Zum Erzeugen eines geeigneten Gemisches aus Luft und Kraftstoff in einem Brennraum ei- ner Viertakt-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung ist es bekannt, spezielleTumble- oder Drallströmungen erzeugende Einlaßkanäle vorzusehen und Kolbenböden mit entspre- chenden Mulden und Leitrippen auszubilden. Bei einer Drallströmung rotiert eine Zylinderla- dung beispielsweise aufgrund der Einlaßkanalgebung um die Zy) inderachse, während bei einer Tumb) eströmung eine Rotation um eine zu einer der Kurbelwelle parallelen Achse zu beobachten ist.

So beschreiben die DE 197 13 030 A1, die DE 197 13 029 A1 und die DE 197 13 028 A1 jeweils eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und direkter Einspritzung, wobei eine Koibenoberfiäche eines jeden Kolbens eines Zylinders jeweils eine H-förmige, T-förmige oder U-förmige Leitrippenanordnung aufweist.

Aus der EP 0 639 703 A1 und der EP 0 694 682 A1 ist jeweils eine weitere Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung bekannt, bei welcher durch die Ausfor- mung der Einlaßkanäle eine Drallströmung im Zylinderraum erzeugt wird. Die Kolbenoberflä- che weist hier eine ausgeprägte Mulde mit umgebender Quetschfiäche auf, wobei die Mulde derart exzentrisch angeordnet ist, daß die zentral im Brennraum befindliche Zündkerze und das radial angeordnete Einspritzventil sich jeweils am Muldenrand befindet. Der Kraftstoff wird gezielt gegen den zu diesem Zweck ausgeformten Muldenrand gespritzt. Die Kol- benoberflache hat hier also die Aufgabe, den Kraftstoffstrahl in erster Linie zu zerstäuben.

Der Drallströmung kommt die Aufgabe zu, den zerstäubt von der Mulde abprallenden Kraft- stoff zur Zündkerze zu transportieren. Aus der EP 0 558 072 A1 ist eine weitere Ausführungsform eines Motors bekannt, in wel- chem durch die Form und Anordnung der Eintaßkanäie eine umgekehrte Tumble-Bewegung der Brennraumströmung erzeugt wird, die durch eine schanzenartige Ausformung der Kol- benoberflache verstarkt wird. Diese Koibenoberf) äche dient gleichzeitig der Umlenkung des Einspritzstrahis zur Zündkerze, die in der Zylindermitte angeordnet ist. Einspritzstrahl und Brennraumströmung streichen so in gleicher Richtung über die Kotbenoberfiäche. Der Ein- spritzstrahl bzw. die daraus nach der Umlenkung am Kolben entstehende Gemischwolke kann sich jedoch nach dem Auftreffen auf die Zylinderkopfwand nahe der Zündkerze in alle Richtungen nahezu ungehindert ausbreiten. Ein Bemühen um eine möglichst starke Konzen- tration der Gemischwolke nach der Umlenkung am Kolben ist daher nicht erkennbar. Ferner erzeugt die auf der Ko ! benoberfiäche ausgebildete Schanze unter den Auslaßventilen eine Quetschfläche. Diese erzeugt zwar während der Kompression des Motors kurz vor dem obe- ren Totpunkt eine gewünschte zusätzliche Strömungsbewegung. Diese kehrt sich jedoch nach Durchlaufen des Totpunktes um, was zu einem Auseinanderreißen der während der Kompression aufgebauten Gemischkonzentration führt.

Allé dièse Anordnungen haben ferner den Nachteil, daß nicht über einen gesamten Kenn- feldbereich einer Viertakt-Brennkraftmaschine eine optimale Gemischbildung erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kolben der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwun- den werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Viertakt-Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen getost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Muide einiaßventiiseitig angeordnet ist und die Mulde bezüglich Einlaßventil und Einspritzdüse derart mit wenigstens einem den höchsten Punkt des Kolbenbodens bildenden Randabschnitt ausgebildet ist, daß eine von dem in entsprechender Weise ausgebildeten Einlaßkanal über das Einlaßventil in den Brenn- raum eintretende Luftströmung und ein von der Einspritzdüse in den Brennraum eintretender Einspritzstrahl an gegenüberliegenden Seiten in die Mulde eintritt.

Dies hat den Vorteil, daß der Gemischbildungsvorgang durch teilweise Wandanlagerung mit damit kombinierter Luftführung erfotgt. Dies erzielt eine optimale Beherrschung des Schicht- profils mittels exakter Abstimmung der räumlichen Anordnung von tnjektor bzw. Einspritzdü- se und Zündort bzw. Zündkerze in weiten Kennfeldbereichen. Eine Empfindlichkeit der Ge- mischbildung bezüglich Serienstreuungen und gebrauchsbedingte Änderungen des Injektors ist vermindert. Der Brennverlauf zeigt einen kontinuierlicheren Energieumsatz bei gleichzeiti- ger Berücksichtigung a) ! er Erfordernisse eines hervorragenden Vollastpotentials. Ferner ist die Erfindung einfach in bereits vorhandene Mehrventil-Zylinderkopfkonzepte integrierbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Kolbenboden eine die Mulde quer zur Ein- spritzrichtung in eine Kraftstoffmulde und eine Luftmulde teilende Erhebung derart ausgebil- det, daß der Einspritzstrahl in die Kraftstoffmulde an einer der Erhebung gegenüberliegenden Seite und die Luftströmung in entgegengesetzter Richtung bezüglich des Einspritzstrahles in die Luftmulde an einer der Erhebung gegenüberliegenden Seite eintritt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Viertakt- Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform für eine Kolbengeometrie in prinzipieller Darstellung, Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform für eine Kolbengeometrie in prinzipieller Darstellung, Fig. 4 bis 9 spezielle Ausführungsbeispiele einer Kolbengeometrie gemäß Fig. 2 jeweils in perspektivischer Ansicht, in Aufsicht und in entsprechenden Schnittansichten ge- mäß der Linien in den jeweiligen Aufsichten und Fig. 10 bis 13 spezielle Ausführungsbeispiele einer Kolbengeometrie gemäß Fig. 3 jeweils in perspektivischer Ansicht, in Aufsicht und in entsprechenden Schnittansichten ge- mäß der Linien in den jeweiligen Aufsichten.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Viertakt- Brennkraftmaschine umfaßt einen Kolben 10 mit Kolbenboden 12, welcher in einem Zylinder 13 auf- und abbewegbar ist, einen Einlaßkanal 14 mit Einlaßventilachse 15, einen Auslaßka- nal 16 mit Auslaßventilachse 17 sowie eine Zündkerze 18 mit Zündort 20. Mittels einer Ein- spritzdüse 22 ist Kraftstoff in einem Einspritzstrahl 24 in Richtung einer Einspritzachse 25 einspritzbar. Durch den Einlaßkanal 14 strömt Frischluft in einerTumbleströmung 26 in einen Brennraum 28 ein.

Der Kolben definiert eine Mitteiiängsachse 30, welche mit einer Längsachse der Zündkerze 18 fluchtet oder nahe zu ihr liegt, wobei der Zündort 20 auf oder in unmittelbarer Nähe der Mitteiiängsachse 30 liegt. Der Kolbenboden 12 weist eine Mulde 32 auf, in die der Einspritz- strahl 24 gerichtet ist. Wie sich unmittelbar aus Fig. 1 ergibt, ist die Einspritzdüse 22einlaß- kanalseitig und unterhalb des Einlaßkanals 14 angeordnet. Es können dabei auch zwei oder mehr Einlaß- bzw. Ausiaßkanäie 14,16 vorgesehen sein. Diese sind dann beispielsweise mit getrennten Einlaflkanalabschaltungen ausgebildet. Die Mulde 32 sowie die Anordnung der Ein- und Ausiaßkanäie 14,16 wie auch der Einspritzdüse 22 ist dabei erfindungsgemäß der- art gewählt, daß sich entweder eine Tumbieströmung aiieine oder eine Tumbleströmung kombiniert mit einer Drallströmung ergibt. Die Anordnung bei mehreren Auslaßkanälen 16 ist vorzugsweise siamesisch.

Fig. 2 veranschaulicht vorbestimmte Strömungsverhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Kolben 10 mit einer einzigen Mulde 32. Der Einspritzstrahl 24 tritt in die Mulde 32einlaßka- nalseitig ein, während die durch den Einlaßkanal 14 einströmende Luft in einer Tumble- und/oder Draiiströmung an einer gegenüberliegenden Seite, also beispielsweise auslaßka- nalseitig, in die Mulde und in entgegengesetzter Richtung bzgl. dem Einspritzstrahl 24 in die Mulde 32 eintritt. Die Luftströmung 26 greift unter den Einspritzstrahl, stoppt diesen und er- zeugt eine mit gestrichelten Linien angedeutete Beladung des Brennraumes 28, in welchem sich der Zündort 20 befindet.

Fig. 3 veranschaulicht vorbestimmte Strömungsverhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Kolben 10 mit einer Mulde 32, welche von einer Erhebung 34 in eine Kraftstoffmulde 36 und eine Luftmulde 38 geteilt ist. Einspritzstrahl 24 und Luft 26 treten wie zuvor von entgegenge- setzten Richtungen in die Doppelmulde 36,38 ein, werden von der Erhebung 34 abgelenkt und ver- mischen sich oberhalb dieser und bitden in entsprechender Weise ein zündfähiges Gemisch am Zündort 20. Die Geometrie der Mulden 36,38 sowie der Erhebung 34 beeinflussen dabei ganz entscheidend die Gemischbildung, sowie die exakte Abstimmung der Erhebungsflan- kenwinkel a und ß und die Lage des Einspritzwinkels des Kraftstoffes.

Die Fig. 4 bis 13 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Koibengeometrien für eine erfindungsgemäße Viertakt-Brennkraftmaschine, wobei insbesondere in den jeweiligen Schnitten A-A einige der Bemaßungen die wesentlichen, die Kolbengeometrie charakterisie- renden Abmessungen kennzeichnen. Ferner sind Ausnehmungen 40 ersichtlich, in welche nicht dargestellte Ventilteller der Aus- bzw. Einlaßkanäle 14,16 am oberen Totpunkt des Kolbens 10 hineinragen, Die Ausführungsform gemäß der Fig. 4 bis 9 weisen jeweils nur eine Mulde 32 auf. In einer Schnittebene gemäß der Fig. 1 bzw. der jeweiligen Fig. 4C bis 9C, welche die Einspritzdüse 22, den Einlaßkanal 14, den Auslaßkanal 16 und die Mitteiiängsachse 30 schneidet (Fig. 1), weist die Mulde 32 eine Tiefe t (Fig. 4C) bezüglich einer höchsten Stelle des Muldenrandes von 7 mm bis 18 mm, insbesondere 8 mm, 16, 56 mm, 11, 82 mm, 11, 77 mm oder 9, 65 mm auf. Ferner weist der den höchsten Punkt des Kolbenbodens 12 bildende Randabschnitt der Mulde 32 einen senkrechten Abstand x (Fig. 4C) zur Mitteiiängsachse 30 von 6 mm bis 30 mm, insbesondere 9, 27 mm, 9, 33 mm, 8, 97 mm, 10, 25 mm, 25, 59 mm oder 6, 17 mm auf. In dieser Schnittebene schließt eine Tangente einer Muldenwandung am den höchsten Punkt des Kolbenbodens 12 bildenden Randabschnitt mit der Mittetiängsachse 30 einen Winkel y (Fig. 4C) von 3 Grad bis 33 Grad, insbesondere 3, 3 Grad, 7, 4 Grad, 8,9 Grad, 19,7 Grad, 30, 9 Grad, oder 31, 1 Grad ein und eine Tangente einerMuldenwandung schließt an einer dem Winket y gegenüberliegenden Randabschnitt mit der Mittellängsachse 30 einen Winkel y' (Fig. 4C) von 20 Grad bis 51 Grad, insbesondere 23, 6 Grad, 26, 5 Grad, 28, 8 Grad, 32 Grad, 47,6 Grad oder 50, 2 Grad ein und eine Tangente eines Kolbenbodenabschnitts be- nachbart zum höchsten Punkt des Kolbenbodens 12 schließt mit einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse 30 einen Winkel y" (Fig. 4C) von 10 Grad bis 25 Grad, insbesondere 12 Grad oder 21 Grad ein.

Bei den Ausführungsformen gemäß der Fig. 10 bis 13 ist auf dem Kolbenboden 12 eine die Mulde 32 in eine Kraftstoffmulde 36 und eine Luftmulde 38 unterteilende Erhebung 34 vorge- sehen, wobei die Erhebung 34 den Kolbenboden 12 in einer bevorzugten Ausführungsform überragt. In einer Schnittebene gemäß der Fig. 1 bzw. der jeweiligen Fig. 10C bis 13C weist die Kraftstoffmulde 36 eine größte Tiefe tKa (Fig. 10C) zwischen der Erhebung 34 und einem unteren Kraftstoffmuldenrand von ca. 4 bis 13 mm auf, insbesondere 11,1 mm (Fig. 10C), 11, 41 mm (Fig. 11C), 11,47 mm (Fig. 12C) und 4, 6 mm (Fig. 13C). Zwischen einer höchsten Stelle und dem unteren Luftmuldenrand weist ein Maß tKb Werte zwischen 4 und 8 mm auf, insbesondere 6 mm, 7,61 mm und 4, 6 mm. Ferner weist die Luftmulde 38 eine Tiefet, (Fig.

10C) bezüglich einem der Erhebung 34 gegenüberliegenden Luftmuldenrand von 2 mm bis 10 mm, insbesondere 8 mm, 3,07 mm, 2, 5 mm oder 8, 5 mm auf. Derder Erhebung 34 ge- genüberiiegende Luftmuidenrand weist einen senkrechten Abstand XL (Fig. 10C) zur Mittel- längsachse 30 von 33 mm bis 36 mm, insbesondere 35, 76 mm, 33, 2 mm, 34,6 mm, 35, 75 mm oder 33, 27 mm auf. Die Erhebung 34 weist einen senkrechten AbstandxE (Fig. 10C) zur Mittellängsachse 30 von 0 mm bis 7 mm, insbesondere 0, 5 mm, 6, 85 mm, 4, 14 mm oder 2 mm auf. Eine Tangente einer Kraftstoffmuldenwandung schließt an einem der Erhebung 34 gegenüberliegenden Kraftstoffmuidenrand mit der Mitteiiängsachse 30 einen WinkelyK1 (Fig.

10C) von 40 Grad bis 62 Grad, insbesondere 56, 4 Grad, 48,9 Grad, 49,8 Grad, oder 60, 4 Grad ein. Eine Tangente einer Kraftstoffmuldenwandung schließt an der Erhebung 34 mit der Mittellängsachse 30 einen Winkel YK2 (Fig. 10C) von 8 Grad bis 50 Grad, insbesondere 20, 9 Grad, 12, 5 Grad, 18,7 Grad oder 45, 5 Grad ein. Eine Tangente einerLuftmuldenwandung an der Erhebung 34 schließt mit der Mitteiiängsachse 30 einen WinkelyL2 (Fig.10C) von 0 Grad bis 80 Grad, insbesondere 23, 2 Grad, 64, 6 Grad, 77,3 Grad oder 47, 7 Grad ein. Eine Tan- gente einer Luftmuldenwandung an einem der Erhebung 34 gegenüberliegenden Kraftstoff- muldenrand mit der Mittellängsachse 30 einen Winkel y" (Fig. 10C) von 30 Grad bis 62 Grad, insbesondere 50, 6 Grad, 54,2 Grad, 60,4 Grad oder 34, 8 Grad ein.