Zur guten Gemischaufbereitung ist es beispielsweise aus EP-A-0 634 572 bekannt, bei einer im wesentlichen eben- flächigen Begrenzung des Brennraums durch den Zylinderkopf die Einlaßkanäle so zu führen, daß die in den Zylinder ein- strömende Luft eine starke Drallbewegung um die Zylinder- achse erhält, die auch noch dann wirksam ist, wenn der Kraft- stoff eingespritzt wird. Dies ist jedoch nur mit einem geome- trisch komplizierten Zylinderkopf zu bewerkstelligen.

Aus DE-A-4 241 104 ist ein Dieselmotor bekannt, dessen Zylin- der einen verlaufenden Brennraum aufweist, der zylinderkopf- seitig zwei in der Höhe versetzt zueinander angeordnete Stu- fen aufweist, wobei in der hochliegenden Stufenfläche das Einlaßventil und in der tiefer liegenden Stufenfläche das Auslaßventil jeweils mit den zugehörigen Gasführungskanälen ausmündet. Der Kolbenboden ist entsprechend stufenförmig aus- geführt. Der jeweilige Übergangsbereich zwischen der einen Stufe zur anderen Stufe ist sowohl am Zylinderkopf wie auch am Kolbenboden mit einer Hinterschneidung versehen, so daß bei einer oberen Totpunktstellung des Kolbens ein sich quer zur Zylinderachse erstreckender im wesentlichen zylindrischer Brennraum ergibt, in den in Achsrichtung des Brennraums, also quer zur Zylinderachse, die Einspritzdüse ausmündet. Auch

diese Bauform erfordert einen kompliziert gestalteten Zylin- derkopf und kompliziert gestaltete Kolben.

Aus DE-A-19 537 028 ist ein gegenüber DE-A-4 241 104 abge- wandelter Dieselmotor bekannt, bei dem wiederum die Einlaß- ventile gegenüber den Auslaßventilen höher angeordnet sind, jedoch die zylinderkopfseitige Begrenzung des Brennraums auf der Einlaßseite gegenüber der Zylinderachse geneigt ausge- richtet und auf der Auslaßseite horizontal verlaufend ausge- richtet ist. Der zugehörige Kolbenboden ist in seiner Kontur entsprechend ausgebildet, wobei sich die der Auslaßseite zu- geordnete, im wesentlichen horizontale Kolbenbodenfläche bis in den Einlaßbereich erstreckt, so daß in der oberen Tot- punktstellung ein quer zur Zylinderachse verlaufender Wal- zenbrennraum entsteht, in den quer zur Zylinderachse Kraft- stoff eingespritzt wird. Auch diese Brennraumgestaltung er- fordert geometrisch komplizierte Zylinderköpfe und Kolben mit zerklüftet gestalteten Kolbenböden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen direkt- einspritzenden Dieselmotor zu schaffen, der aufgrund seiner Brennraumgestaltung ein Dieselbrennverfahren bewirkt, das hohe Mitteldrücke bei sehr günstigem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Emissionen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Dieselmotor, dessen einzelne Zylinder jeweils mit einer Kraftstoffeinspritzein- richtung versehen sind, deren Düse in den Brennraum des Zy- linders ausmündet, und mit wenigstens einem Auslaßventil und mit wenigstens einem Einlaßventil je Zylinder, denen im Zy- linderkopf jeweils entsprechend verlaufende Kanäle zugeordnet sind, die geneigt in den Brennraum einmünden, wobei der durch den Zylinderkopf einerseits und den Kolbenboden andererseits begrenzte Brennraum eines Zylinders so gestaltet ist, daß die Ladungsbewegung im Brennraum einen Drall um die Zylinderachse mit einem Wert von CU/CA < 0,5 und einen Tumble um die Quer- achse mit einem Wert von CT/CA ! 0,5 aufweist und wobei die Einspritzdüse mit mindestens einer Einspritzöffnung versehen

ist. CU bezeichnet die Umfangsgeschwindigkeitskomponente ei- ner Drallströmung und CA entsprechend die axiale Geschwindig- keitskomponente, so daß das Verhältnis CU/CA ein Maß für die Intensität einer Drallströmung darstellt. In Analogie zur Drallströmung gibt CT die tangentiale Geschwindigkeitskompo- nente des Tumble oder Walzenwirbels an, während CA wiederum die axiale Geschwindigkeitskomponente wiedergibt. Das Ver- hältnis CT/CA stellt das Maß für die Intensität der Tum- bleströmung dar. Die Messung der Tumble-Strömungen kann bei- spielsweise mit der in DE-A-41 33 277 beschriebenen Vorrich- tung vorgenommen werden.

Durch diese Gestaltung des Brennraums in Verbindung mit einer Aufteilung des einzuspritzenden Kraftstoffs in eine Vielzahl von Einzelstrahlen gelingt es, eine optimale Gemischbildung im Brennraum mit einem weitgehend homogenen Kraftstoff-Luft- Gemisch zu erzeugen. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn der Kraftstoff mit sehr hohem Druck in den Brennraum eingespritzt wird, wie er mit Hilfe von sogenannten Common- Rail-Einspritz-systemen mit Drücken über 1000 bar realisier- bar ist. Insbesondere die Einlaßkonfiguration mit zwei im we- sentlichen parallel verlaufenden, geneigt in den Brennraum einmündenden Einlaßkanälen bewirkt, daß für einen direktein- spritzenden Dieselmotor die homogene Gemischbildung durch ei- ne sogenannte Tumblebewegung erzielt wird. Die zylinderkopf- seitige Begrenzung des Brennraum kann zumindest teilweise eben ausgebildet sein, wie es von klassischen Dieselmotoren bekannt ist. Die erzielten indizierten Mitteldrücke liegen beispielsweise bei einer Drehzahl von 1500 RPM im Bereich von 12 bis 14 bar, bei 2000 RPM im Bereich von 15 bis 18 bar und bei 4000 RPM im Bereich von 10 bis 13 bar.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zylinderkopfseitige Begrenzung des Brennraums zumindest in ihrem wesentlichen Bereich dachförmig ausgebildet ist, wobei in einer Dachfläche wenigstens ein Einlaßkanal einmündet und in der anderen Dachfläche wenigstens ein Auslaßkanal einmün- det. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn der dachförmig

ausgebildete Begrenzungsbereich jeweils neben dem ""Traufenbereich"der Dachfläche ebenflächig ausgebildet ist.

Der Kolbenboden ist entsprechend der zylinderkopfseitigen Be- grenzung des Brennraums ausgebildet. Es hat sich herausge- stellt, daß diese von Ottomotoren abgeleitete und für das Dieselverfahren angepaßte Brennraumgestaltung bei Einhaltung der vorstehend angegebenen Bedingungen für die Ladungsbewe- gung mit CU/CA < 0,5 und CT/CA > 0,5 für das Dieselverfahren sehr gute Werte hinsichtlich Leistung, Kraftstoffverbrauch und niedriger Emis-sion ergibt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorge- sehen, daß der Kolbenboden eine Mulde, vorzugsweise eine topfförmige Mulde, aufweist. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Mulde eine im wesentlichen kreiszylindrische Form und ei- nen ebenflächigen Boden aufweist. Bei einem teilweise dach- förmig ausgebildeten Kolbenboden ist die Mulde im Bereich der Zylinderachse angeordnet, so daß nur die verbleibenden äuße- ren Randbereiche dachförmig ausgebildet sind, während an- schließend an den"Traufenbereich"der Dachform ein ebenflä- chiger Abschluß zur Zylinderwandung entsprechend der Kontur der zylinderkopfseitigen Begrenzung gegeben ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die vertikale Achse der Mulde mit der vertikalen Achse der Einspritzeinrichtung zusammenfällt, wobei es insbesondere zweckmäßig ist, daß die Vertikalachse der Einspritzeinrich- tung mit Abstand in Richtung auf das Auslaßventil versetzt angeordnet ist.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den oberen Bereich eines Kolbens ent- lang der Zylinderachse, Fig. 3 eine zugeordnete Aufsicht auf den Kolben gemäß Fig. 2, Fig. 4 eine ausgebildete Drallströmung am Ende der Ansaugphase, Fig. 5 eine ausgebildete Tumbleströmung, Fig. 6 schematisch die Entwicklung einer Tumble- strömung in der Ansaugphase, Fig. 7 die Anordnung der Düsenöffnungen an einer Einspritzdüse, fig. 8 eine abgewandelte Anordnung der Düsen- öffnung, Fig. 9 eine Anordnung der Düsenöffnung mit unter- schiedlichem Abstand zueinander.

In Fig. 1 ist ein Zylinder 1 eines Dieselmotors in einem Ver- tikalschnitt dargestellt, dessen Brennraum2 durch einen Zy- linderkopf 3 einerseits und einen Kolben 4 andererseits be- grenzt ist. Die Begrenzungsfläche 5 des Brennraums 2 im Zy- linderkopf 3 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbei- spiel dachförmig ausgebildet, wobei in der einen Dachfläche 5.1 ein oder auch zwei parallel nebeneinander verlaufende Einlaßkanäle 6 einmünden, die jeweils durch ein Einlaßventil 7 verschließ-bar sind und in der anderen Dachfläche 5.2 ein oder auch zwei parallele Auslaßkanäle 8 ausmünden, die je- weils durch ein Auslaßventil 9 verschließbar sind. Im "Traufenbereich"10 der beiden Dachflächen 5.1 und 5.2 geht bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die zylinder- kopfseitige Begrenzung in eine ebene Randfläche 11 über, die

sich parallel zur Firstlinie 12 der Begrenzungsfläche 5 er- streckt. Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der sowohl am Brennraumdach als auch am Kolbenboden die Dach- flächen bis zur Zylinderwandung abfallend ausgebildet sind.

Der Winkel zwischen Einlaßventil 7 und Auslaßventil 9 kann bis zu 40° betragen, wobei die Winkelhalbierende um bis zu 8° gegenüber der Zylinderachse 17 geneigt sein kann.

Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt ist versetzt geführt und zwar im Bereich des Zylinderkopfes 3 durch die Achse 6.1 ei- nes Einlaßkanals 6 und dem zugeordneten Auslaßkanal 8. Im Be- reich des Brennraums 2 bis einschließlich durch den Kolben ist der Schnitt in einer Ebene entlang der Zylinderachse 17 geführt.

Der Kolbenboden 13 des Kolbens 4 ist bei dem in Fig. 1 darge- stellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen entsprechend der Form der zylinderkopfseitigen Begrenzungsfläche 5 ausgebil- det, mit der Besonderheit, daß-wie aus Fig. 3 ersichtlich- in die Dachfläche des Kolbenbodens 13 eine topfförmige Mulde 14 eingearbeitet ist. Jeweils im"Traufenbereich"10 der Dachkontur ist der Kolbenboden 13 mit der zylinderkopfseiti- gen Begrenzung entsprechenden horizontalen Flächen 16 verse- hen. Im Bereich der Zylinderachse 17 ist im Zylinderkopf 3 eine hier nur durch ihre Achse 18 angedeutete Einspritzein- richtung angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungs- beispiel ist die Einspritzachse 18 um ein geringes Maß in Richtung auf die Auslaßkanäle 8 versetzt angeordnet, sie kann aber auch mit der Zylinderachse 17 zusammenfallen. Sie kann je nach Gestaltung und Ausrichtung der Düsen um bis zu 30° gegenüber der Zylinderachse 17 geneigt angeordnet sein.

In Fig. 1 ist der Kolben 4 in seiner Abwärtsbewegung bei ge- öffneten Einlaßventilen 7 dargestellt. Aufgrund der Brenn- raumkonfiguration und der im wesentlichen unter einem Winkel a in den Brennraum 2 einmündenden parallelen Einlaßkanäle 6

bildet sich im Brennraum 2 eine durch die beiden Doppelpfeile 19 angedeutete Tumbleströmung aus, die auch in der Kompres- sionsphase, d. h. bei geschlossenen Einlaßventilen 7 und bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 weitgehend aufrechterhal- ten bleibt. In diese, um eine zur Zylinderachse 17 senkrecht verlaufende Querachse drehende Tumbleströmung wird nun kurz vor dem Ende des Kompressionshubes der Kraftstoff direkt in den Brennraum 2 eingespritzt. Da die Einspritzdüse mindestens fünf Düsenöffnungen aufweist, wird die erforderliche Kraft- stoffmenge fein verteilt in diese Tumbleströmung eingebracht, so daß die Kraftstoffmenge einen langen Weg ohne Kontakt mit der Zylinderwandung zurücklegen und hierbei eine homogene Ge- mischbildung im Brennraum bewirkt werden kann.

Die Tumbleströmung, die maßgeblich durch die Geometrie der Einlaßkanäle erzeugt wird, wird im wesentlichen durch die Geometrie des Brennsraums 2, insbesondere die Gestaltung der Dachflächenbereiche der zylinderkopfseitigen Begrenzung und der zugeordneten Gestaltung des Kolbenbodens 13 während des Verdichtungsvorgangs stabilisiert, wobei die Mulde 14 im Kol- benboden 13 neben seiner ebenfalls stabilisierenden Wirkung auf den Tumble die gewünschten weiten Weglängen für die ein- gespritzten Kraftstoffmengen gewährleistet. Hierbei ist für die Abmessungen ein Verhältnis von Muldendurchmesser zu Kol- bendurchmesser von 0,5 bis 1,0 zweckmäßig.

In Abwandlung kann der Kolbenboden dachförmig und ohne Mulde sowie mit beliebiger Abflachung im Firstbereich ausgeführt sein. Auch ein gänzlich flache Kolbenboden, wie in Fig. 6 dargestellt, ist denkbar.

Die vorstehend erwähnte Asymmetrie der Brennraumgestaltung ist aus der in Fig. 2 und 3 im Schnitt und in der Aufsicht dargestellten Gestaltung des Kolbenboden erkennbar. Durch die Zuordnung der Bezugszeichen der einzelnen zu Fig. 1 bereits erläuterten Merkmale kann auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden.

Wie aus Fig. 2 und 3 erkennbar, ist die topfförmige Mulde 14 im Kolbenboden 13 im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebil- det und weist einen ebenflächigen Boden 20 auf.

Der Neigungswinkel b der dachförmigen Begrenzung sowohl auf der Zylinderkopfseite als auch auf seiten des Kolbenbodens weist gemessen gegenüber der Horizontalen einen Winkel zwi- schen 13 und 18, zweckmäßig von etwa 15 ° auf. Die Einlaßka- näle 6 sind mit ihrer Mittelachse 6.1 in ihrem Bereich unmit- telbar vor dem gekrümmten Übergang zu der durch das Einlaß- ventil 7 verschließbaren Einlaßöffnung 7.1 um einen Winkel a zwischen 15 und 45, zweckmäßig von etwa 30° gegenüber der Ho- rizontalen geneigt.

Zum besseren Verständnis der Strömungsvorgänge ist in Fig. 4 eine ausgebildete Drallströmung am Ende einer Ansaugphase dargestellt. Die zugehörigen Geschwindigkeitskomponenten CU und CA sind durch Pfeile entsprechend gekennzeichnet.

Fig. 5 zeigt für die gleiche Kolbenstellung eine ausgebildete Tumbleströmung. Auch hier sind die Geschwindigkeitskomponen- ten CT und CA entsprechend durch Pfeile gekennzeichnet. Fig.

5 läßt erkennen, daß die Anordnung der Mulde 14 auf dem Kol- benboden 13 bei der anschließenden Aufwärtsbewegung des Kol- bens 4 in der Kompressionsphase maßgeblich zur Aufrechterhal- tung der Tumbleströmung beiträgt, so daß in der Einspritzpha- se am Ende des Kompressionshubes immer noch eine ausreichende Strömungskomponente CT vorhanden ist, um so für eine voll- ständige Gemischbildung zu sorgen.

Fig. 6 zeigt von links nach rechts in Einzelschritten, wie in der Ansaugphase bei sich abwärts bewegendem Kolben die zu- nächst axial einströmende Luft im weiteren Verlauf der An- saugphase bis zum Ende der Ansaugphase sich in eine Tumble- strömung einstellt, was maßgeblich durch die geometrische Zu- ordnung der Einlaßkanäle 6 zum Zylinderraum und auch durch die Anordnung eines entsprechenden Brennraumdaches 5 unter- stützt wird.

In Fig. 7 ist die in den Brennraum 2 hineinragende Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung schematisch dargestellt.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, weist die Düse 21 eine Viel- zahl von Düsenöffnungen 22 auf, mindestens fünf. Die Düsen- öffnungen sind gegenüber der Einspritzachse 18 so ausgerich- tet, daß die austretenden feinen Kraftstoffstrahlen unter ei- nem Winkel c von etwa 45 bis 80° in den Brennraum 2 austre- ten.

Die vorstehend dargestellte und beschriebene Brennraumgestal- tung ist an sich von Otto-Motoren bekannt. Es hat sich über- raschend herausgestellt, daß eine derartige Brennraumgestal- tung auch für ein Dieselbrennverfahren mit Direkteinspritzung die Forderung nach hohen Mitteldrücken bei sehr günstigem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Emissionen zu erfüllen ver- mag. Hieraus ergeben sich auch herstellungstechnische Vortei- le, da es nunmehr möglich wird, für Otto-Motoren und für Die- selmotoren gleicher Baugröße Zylinderköpfe auf den gleichen Fertigungsstraßen herstellen zu können.

Die Einspritzeinrichtung kann mit Düsen unterschiedlicher Ge- staltung und Anordnung der Düsenöffnung versehen sein. Neben einer sogenannten Drosselzapfendüse mit nur einer Düsenöff- nung sind auch Düsen mit mindestens drei Düsenöffnungen ein- setzbar. Der Winkel c der einzelnen Düsenöffnungen 22 gegen- über der einzelnen Achsen 18 der Einspritzeinrichtung sowie der Winkel d bzw. der Abstand der einzelnen Düsenöffnungen 22 in Umfangsrichtung können jeweils verschieden sein, wie dies in den Fig. 6 und 9 schematisch für eine Düse mit sechs Dü- senöffnungen 22.1 bis 22.6 dargestellt ist.