kolbens mit der Kolbenmulde einer Einspritzdüse bzw. dem Injektor und einer fast aufrechtstehenden Zündkerze im Bereich der Kolbenmulde,
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer sichelförmig angeordneten Kolbenmulde in Draufsicht,
Fig. 10 einen Teilschnitt der Kolbenmulde mit der Einspritzvorrichtung und der mit Bezug auf das Kolbendach geneigt verlaufenden Zündkerze entlang der Linie S-S gemäß Fig. 9,
Fig. 11 eine Draufsicht des Zylinderkopfs mit zwei Ein- und zwei Auslaßventilen,
Fig. 12 einen Schnitt des Kolbens entlang der Linie A-A gemäß Fig. 9,
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer im Kolben vorgesehenen Kolbenmulde im Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 14,
Fig. 14 eine Draufsicht gemäß Fig. 13,
Fig. 15 eine Schnittdarstellung des oberen Teils des Kolbens entlang der Linie S-S gemäß Fig. 14,
Fig. 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer im Kolben vorgesehenen durchgehenden, flachen Kolbenmulde im Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 17,
Fig. 17 eine Draufsicht gemäß Fig. 16,
Fig. 18 eine Schnittdarstellung des oberen Teils des Kolbens entlang der Linie S-S gemäß Fig. 17.
In der Zeichnung ist in Fig. 3 ein Zylinderkopf 1 eines Ottomotors schematisch dargestellt, der mit einem Einlaßventil 2 und einem Auslaßventil 3 ausgestattet ist. Unterhalb des Einlaßventils 2 befindet sich eine in gestrichelten Linien angedeutete Kolbenmulde 6, die in den Fig. 1, 2 und 4 näher veranschaulicht ist. Das Einlaßventil 2 sowie eine Auslaßöffnung des zugehörigen Einlaßkanals, der in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, befindet sich oberhalb der Kolbenmulde 6. Die Querschnittsfläche des Einlaßventils deckt einen großen Bereich der Kolbenmulde 6 ab. Der in den Zeichnungen nicht dargestellte Einlaßkanal bzw. die zugehörige Auslaßöffnung 24 mit dem Einlaßventil 2 kann so angeordnet sein, daß der größte Teil der Fläche der Kolbenmulde 6 gemäß Fig. 3 durch die Auslaßöffnung bzw. das Einlaßventil 2 abgedeckt wird. Zu beachten ist, daß der Drall während des Aussaughubs des Kolbens erzeugt wird. Durch entsprechende Ausbildung der Einlaßkanäle strömt die Luft tangential in den Zylinderraum. Anstelle einer Ladungsbewegung, deren Achse senkrecht zur Zylinderachse steht, (Tumble) kann die Ladungsbewegung auch mit einer Achse in Zylinderrichtung (Drall) erzeugt werden. Mittels Kanalabschaltung ist es ferner möglich, die Gemischbildung positiv zu beeinflussen. Wie aus Fig. 1 und 2 des ersten Ausführungsbeispiels hervorgeht, besteht die Kolbenmulde 6 aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Wandteilen 16 und 19, die sich von einem Boden 11 der Kolbenmulde 6 bis zu einer Kolbenoberfläche bzw. einem Kolbendach 15 erstrecken und dabei Kanten 20 und 21 bilden, die auf einem mittleren Krümmungsradius 22 liegen. Der mittlere Krümmungsradius 22 ist konzentrisch mit Abstand zur vertikalen Mittelachse 23 des Zylinderkopfs 1 angeordnet, wobei der Abstand A zwischen der Mittelachse 23 und dem Krümmungsradius 22 je nach Ausführungsbeispiel kleiner, gleich groß oder größer als der Abstand B zwischen dem Krümmungsradius 22 und einem Kolbenmantel 18 sein kann.
Gemäß Fig. 1 verläuft die Kante 21 des Wandteils 16 in etwa parallel zum Kolbenmantel 18. Es ist jedoch auch möglich, den Krümmungsradius kleiner oder größer zu wählen.
In Fig. 2 ist die Kolbenmulde 6 im Schnitt entlang der Linie S-S gemäß Fig. 1 dargestellt. Der Boden 11 weist ebenfalls einen gekrümmten Verlauf auf, wobei im Bereich einer direkten Einspritzvorrichtung 4 bzw. eines Injektors ein erster Teilbodenabschnitt 13 gebildet ist, der durch einen Radius R1 und einen zweiten Teilbodenabschnitt 14 im Bereich einer Zündvorrichtung 8 durch einen Radius R1, R1' definiert wird. Der Radius R1 ist wesentlich größer als der Radius R2, R2'. Der Teilbodenabschnitt 13 kann auch auf einer Geraden verlaufen und dabei kontinuierlich in einen Teilbodenabschnitt 14 übergehen. Eine bei R1' angelegte Tangente 12 bildet mit dem Kolbendach 15 einen Winkel α, der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kleiner ist als der Winkel β zwischen dem Kolbendach 15 und einer Mittelachse 10 der Direkteinspritzvorrichtung 4 bzw. eines austretenden Kraftstoffstrahls 17, so daß der aus der Düse der Direkteinspritzung austretende Kraftstoffstrahl 17 tangential auf die Kolbenmulde 6 auftrifft und in seiner Hauptströmungsrichtung gemäß Pfeil annähernd tangential am Boden 11 und/oder den Wandteilen 16, 19 der Kolbenmulde 6 entlang geführt wird und mit der Ladungsbewegung (Kraftstoffwolke) die ebenfalls tangential eingeführt werden kann, transportiert wird. Vorteilhaft ist beispielsweise, wenn die Kanäle als Drallkanäle ausgebildet sind.
Der wesentlich stärkere, gekrümmt verlaufende Teilbodenabschnitt 14 endet unmittelbar im Bereich und/oder unterhalb der Zündvorrichtung 8. Dieser Teilbodenabschnitt wird durch den Radius R2 bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, die Teilbodenabschnitte 13 sowie 14 und den Boden 11 so zu gestalten, daß sie durch zahlreiche zunehmend gekrümmte Teilbodenabschnitte definiert werden.
Der in das Kolbendach 15 auslaufende Teilbodenabschnitt 14 bzw. eine an die Kante 21 des Teilbodenabschnitts bei R2' angelegte Tangente 26 bildet mit dem Kolbendach 15 einen Winkel δ, der größer ist als der Winkel α bzw. α1' zwischen dem Kolbendach 15 der Tangente 12 bei R1' oder 12 bei R1. Der Winkel σ zwischen einer Mittelachse 9 der Zündvorrichtung 8 und dem Kolbendach 15 ist wesentlich größer als der Winkel δ zwischen der Tangente 26 und dem Kolbendach 15, so daß der Hauptstrom 25 der Kraftstoffwolke in Richtung der Zündkerze der Zündvorrichtung 8 transportiert wird und dort ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch bildet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5 bis 8 ist der Zylinderkopf mit einem Auslaßventil 3' und zwei Einlaßventilen 2, 2' dargestellt, wobei sich die Kolbenmulde 6 auch im wesentlichen unterhalb des Einlaßventils 2 erstrecken kann und die Direkteinspritzvorrichtung 4 im Bereich des Teilbodenabschnitts 13 und die Zündvorrichtung 8 im Bereich des Teilbodenabschnitts 14 der Kolbenmulde 6 liegt. Der Verlauf des Bodens 11 entspricht in etwa dem Verlauf des Bodens gemäß Fig. 2, wobei der letzte Abschnitt des Teilbodenabschnitts 14, der in das Kolbendach 15 übergeht, wesentlich stärker gekrümmt ist als der Teilbodenabschnitt 14 gemäß Fig. 2. Eine Tangente 26' bildet im Bereich der Kante 21 mit dem Kolbendach einen annähernd rechten Winkel δ. Hierdurch wird auf optimale Weise das Kraftstoff-Luftgemisch der Zündkerze der Zündvorrichtung 8 zugeführt.
Gemäß Fig. 6 ist die Kolbenmulde 6 ebenso wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in der Ansicht von oben nieren- bzw. sichelförmig ausgebildet. Der Abstand A zwischen der vertikalen Mittelachse 23 eines Kolbens 5 und dem mittleren Krümmungsradius 22 ist in etwa gleich dem Abstand B zwischen dem Kolbenmantel 18 und dem mittleren Krümmungsradius 22.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 9 bis 12 ist der Zylinderkopf 1 mit zwei Einlaßventilen 2, 2' und zwei Auslaßventilen 3, 3' versehen. In diesem Beispiel ist die Kolbenmulde 6, die in Fig. 11 in gestrichelten Linien angedeutet ist, im wesentlichen unterhalb des Einlaßventils 2 und etwas unterhalb des Auslaßventils 3 angeordnet. Gemäß Fig. 10 entspricht der Verlauf des Bodens 11 der Kolbenmulde 6 ebenfalls dem Verlauf des Bodens gemäß Fig. 2. Das Gleiche gilt auch für die Anordnung der Direkteinspritzvorrichtung 4 und der Zündvorrichtung 8.
In Fig. 12 ist die Kolbenmulde 6 im Schnitt A-A gemäß Fig. 9 wiedergegeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kolbenmulde 6 wesentlich enger ausgestaltet, wobei der Winkel µ' zwischen einer Tangente 27 und dem Kolbendach 15 zwischen 20° und 30° und der Winkel zwischen einer Tangente 28 und dem Kolbendach 15 annähernd zwischen 30° und 100,° vorzugsweise 90° groß ist. Dadurch erhält man sehr stark ansteigende Wandteile 19 bzw. 16, die jeweils in das Kolbendach 15 auslaufen. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die größte Breite der Mulde 6 größer oder gleich groß ist wie die größte Tiefe der Mulde 6.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 bis 15 kann anstelle der nach innen gewölbten Kolbenmulde 6 das Kolbendach 15 auch eine Erhebung 29 bzw. ein gekrümmt verlaufendes Aufprallelement aufweisen, dessen Wandelement 16 ebenfalls in Richtung der vertikalen Mittelachse 23 des Kolbens 5 gekrümmt ist, wobei die Wandelemente 19, 16 eine starke konkave Oberfläche aufweisen können und dadurch eine hochstehende Kolbenmulde 6 bilden. Ein Teil der Kolbenmulde ist in das Kolbendach 15 eingeformt, und ein weiterer Teil der Kolbenmulde 6 steht als Wandteil 16 auf dem Kolbendach 15 um das Maß C hervor.
Vorteilhaft ist es, daß bei allen Ausführungsbeispielen der aus der Direkteinspritzvorrichtung 4 austretende Kraftstoffstrahl 17 bzw. der Kraftstoff in etwa tangential auf die Kolbenmulde 6 auftrifft und mit seiner Hauptströmungsrichtung gemäß Pfeil 25 an der Oberfläche des Bodens 11 und der sich daran anschließenden gekrümmten Wandteile 16 der Kolbenmulde 6 entlang geführt wird. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Auslaßöffnung der Direkteinspritzvorrichtung 4 oberhalb des Teilbodenabschnitts 13 der Kolbenmulde 6 bzw. des Einlaufteils der Kolbenmulde 6 liegt, während die Zündvorrichtung 8 im Bereich des zweiten Teilbodenabschnitts 14 bzw. des Auslaufteils der Kolbenmulde 6 vorgesehen ist. Durch die erforderliche Ausgestaltung der Kolbenmulde 6 in Verbindung mit der Direkteinspritzvorrichtung 4 und der Zündvorrichtung 8 wird, wie bereits erwähnt, die Längsbewegung des Kraftstoffs bzw. der Kraftstoffwolke in Verbindung mit der tangential eingeströmten Luft (Drallbewegung) in Richtung der Zündkerze so begünstigt, daß sich eine optimale Gemischaufbereitung (Verdampfung) ergibt und daraus eine niedrige Rußemission resultiert, wobei gleichzeitig auch die Neigung zur Ablagerung (Verkokung) an der Zündkerze bzw. an der Düsenöffnung auf ein Minimum reduziert werden kann. Durch die entsprechend angeordneten Einlaßkanäle bzw. Drallkanäle wird eine Rotationsbewegung der einströmenden Luft im Brennraum ermöglicht und dadurch, wie erwähnt, eine sehr gute Gemischaufbereitung erzielt. Der Drall kann gegen den Uhrzeigerdrehsinn oder im Uhrzeigerdrehsinn verlaufen.
In den Fig. 16 bis 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer flachen Kolbenmulde 6 dargestellt, die in etwa auf der gleichen Ebene liegt wie das Kolbendach 15 des Kolbens 5. Die flache Kolbenmulde 6 weist eine zur vertikalen Mittelachse 23 des Kolbens 5 gekrümmt verlaufende Kante 21 auf, die im Bereich des Kolbenmantels 18 liegt. Ausgehend von dieser Kante 21 erstreckt sich der Boden 11 der Kolbenmulde 6 in Richtung der Mittelachse 23.
Die Kante 21 liegt, wie im Beispiel gemäß Fig. 13 oberhalb des Kolbendachs 15. Im Bereich der Kante 21 beginnt die Kolbenmulde 6 und geht dann allmählich in eine annähernde Gerade 30 bzw. plane Oberfläche 30' des Kolbendachs 15 über. Die Oberfläche 30' kann in etwa auf der gleichen Ebene wie das Kolbendach 15 liegen.
Die Direkteinspritzvorrichtung 4 kann beispielsweise in Strömungsrichtung oder entgegengesetzt zur tangential einströmenden Luft angeordnet sein.
Die in den Fig. 6 bis 17 dargestellten Kanten 20, 21 liegen nicht auf einen Kreisbogen sondern bilden eine gekrümmt verlaufende Linie. Es ist jedoch auch möglich diese kreisbogenförmig auszubilden.

Claims (12)

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, mit mindestens einem Einlaßkanal, einem Auslaßkanal, einer dem Zylinderkopf zugeordneten Direkteinspritzvorrichtung (4), einem eine gewölbte Kolbenmulde bzw. ein Aufprallelement (6) aufweisenden Kolben (7) und einer Zündvorrichtung (8), wobei zumindest die Mittelachse (10) der Direkteinspritzvorrichtung (4) bzw. der Hauptstrom des austretenden Kraftstoffstrahls mit Bezug auf das Kolbendach geneigt verlaufend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß (das Aufprallelement) die Kolbenmulde (6) bzw. ein in Richtung der Mittelachse (23) des Kolbens (7) gekrümmt verlaufendes Wandteil (16) und/oder einen Boden (11) aufweist, auf den der Kraftstoffstrahl bzw. der Kraftstoff (17) in etwa tangential auftrifft und/oder entlanggeführt wird und das Wandteil (16) mit Abstand zur Mittelachse (23) des Kolbens angeordnet ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den ersten nach innen gewölbten, im Bereich der Direkteinspritzvorrichtung (4) liegenden Teilbodenabschnitt (13) der Kolbenmulde (6) angelegte Tangente (12, 12') mit der Kolbenoberfläche (15) einen Neigungswinkel a, einschließt, der in etwa gleich groß oder etwas kleiner ist als der zwischen der Mittelachse (9), der Zündvorrichtung (8) und der Kolbenoberfläche (15) gebildete Neigungswinkel β, β1.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Direkteinspritzvorrichtung (4) austretende Kraftstoffstrahl bzw. Kraftstoff (17) bzw. der Hauptstrom der Kraftstoffwolke in etwa tangential zumindest auf das gekrümmte Wandteil (16) der Kolbenmulde (6), das dem Kolbenmantel (18) am nächsten liegt, auftrifft und/oder an diesem entlanggeführt wird.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden, mit Abstand zueinander angeordneten Wandteile (16, 19) der sichelförmig bzw. nierenförmig ausgebildeten Kolbenmulde (6), die sich bis zur Kolbenoberfläche (15) erstrecken und mit dieser Kanten (20, 21) bilden, einen mittleren Krümmungsradius (22) aufweisen, auf dem in etwa der Hauptstrom des aus der Direkteinspritzvorrichtung (4) austretenden Kraftstoffs (17) verläuft.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste im Bereich der Direkteinspritzvorrichtung (4) liegende Teilbodenabschnitt (13) der Kolbenmulde (6) mit Bezug auf die Kolbenoberfläche (15) eine geringere Neigung aufweist als der im Bereich der Zündvorrichtung (8) liegende zweite Teilbodenabschnitt (13) der Kolbenmulde (6).
6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (22) der Kolbenmulde (6) in der Ansicht von oben in etwa konzentrisch zur vertikalen Mittelachse (23) des Kolbens (5) angeordnet ist und einen gleichen oder größeren Abstand A zur Mittelachse (23) als zum Kolbenmantel (18) aufweist.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilbodenabschnitt (13) der Kolbenmulde (6) das Einlaufteil zur Aufnahme des eingespritzten Kraftstoffs (17) und der zweite Teilbodenabschnitt (14) der Kolbenmulde (6) das Auslaufteil des Kraftstoffgemischs ist, wobei das Einlaufteil der Kolbenmulde (6) zumindest teilweise unterhalb der Auslaßöffnung eines Einlaßkanals bzw. Einlaßventils (2) liegt.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbodenabschnitt (14) bzw. das Auslaufteil des Bodens (11) der Kolbenmulde (6) unterhalb der Zündvorrichtung (8) liegt.
9. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmt verlaufende Aufprallelement (6) auf dem Kolbendach (15) bzw. zumindest teilweise im Kolbendach (15) integriert ist, auf dessen in Richtung der Mittelachse (23) zeigendes Wandelement (16) zumindest der Hauptstrom des Kraftstoffstrahls (17) in etwa tangential auftrifft.
10. Zylinderkopf nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Einlaßkanal als Drallkanal ausgebildet ist und die aus der Auslaßöffnung (24) des Einlaßkanals austretende Luft eine Drallbewegung um die Mittelachse (23) entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn bzw. in oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung (25) des aus der Direkteinspritzung (4) austretenden Kraftstoffs (17) ausführt.
11. Zylinderkopf nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Teil der Kolbenmulde (6) oberhalb des Kolbendachs (15) erstreckt.
12. Zylinderkopf nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Kolbenmulde (6) gekrümmt ist und ein anderer Teil eine plane Oberfläche (30') bildet, die in das Kolbendach (15) ausläuft und/oder auf der gleichen Ebene liegt wie das Kolbendach (15)
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