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Patent Searching and Data


Title:
DIRECT INJECTION SPARK IGNITION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/053906
Kind Code:
A1
Abstract:
In internal combustion engines with direct injection the fuel is injected into the combustion chamber (4) by an injector to produce an ignitable fuel/air mixture with separately supplied combustion air, the mixture being ignited by an ignition spark (7). The fuel is injected in the form of a conical jet and the electrodes (12, 16, 16') are safe from being wetted with fuel and being coked if they are positioned outside the outer surface (9) of the conical fuel jet (8) produced by the injection nozzle (11). The aim of the invention is to introduce an ignitable mixture between the electrodes (12, 16, 16') and to improve the combustion process, thereby facilitating an optimum performance of the internal combustion engine (1). To this end, the invention provides a combustion chamber configuration which makes it possible that the conical fuel jet (8) is injected in a free jet that is almost uninfluenced by the limits of the combustion chamber and that the electrodes (12, 16, 16') of the ignition spark (7) project into a fuel vortex (10) which issues from the outer surface (8) during injection. Electrodes (16, 16') in different spark positions relative to the outer surface (8) are provided to ignite the fuel vortex (10). The positive potential of the ignition voltage is optionally applied to said electrodes depending on the operational phase of the internal combustion engine (1).

Inventors:
HOFFMANN MICHAEL (DE)
KRECKEL UWE (DE)
Application Number:
PCT/EP2000/002114
Publication Date:
September 14, 2000
Filing Date:
March 10, 2000
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
HOFFMANN MICHAEL (DE)
KRECKEL UWE (DE)
International Classes:
F02P13/00; F02B17/00; F02B23/10; F02B77/04; F02M51/06; F02M61/08; F02M61/14; F02M61/18; F02P15/08; F02B75/12; (IPC1-7): F02B23/10; F02P15/08
Foreign References:
DE19546945A11997-06-19
US5211145A1993-05-18
EP0835994A21998-04-15
GB2112859A1983-07-27
DE19546945A11997-06-19
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 01 31 January 1997 (1997-01-31)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 029 (M - 356) 7 February 1985 (1985-02-07)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 187 (M - 493) 2 July 1986 (1986-07-02)
Attorney, Agent or Firm:
Dahmen, Toni (DaimlerChrysler AG Intellectual Property Management FTP - C 106 Stuttgart, DE)
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Claims:
Anspruche
1. Direkteinspritzende OttoBrennkraftmaschine mit einem Brennraum (4), der in jedem Zylinder (2) von einem längsbeweglichen Kolben (3) und der Innenwand (15) ei nes Zylinderkopfes (5) begrenzt ist, mit einem Injek tor (6), dessen Einspritzdüse (11) Kraftstoff kegel förmig in den Brennraum (4) einspritzt zur Bildung ei nes zündfähigen Kraftstoff/LuftGemisches mit separat zugeführter Verbrennungsluft, wobei das Gemisch von einer Zündkerze (7) zu zünden ist, deren Elektroden (12,16,16') außerhalb der Mantelfläche (9) des von der Einspritzdüse (11) erzeugten Kraftstoffkegels (8) liegen, gekennzeichnet durch eine derartige Brennraumkonfi guration, daß der Kraftstoffkegel (8) in einem von der Brennraumbegrenzung nahezu unbeeinflußten Freistrahl eingespritzt wird und die Elektroden (12,16,16') der Zündkerze (7) in einen bei der Einspritzung aus der Mantelfläche (9) hervortretenden Kraftstoffwirbel (10) einragen, wobei mindestens zwei Elektroden (16,16') in unterschiedlichen Funkenlagen relativ zur Man telfläche (9) des Kraftstoffkegels (8) vorgesehen sind, an die das positive Potential der Zündspannung anlegbar ist.
2. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (a) des Kraftstoffkegels (8) zwischen 70° und 100° beträgt.
3. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzfreistrahl hohlkegelförmig ist.
4. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16,16') mit positivem Potential in unterschiedlichen Eindring tiefen (11,12) in dem Brennraum (4) angeordnet sind.
5. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16,16') mit positivem Potential in unterschiedlichem Abstand zu einer Zylindermittelachse (14) angeordnet sind.
6. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16,16') mit positivem Potential mit unterschiedlichen Ausrich tungen ihrer Längsachsen (18) gegenüber der Zylinder mittelachse (14) angeordnet sind.
7. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (20) vorgesehen ist, mittels derer die Zündstellung wahl weise in Abhängigkeit der Betriebsart und der Be triebsbedingungen der Brennkraftmaschine (1) zwischen einer der Elektroden (16,16') für das positive Poten tial und einer jeweils zugeordneten Masseelektrode (12) anlegbar ist.
8. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zündkerzen (7,7') vorgesehen sind, die jeweils eine Masseelektrode (12) und eine Elektrode (16,16') mit positivem Potential aufweisen.
9. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Mittelelek trode (16,16') die Elektrode mit positivem Potential bildet.
10. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Zündkerze (17,21) mit zwei Elektroden (16,16') unterschiedlicher axialer Länge, an die das positive Potential der Zündspannung anleg bar ist.
11. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (17) eine zentrale Masseelektrode (12) aufweist, welche beiden Elektroden (16,16') für positives Potential zugeord net ist.
12. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrode (16,16') für das positive Potential der Zündspannung jeweils eine Masseelektrode (12,12') mit entsprechend unter schiedlichen axialen Längen zugeordnet ist.
13. OttoBrennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16,16') für das positive Potential zentral benachbart einer Mittelachse (21) der Zündkerze (22) liegen und die Masseelektroden (12,12') bezüglich der Mittelachse (21) jenseits der jeweils zugeordneten positiven Elek troden (16,16') liegen.
14. OttoBrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) in weiten Kennfeldbereichen mit Ladungsschichtung und Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstaktes betrieben wird.
Description:
Direkteinspritzende Otto-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Otto-Brenn- kraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an- gegebenen Gattung.

Bei direkteinspritzenden Otto-Brennkraftmaschinen ist ein Brennraum in jedem Zylinder von einem längsbeweglichen Kol- ben und der Innenwand eines Zylinderkopfes begrenzt, wobei ein Injektor Kraftstoff zur inneren Gemischbildung mit se- parat zugeführter Verbrennungsluft in den Brennraum ein- spritzt. Die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches muß innerhalb des zündfähigen Fensters liegen, um mittels eines Zündfunkens zündbar zu sein, welcher zwischen den Elektroden einer Zündkerze auslösbar ist.

Aus der DE 195 46 945 A1 ist eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine bekannt, deren Injektoren mit ihren Ein- spritzdüsen den Kraftstoff kegelförmig in den Brennraum einspritzen, wobei die Zündkerze derart angeordnet ist, daß ihre Elektroden außerhalb der Mantelfläche des von der Ein- spritzdüse erzeugten Kraftstoffkegels liegen. Auf diese Weise wird eine Benetzung der Elektroden mit Kraftstoff beim Einspritzvorgang vermieden und der Rußablagerung auf den Elektroden aufgrund unvollständig verbrannten Kraft- stoffes entgegengewirkt. Die Elektroden sind über einen langen Betriebszeitraum von Verkokungen frei, wodurch ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Brennkraftmaschine ohne Zünd- aussetzer gewährleistet sein soll. Um zündfähiges Gemisch zwischen die außerhalb des Kraftstoffkegels angeordneten Elektroden zu bringen, ist die Zündkerze derart angeordnet, daß die Masseelektrode mit einem geringen Abstand zur Man- telfläche des Kraftstoffkegels liegt und die Innenwand des Zylinderkopfes parallel zur Mantelfläche des Kraftstoffke- gels verläuft unter Ausbildung eines Zwischenraumes zumin- dest an derjenigen Stelle, an der die Elektroden der Zünd- kerze angeordnet sind.

In dem Zwischenraum soll sich eine Wirbelströmung ergeben, welche aus Kraftstoff/Luft-Gemisch besteht und in den Be- reich der Elektroden reicht. Um die Wirbelströmung zu ge- nerieren, ist eine besondere Formgebung der Innenwand und eine injektornahe Anordnung der Zündkerze erforderlich. Der Injektor ist in einer Einsenkung der Innenwand angeordnet, also vom freien Brennraumvolumen zurückgesetzt, wodurch der Gemischwirbel in dem der Einspritzdüse benachbarten Bereich entstehen und in dem Hohlraum zirkulieren soll, welcher zwischen der Mantelfläche des Kraftstoffkegels und der Innenwand des Zylinderkopfes im Bereich der Einspritzdüse gebildet ist. Des weiteren soll durch den Luftspalt zwi- schen dem Kraftstoffkegel und der parallelen, ebenso ke- gelförmigen Innenwand des Zylinderkopfes Luft zurückströ- men, die von dem in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff verdrängt wurde. Während der Rückströmung zur Zündkerze entlang der Innenwand sollen weitere Kraftstoffteilchen aus dem Kraftstoffkegel mitgerissen werden. Die Wirbelströmung ist im injektornahen Bereich genügend stark ausgebildet, um zündfähiges Gemisch zwischen die Elektroden einer Zündkerze zu bringen. Die Zündkerze muß demnach nahe dem Injektor an- geordnet sein.

Bei der bekannten direkteinspritzenden Otto-Brennkraftma- schine muß die Brennraumbegrenzung insbesondere durch die Innenwand des Zylinderkopfes mit hohem Aufwand präzise ge- staltet werden, um die gewünschten strömungstechnischen Ef- fekte zur Bildung der zündfähigen Gemischwirbel zu errei- chen. Die bekannte Brennraumkonfiguration mit der zur Ge- mischwirbelbildung erforderlichen Brennraumform und der zwangsläufig injektornah angeordneten Zündkerze kann oft- mals einen optimalen Verbrennungsvorgang nicht erreichen und das gewünschte Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die direkteinspritzende Otto-Brennkraftmaschine der gattungsge- mäßen Art derart auszubilden, daß die Brennkraftmaschine mit optimalem Betriebsverhalten arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Brennraumkonfiguration wird der Kraftstoffkegel in einem von der Brennraumbegrenzung nahezu unbeeinflußten Freistrahl eingespritzt, d. h. der Kraft- stoffkegel wird in einem derartig großen Abstand, insbeson- dere von der Innenwand des Zylinderkopfes eingespritzt, daß sich der kegelförmige Kraftstoffstrahl weitgehend ohne strömungsmechanische Wandeffekte der Brennraumbegrenzung im freien Brennraumvolumen ausbreitet. Dabei bilden sich bei der Einspritzung aus der Mantelfläche des Kegels hervortre- tende Kraftstoffwirbel, welche zunächst hauptsächlich aus Kraftstoffdampf bestehen und sich mit der umliegenden Ver- brennungsluft im Brennraum vermischen. Die Kraftstoffwirbel bilden sich besonders deutlich aus, wenn der Öffnungswinkel des Kraftstoffkegels zwischen 70° und 100° beträgt und wer- den durch eine Luftströmung erzeugt, welche im Bereich der Mantelfläche des Kraftstoffkegels aufgrund vom Kraftstoff- strahl mitgerissener Luft entsteht, wobei in entgegenge- setzter Richtung durch den entstehenden Unterdruck eben- falls eine Luftströmung erzeugt wird. Die Zündkerze wird erfindungsgemäß derart positioniert, daß die Elektroden in den Kraftstoffwirbel des Freistrahls einragen. Vorzugsweise ist die Funkenlage der Elektroden 1 mm bis 15 mm von der Mantelfläche des Kraftstoffkegels entfernt.

Der Kraftstoffwirbel, welcher zündfähiges Gemisch zwischen die Elektroden bringt, bildet sich an der Mantelfläche des Freistrahls ohne wirksamen Einfluß von der Brennraumbegren- zung aus, so daß die Brennraumform frei gestaltbar ist. Es liegt ein sogenanntes strahlgeführtes Brennverfahren vor, bei dem Wandeffekte der Innenwand des Zylinderkopfes oder etwa einer Kolbenmulde kaum Einfluß auf die Gemischbildung und die Zündung ausüben. Insbesondere im Schichtladungsbe- trieb der Brennkraftmaschine, wenn mit Kraftstoffeinsprit- zung während des Kompressionshubes gearbeitet wird und bei luftgefülltem Brennraum eine zentrale Kraftstoffwolke ge- bildet wird, kann so mit einer einfachen Brennraumgestal- tung ein optimales Durchbrennen der Brennraumladung er- reicht werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gemischbildung ist darin zu sehen, daß die Zündkerze weiter als bisher vom Injektor entfernt angeordnet sein kann. Der Kraftstoffwirbel liegt lange stabil an derselben Stelle im Brennraum, wodurch die Zündung in einem weiten Zeitinter- vall unabhängig vom Einspritzpunkt erfolgen kann.

Der Kraftstoff-Freistrahl wird vorzugsweise hohlkegelförmig in den Brennraum eingespritzt. Hierdurch bilden sich die Kraftstoffwirbel in einer besonders zum Gemischtransport zur Zündkerze geeigneten Form aus, insbesondere bei einer Einspritzung bei hohem Zylinderdruck in der Kompressi- onsphase während des Schichtladungsbetriebes. Besonders einfach ist der Kraftstoffkegel mit Hohlkegelform ausbild- bar, wenn der Injektor eine nach außen öffnende Einspritz- düse aufweist.

Die Kraftstoffwirbel treten in Abhängigkeit von Last-und Drehzahl der Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Zonen der Mantelfläche aus dem Kraftstoffkegel hervor. Um bei der Zündung eine möglichst optimale Funkenlage in dem Kraft- stoffwirbel zu erhalten und so die Zündung und das Durch- brennen des Gemisches im Brennraum zu verbessern, sind min- destens zwei Elektroden in unterschiedlichen Funkenlagen relativ zur Mantelfläche des Kraftstoffkegels vorgesehen, an die das positive Potential der Zündspannung anlegbar ist. Entsprechend der vorliegenden Betriebslast und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine wird der Zündfunke zwi- schen der relativ zum Kraftstoffwirbel optimal liegenden Elektrode mit positivem Potential und der zugehörigen Mas- seelektrode ausgelöst.

Zur Gewährleistung der theoretisch optimalen Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches wäre eine stufenlose Nachfüh- rung der Funkenlage relativ zu dem Randwirbel als Funktion von Last und Drehzahl erforderlich. Mit mehreren Elektro- den, an die das positive Potential der Zündspannung anleg- bar ist, kann der theoretisch optimalen Zündung der Rand- wirbel nahegekommen werden, wenn die Elektroden in unter- schiedlichen Funkenlagen relativ zur Mantelfläche des Kraftstoffkegels angeordnet sind. Bei Anordnung zweier Elektroden, an die das positive Potential anlegbar ist, sollten die Elektroden derart angeordnet werden, daß mit den entsprechenden Funkenlagen die mögliche Mantelzone, in der Kraftstoffwirbel hervortreten, vollständig erfaßt wird.

Zweckmäßig sind die Elektroden mit positivem Potential in unterschiedlichen Eindringtiefen in dem Brennraum angeord- net. Zur sicheren Erfassung der Kraftstoffwirbel in unter- schiedlichen Last-und Drehzahlbereichen durch Zündung in optimaler Funkenlage kann eine Anordnung der Elekroden mit positivem Potential in unterschiedlichem Abstand zu einer Zylindermittelachse vorteilhaft sein. Zweckmäßig ist auch ein Unterschied der Elektroden mit positivem Potential be- züglich der Ausrichtungen ihrer Längsachsen gegenüber der Zylindermittelachse.

Mittels einer Steuereinheit wird die Zündspannung in Abhän- gigkeit der Betriebsart (Schichtladungsbetrieb/homogene Ge- mischbildung) der Brennkraftmaschine und der Betriebsbe- dingungen zwischen einer der Elektroden für das positive Potential und der jeweils zugeordneten Masseelektroden wahlweise angelegt. Dabei erfolgt die Zündung jeweils durch die Elektrode, die in optimaler Funkenlage zu dem vorlie- genden Kraftstoffwirbel liegt. Es kann jedoch auch vorteil- haft sein, eine zweite Nachzündung (Doppelzündung) durch die weitere Elektrode vorzusehen, um das Durchbrennen der Ladung zu unterstützen. Dabei kann auch eine gleichzeitige Zündung in mehreren Funkenlagen vorteilhaft sein.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung sind zwei Zünd- kerzen in unterschiedlichen Lagen relativ zum Kraftstoff- strahl vorgesehen, die jeweils eine Masseelektrode und eine Elektrode mit positivem Potential aufweisen. Das positive Potential der Zündspannung wird dabei an die zentrale Mit- telelektrode angelegt. Die wahlweise Zündung in unter- schiedlichen Funkenlagen in Abhängigkeit von Last und Dreh- zahl kann auch durch eine einzelne Zündkerze gegeben sein, die Elektroden unterschiedlicher axialer Länge aufweist, an die das positive Potential der Zündspannung anlegbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an- hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt einer Otto-Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine Ansicht einer Zündkerze mit zwei Funkenlagen, Fig. 3 eine Ansicht einer weiteren Zündkerze mit zwei Fun- kenlagen.

Fig. 1 zeigt eine direkteinspritzende Otto-Brennkraftma- schine 1, in deren Zylinder 2 ein Kolben 3 längsbeweglich angeordnet ist und mit der Innenwand 15 eines auf den Zy- linder 2 aufgesetzten Zylinderkopfes 5 einen Brennraum 4 begrenzt. Im Zylinderkopf 5 ist ein Kraftstoffinjektor 6 angeordnet, welcher zentral auf der Zylindermittelachse 14 liegend Kraftstoff auf den Kolben 3 gerichtet direkt in den Brennraum 4 einspritzt. Die zur inneren Gemischbildung er- forderliche Verbrennungsluft wird durch einen Einlaßkanal 13 dem Brennraum 4 zugeführt. Im Zylinderkopf 5 sind zwei Zündkerzen 7,7'angeordnet, deren Elektroden 12,16 in den Brennraum 4 einragen, wobei zum Zündzeitpunkt ein Zündfunke zwischen den Elektroden 12,16 ausgelöst wird, welcher beim Überspringen zündfähiges Gemisch im Brennraum 4 durch- schlägt. Eine Steuereinheit 20 bestimmt in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, welche der Zündkerzen 7,7'einen Zündfunken ausbilden soll und legt das positive Potential der Zündspannung an die Mittelelek- trode 16 der ausgewählten Zündkerze 7,7'an. Bedarfsweise können auch beide Zündkerzen 7,7'zur Zündung eingesetzt werden.

Der Injektor 6 weist eine nach außen öffnende Einspritzdüse 11 auf, welche einen sich zum Kolben erweiternden, hohlke- gelförmigen Kraftstoffstrahl erzeugt. Die Elektroden 12,16 der Zündkerze 7 liegen außerhalb der Mantelfläche 9 des von der Einspritzdüse 11 erzeugten Kraftstoffkegels 8 und wer- den so beim Einspritzvorgang nicht mit Kraftstoff benetzt.

Der Injektor wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel pie- zoelektrisch betätigt, wobei die Einspritzdüse 11 von einem Piezoelement schnell und präzise einstellbar freigegeben und geschlossen wird. Es können auch andere Injektorbetäti- gungen zweckmäßig sein. Durch die entsprechende Wahl der Einspritzzeit und deren präzise Einhaltung während des Ar- beitsspiels mittels der piezoelektrischen Betätigung des Injektors wird die Ausbildung der gewünschten Freistrahl- form des Kraftstoffkegels gefördert.

Die Brennkraftmaschine arbeitet in weiten Kennfeldbereichen im Schichtladungsbetrieb, wobei der Kraftstoff während des Kompressionstaktes des Zylinders 2 eingespritzt wird. Auf- grund der späten Kraftstoffeinspritzung während des Ar- beitsspiels entsteht eine geschichtete Brennraumladung mit örtlich unterschiedlichen Kraftstoffkonzentrationen, wobei sich außerhalb des Kraftstoffkegels 8 sehr mageres Gemisch bildet bzw. reine Luft befindet.

Um zündfähiges Gemisch zwischen die Elektroden 12,16 der Zündkerzen 7,7' zu bringen, weist die Brennkraftmaschine eine derartige Brennraumkonfiguration auf, daß der Kraft- stoffkegel 8 in einem von der Brennraumbegrenzung durch die Zylinderkopf-Innenwand 15 weitgehend unbeeinflußten Frei- strahl eingespritzt wird. Die Mantelfläche 9 des Kraft- stoffkegels 8 kann weit von der Innenwand 15 entfernt lie- gen, wobei sich an dem vom Wandeinfluß der Brennraumbegren- zung entkoppelten Freistrahl Kraftstoffwirbel 10 bilden, welche aus der Mantelfläche 9 herausragen. Der Öffnungs- winkel () des Kraftstoffkegels 8 beträgt zwischen 70° und 100°, wobei sich die Kraftstoffwirbel 10 am Kegelrand be- sonders ausgeprägt ergeben.

Die Kraftstoffwirbel 10 entstehen aufgrund einer Luftströ- mung im Bereich der Mantelfläche 9 des Kraftstoffkegels durch vom Kraftstoffstrahl mitgerissene Luft, wobei dieser Strömung entgegengesetzt durch den entstehenden Unterdruck ebenfalls eine Luftströmung erzeugt wird. Die Kraftstoff- wirbel 10 transportieren Kraftstoff in weit außerhalb des Kraftstoffkegels 8 liegende Brennraumbereiche und vermi- schen sich dort mit der Verbrennungsluft.

Die Zündkerzen 7,7'sind derart angeordnet, daß ihre Elek- troden 12,16 in den Gemischwirbel 10 einragen. Auch im au- ßerhalb des Kraftstoffkegels 8 liegenden Brennraumbereich, in dem sich die Elektroden 12 vor direkter Kraftstoffbe- netzung geschützt befinden, kann so mit den bei Freistrah- leinspritzung vorliegenden Kraftstoffwirbeln 10 zündfähiges Gemisch an den Zündkerzen 7,7'bereitgestellt werden.

Die Kraftstoffwirbel 10 bilden sich nahezu unabhängig von der Brennraumform aus und die Innenwand 15 des Zylinderkop- fes 5 kann daher beliebig gestaltet werden. Der Einspritz- freistrahl ist hohlkegelförmig, wodurch ein hoher Anteil der gesamten Kraftstoff-Einspritzmenge in der Mantelfläche 9 des Kegelstrahls 8 geführt wird und so von den Kraft- stoffwirbeln 10 erfaßbar ist. Der Zündzeitpunkt kann in ei- nem weiten Bereich im wesentlichen unabhängig vom Ein- spritzzeitpunkt variiert und bedarfsweise eingestellt wer- den, da die Kraftstoffwirbel über einen längeren Zeitraum stabil im Brennraum ausgeprägt werden und etwa 50 Grad KW nach dem Einspritzende noch Kraftstoff zumindest an einer der Zündkerzen 7,7'vorliegt.

Die Kraftstoffwirbel 10 bilden sich in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 an unterschied- lichen Stellen der Mantelfläche 9 des Kraftstoffkegels 8 aus. Um in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 ei- ne optimale Zündung und Verbrennung des Gemisches zu ge- währleisten, sind die Zündkerzen 7,7'in unterschiedlichen Funkenlagen bezüglich der Mantelfläche 9 des Kraftstoffke- gels 8 angeordnet. Die Zündkerzen 7,7'ragen in Richtung ihrer Längsachsen 18 unterschiedlich weit in den Brennraum 4 ein, wodurch ihre jeweiligen Mittelelektroden 16, an die das positive Potential der Zündspannung anlegbar ist, in unterschiedlichen Abständen zur Mantelfläche 9 liegen. In Abhängigkeit von dem Betriebspunkt wird die Zündspannung von der Steuereinheit 20 an die Zündkerze 7,7'angelegt, deren Funkenlage mit der entsprechenden Eindringtiefe in den Brennraum 4 dort liegt, wo im jeweiligen Betriebspunkt die Kraftstoffwirbel 10 auftreten.

Die Funkenlagen der beiden für die Zündung zur Verfügung stehenden Zündkerzen 7,7'unterscheiden sich auch über den Abstand zur Zylinderlängsachse 14, wobei die Funkenlagen durch Anordnung der Zündkerzen 7,7'unter Berücksichtigung der Brennraumkonfiguration, beispielsweise der Brennraum- geometrie mit der Lage der hervortretenden Kraftstoffwirbel 10 im Kennfeld der Brennkraftmaschine abgestimmt wird. Die Zündkerzen 7,7'sind derartig angeordnet, daß die gesamte Kegelmantelzone zwischen den beiden Extremlagen, in denen Kraftstoffwirbel auftreten, durch eine der beiden Zündker- zen bei der Zündung sicher erfaßbar ist. Die Funkenlagen müssen dabei nicht in den Extrempunkten liegen. Eine wei- tere Abstimmungsmöglichkeit der Funkenlagen mit dem Auftre- ten der Kraftstoffwirbel im Kennfeld der Brennkraftmaschine ist durch entsprechende Anordnung der Zündkerzen 7'mit un- terschiedlichen Ausrichtungen ihrer Längsachsen 18 gegen- über der Zylindermittelachse 14 möglich.

Grundsätzlich können die beiden Zündkerzen 7,7'baugleich sein und sich bezüglich der Funkenlage unterscheiden, wel- che durch die Lage der Mittelelektrode 16, an die das posi- tive Potential der Zündspannung anlegbar ist, und die Mas- seelektrode 12 gegeben ist. Es ist jedoch auch möglich, zur Abstimmung der unterschiedlichen Funkenlagen mit dem Auf- treten der Kraftstoffwirbel in dem möglichen Mantelzonen- bereich Zündkerzen mit unterschiedlichen Funkenstrecken einzusetzen. Dabei ist der Abstand zwischen der Mittelelek- trode für positives Potential der Zündspannung und der Mas- seelektrode unterschiedlich. Damit können mögliche geome- trische Nachteile der Anordnung einer Zündkerze 7,7'unter Berücksichtigung der angestrebten Brennraumgeometrie kom- pensiert werden, falls aus konstruktiven Gründen, bei- spielsweise der Anordnung der Gaswechselventile, die für optimale Randwirbelzündung vorgesehene Lage der Zündkerze nicht verfügbar ist.

Die Steuereinheit 20 wählt in Abhängigkeit von eingegebenen Meßwerten über die Betriebslast und die Drehzahl der Brenn- kraftmaschine 1 die Zündkerze 7,7'aus, deren Elektroden 12,16 innerhalb des in dem vorliegenden Betriebspunkt auf- tretenden Kraftstoffwirbels 10 liegt. Dabei wird auch die Betriebsart der Brennkraftmaschine berücksichtigt und die damit verbundenen Eigenarten der Gemischbildung (Schicht- ladungsbetrieb/homogene Gemischbildung). In bestimmten Be- triebspunkten der Brennkraftmaschine kann eine Doppelzün- dung durch aneinandergereihte Zündung beider Zündkerzen 7, 7'vorteilhaft sein, um eine sichere Zündung der Kraft- stoffwirbel 10 zu unterstützen. Gegebenenfalls erfolgt die Doppelzündung gleichzeitig.

Aufgrund der Stabilität der Kraftstoffwirbel 10 und des zur Zündung bereitstehenden langen Zeitraumes kann die Zündke- rze 7 relativ weit vom Injektor 6 entfernt im Zylinderkopf angeordnet werden, wodurch sich die Brennraumkonfiguration und die konstruktive Gestaltung des Zylinderkopfes 5 we- sentlich vereinfacht. Der Abstand der Funkenlage entspre- chend der Anordnung der Elektroden 12 zur Einspritzdüse kann zwischen 7 mm und 30 mm betragen. Die Funkenlage ist dabei zwischen 1 mm bis 15 mm von der Mantelfläche 9 des Kraftstoffkegels 8 entfernt. Die Distanz der Elektroden 12 zum Kraftstoffkegel 8 wird entsprechend dem gewünschten Be- triebsverhalten im jeweiligen Einsatzfall der direktein- spritzenden Otto-Brennkraftmaschine 1 gewählt.

Fig. 2 zeigt eine Zündkerze 17, welche zur alternativen Ausbildung von Zündfunken in unterschiedlichen Funkenlagen relativ zur Mantelfläche des in den Brennraum eingespritz- ten Kraftstoffkegels zwei Elektroden 16,16'aufweist, an die von der Steuereinheit das positive Potential der Zünd- spannung anlegbar ist. Beiden Elektroden 16,16'ist ge- meinsam eine zentrale Masseelektrode 12 zugeordnet, auf die bei Anlegen der Überschlagsspannung zwischen der vorgese- henen Elektrode 16,16'für das positive Potential und der Masseelektrode 12 ein Zündfunke überspringt. Die beiden für das positive Potential der Zündspannung auswählbaren Elek- troden 16,16'liegen mit Abstand zu der Längsachse 18 der Zündkerze um die Masseelektrode 12 gruppiert und unter- scheiden sich bezüglich ihrer Erstreckung in Richtung der Längsachse 18 ausgehend von einem Isolator 19 im Endbereich der Zündkerze 17. Der Isolator 19, der die Elektroden 16, 16'und die Masseelektrode 12 umgibt, verhindert ein uner- wünschtes Überspringen des Zündfunkens abseits der vorge- sehenen Funkenlage.

Die Länge 12 der einen Elektrode 16 ist größer als die axiale Länge 11 der zweiten Elektrode 16'. In der Einbau- lage der Zündkerze 17 im Zylinderkopf der Brennkraftma- schine ragen die Elektroden 12,16,16'in den Brennraum ein, wobei aufgrund der unterschiedlichen Axiallängen 11, 12 Zündfunken in unterschiedlichen Abständen zum Kraft- stoffkegel ausbildbar sind. Von der Steuereinheit wird ab- hängig von der vorliegenden Betriebslast und der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Betriebsart der Brennkraft- maschinen der Zündfunke in der für den Betriebspunkt opti- malen Funkenlage ausgelöst.

Fig. 3 zeigt eine Zündkerze 17'mit zwei Elektroden 16, 16', an die das positive Potential der Zündspannung anleg- bar ist. Jeder der Elektroden 16,16'ist eine Masseelek- trode 12,12'zugeordnet, auf die beim Anlegen der Zünd- spannung an die ausgewählte Elektrode 16,16'der Zündfunke überspringt. Die Elektroden für das positive Potential der Zündspannung und die jeweils zugeordneten Masseelektroden 12,12'unterscheiden sich durch ihre axialen Längen Ll, L2, wobei durch Ansteuerung der positiven Elektrode 16 mit der größeren Länge L2 als die andere Elektrode 16'mit der geringeren axialen Erstreckung L1 ein tiefer im Brennraum liegender Zündfunke auslösbar ist. Die Elektroden 16,16' für das positive Potential liegen bei dieser Ausgestaltung einer Zündkerze für zwei Funkenlagen benachbart einer Mit- telachse 21 der Zündkerze. Die Masseelektroden liegen be- züglich der Mittelachse 21 jenseits der jeweils zugeordne- ten positiven Elektroden 16,16'. Die positiven Elektroden sind jeweils in einem Isolator 19 aufgenommen, um das Über- springen des Zündfunkens von der jeweiligen Elektrodenspit- ze auf die vorgesehene Masseelektrode 12,12'sicherzustel- len.