Bei gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraft- maschinen mit innerer Gemischbildung ist für den Schichtladebetrieb im Zündkerzenbereich eine'.'Gemischwolke" erforderlich, die ein bestimmtes Brennstoff-Luftverhältnis im zündfähigen Bereich aufweist. Insbesondere im Teillastbetrieb und im Leerlauf sind dadurch erhebliche Verbrauchsvorteile zu erreichen, da nicht das gesamte Brennraumvolumen ein angereichertes zündfähiges Gemisch enthält.

Um eine solche Gemischwolke zu erzeugen, sind im wesentlichen drei Verfahren bekannt. Das wandgeführte, das luftgeführte und das strahlgeführte Brennstoffeinspritzsystem.

Beim wandgeführten Brennstoffeinspritzsystem wird der Brennstoff durch eine Luftwirbel mitgenommen, der sich an die Wand des Zylinders anlegt und zumeist an dem besonders ausgebildeten Kolben umgelenkt wird. Der Brennstoff wird dazu in einen Wirbel nahe der Wandfläche des Zylinders

und/oder auf die Kolbenfläche durch ein Brennstoffeinspritzventil gespritzt, das seitlich des Einlaßventils zur Zylinderwand hin angeordnet ist. Durch den Wirbel wird der Brennstoff unter gleichzeitiger Gemischbildung zur zentral im'Brennraum angeordneten Zündkerze getragen.

Ein wandgeführtes Brennstoffeinspritzsystem ist beispielsweise aus der EP 0 519 275 B1 bekannt. Eine Zündkerze ist in einem Mittelabschnitt einer inneren Wand eines Zylinderkopfes angeordnet und eine Brennstoffeinspritzeinrichtung ist an einem Umfangsabschnitt der inneren Wand des Zylinderkopfes angeordnet. Ein Kolben weist einen unter der Zündkerze befindlichen . Vertiefungsabschnitt auf, auf dessen Fläche der Brennstoff schräg eingespritzt wird. Der Brennstoff wird am Rand der Vertiefungsfläche umgelenkt. Ein Wirbel trägt den Brennstoff weiter mit sich in Richtung Zündkerze.

Nachteilig an diesem Stand der Technik'ist, daß die turbulenzerzeugenden Maßnahmen, wie besondere Ausbildungen . der Brennraumgeometrie, insbesondere Ausbildungen der Kolbenform nur für einen bestimmten Drehzahlbereich optimiert werden können. Gerade im Bereich der Teillast und des Leerlaufs, d. h. gerade im Bereich der Teillast und des Leerlauf, d. h. bei geringen Brennstoff-Einspritzmengen und Füllungsgraden und/oder niedrigen Drehzahlen können die nötigen Wirbelbildungen nur mit einer Drosselung erreicht werden. Dadurch kommt es jedoch zu einer Erhöhung des Brennstoffverbrauchs. Weiterhin ist nachteilig, daß beim wandgeführten Brennstoffeinspritzsystem eine aufwendigere Kolbenform mit einer Umlenkkante nötig ist.

Aus der DE 38 08 635 C2 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine als ein lurtgeführtes Brennnstoffeinspritzsystem bekannt. Die Brennstoffein- spritzvorrichtung umfaßt dabei ein Brennstoffein-

spritzventil, das in der Zylinderwand in einigem Abstand vom Zylinderkopf und gegenüber der Auslaßöffnung angeordnet ist und eine Ausgangsöffnung aufweist, wobei die Strahlachse des Brennstoffeinspritzventils auf den Bereich um die im Zylinderkopf angeordnete Zündkerze gerichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil weist dabei eine magnetbetätigte Ventilnadel mit schraubenförmigen Drallnuten zum Erzeugen einer Drallströmung des Brennstoffstrahls auf. Die Gesamtquerschnittsfläche der Drallnuten ist um mindestens die Hälfte kleiner als die QuerschnittsfLäche der Ausgangsöffnung, wobei das Brennstoffeinspritzventil oberhalb einer Spülöffnung angeordnet ist und mit seiner Strahlachse auf den in der Zylinderkopfmitte angeordneten Zündpunkt zeigt. Durch die Luftströmung wird der eingespritzte Brennstoff ohne die Wand des Zylinders zu berühren in Richtung der Zündkerze mitgenommen und zu dieser transportiert.

Der Gemischtransport zur Zündkerze gelingt auch bei luftgeführten Brennstoffeinspritzsystemen aus den bereits genannten Gründen im Leerlauf-und unteren Teillastbetrieb nur sehr unvollkommen, im mittleren Teillastbetrieb zum Teil nur mit unvertretbar geringen Serienstreuungen der verwendeten Hochdruckeinspritzventile bzw. der Strömungsführung'durch das Saugrohr. Die mangelhafte Reproduzierbarkeit zeigt sich vor allem an überhöhtem Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, verursacht durch einzelne Verbrennungsaussetzer.

Aus der DE 198 04 463 A1 ist ein strahlgeführtes Brennstoffeinspritzsystem für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen bekannt, welches mit wenigstens einem Brennstoffeinspritzventil den Brennstoff in einen von einer Kolben-/Zylinder-Anordnung gebildeten Brennraum einspritzt und mit einer in den Brennraum ragenden Zündkerze versehen ist. Der Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils ist dabei in der Nähe der zentral im Brennraum gelegenen Zündkerze angeordnet und mit wenigstens einer Reihe über den Umfang des Düsenkörpers

verteilt angeordneten Einspritzlöchern versehen. Durch eine gezielte Einspritzung von Brennstoff über die Einspritzlöcher wird ein strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke realisiert, wobei wenigstens ein Strahl in Richtung auf die Zündkerze gerichtet ist. Weitere Strahlen sorgen dafür, daß'eine wenigstens annähernd geschlossene bzw. zusammenhängende Gemischwolke gebildet wird.

Aus der DE 196 42 653 Cl ist ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Brennstoff-Luftgemisches bekannt. In den Zylindern von direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen ist ein zündfähiges Brennstoff-Luftgemisch bildbar, indem in jeden von einem Kolben begrenzten Brennraum mittels eines Injektors bei Freigabe einer Düsenöffnung durch Abheben eines Ventilgliedes von einem die Düsenöffnung umfassenden Ventilsitz Brennstoff eingespritzt wird. Um unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Schichtladebetrieb, eine verbrauchs-und emissionsoptimierte innere Gemischbildung in jedem Betriebspunkt des gesamten Kennfeldes zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der Öffnungshub des Ventilgliedes und die Einspritzzeit variabel einstellbar sind.

Nachteilig an diesen strahlgeführten Brennstoffeinspritzsystemen ist, daß bisherige Zylinderköpfe mit einer zentral in der Zylinderachse im Zylinderkopf angeordneten Zündkerze nur mit erheblichen Veränderungen verwendet werden können, da der zusätzliche Einbauraum für das Brennstoffeinspritzventil in der Nähe der Zündkerze nachteilig eine Verlegung der zumeist zwei Einlaßventile erfordert.

Eine Kompatibilität zu den bisherigen Fertigungswerkzeugen und Zylinderkopfformen ist zwar bei einer Anordnung des Brennstoff feinspritzventils an der Zylinderwand auf der Seite der Einlaßventile gegeben, jedoch treten dann die zuvor beschriebenen Nachteile der luftgeführten und der wandgeführten Brennstoffeinspritzsysteme auf.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den'Vorteil, daß eine Anordnung des Brennstoffeinspritzventils an der Zylinderwand im Zylinderkopf auf der Seite der Einlaßventile möglich ist und der Zylinderkopf mit den bisherigen Zylinderköpfen für Saugrohreinspritzung in der Fertigung kompatibel ist und die Nachteile der wand-und luftgeführten Brennstoffeinspritzsysteme vermieden werden, da das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem ein strahlgeführtes Brennstoffeinspritzsystem ist. Entgegen der vorgefaßten Meinung der Fachwelt hat sich gezeigt, daß auch aus der Position des Brennstoffeinspritzventils bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem ein strahlgeführtes Erzeugen einer Gemischwolke im Teillastbetrieb möglich ist. Ein Brennstoffstrahl eines Mehrlochbrennstoffeinspritzventils kann genügend genau und exakt durch den'halben Zylinderdurchmesser eingespritzt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Gemischbildung zur Zündung unabhängig von einer Wirbelbildung ist und die Brennraumgeometrie, insbesondere die Form des Kolbens unabhängig und zur Optimierung weiterer Gesichtspunkte geeignet gewählt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzsystems möglich.

Insbesondere werden die Thermoschockbelastung und die Verrußung der Zündkerze durch das auf die Zündkerzenposition bezogene tangentiale Einspritzen von Brennstoff vermindert.

Die Brennstoffstrahlen sind also nicht direkt auf die Zündkerze gerichtet.

Von Vorteil ist außerdem, daß durch zwei Brennstoffeinspritzstrahlen und Anordnung der Zündkerze auf der Winkelhalbierenden zwischen diesen Brennstoffstrahlen bei geeigneter Wahl des Winkels ein günstiges Zündverhalten erreicht werden kann.

Weitere Brennstoffstrahlen können günstig in den übrigen Brennraum ausgerichtet werden, der sich bildet, wenn der Kolben sich ungefähr in der Nähe des oberen Totpunktes befindet.

Insbesondere können die Brennstoffstrahlen vorteilhaft-in drei Ebenen aufgeteilt sein, die zueinander gleiche Winkel zwischen ungefähr 20° und 30° einnehmen. Dabei besteht die oberste Ebene, die dem Zylinderkopf am nächsten liegt, aus den beiden die Zündkerze flankierenden Brennstoffstrahlen, die zweite aus drei Brennstoffstrahlen, von denen der mittlere auf der in Richtung der Zylinderachse projezierten Winkelhalbierenden der Brennstoffstrahlen der ersten Ebene liegt und die unterste Ebene wiederum aus zwei Brennstoffstrahlen, die unter denen der ersten Ebene liegen.

Bei dieser Ausbildung der Brennstoffstrahlen ist ein gute Ausbreitung der Flammfront nach der Zündung über die drei Ebenen hinweg möglich.

Der Kolben kann mit einer Quetschkante und mit einer Kolbenmulde ausgebildet sein und die Form des Strahlbildes an diesen dadurch bestimmten Brennraum angepaßt sein.

Die Brennstoffstrahlen können Flachstrahlen sein, die durch Schlitze als Abspritzöffnungen eingespritzt werden.

In einer alternativen günstigen Ausführungsform sind die weiteren Brennstoffstrahlen mit den tangential zur Zündkerze ausgerichteten Brennstoff strahlen zusammen in einer Ebene angeordnet und ist deren Anzahl gerade und in gleicher Anzahl beidseits der Zündkerze angeordnet.

Diese Ausführungsform ermöglicht eine günstige Gemischbildung vor allem, wenn keine oder eine sehr flache Kolbenmulde vorliegt.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein wandgeführtes Brennverfahren, Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein luftgeführtes Brennverfahren, Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein strahlgeführtes Brennverfahren, Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems, Fig. 5 eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts des Brennstoffeinspritzventils der Fig. 4 in Aufsicht und dessen Orientierung zu der Zündkerze, Fig. 6 eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts des Brennstoffeinspritzventils der Fig. 4 in Seitenansicht, Fig. 7 eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts des Brennstoffeinspritzventils der Fig. 4 in einer günstigen Ausführungsform in Seitenansicht und

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts des Brennstoffeinspritzventils der Fig. 7 in Aufsicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Fig. l, 2 und 3 zeigen schematisch den Grundaufbau der drei wichtigsten Brennstoffeinspritzsysteme nach dem Stand der Technik, um zunächst die jeweiligen Vorteile und Nachteile zu verdeutlichen und zur Erläuterung, inwieweit die Erfindung unter Vermeidung der Nachteile die Vorteile der Brennstoffeinspritzsysteme verknüpft.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein wandgeführtes Brennstoffeinspritzsystem. In einem ausschnittsweisen, schematisiert dargestellten Zylinder 1 ist ein Kolben 2 geführt. Ein Brennraum 3 wird durch einen dem Zylinder 1 aufliegenden Zylinderkopf 4 begrenzt Eine Zündkerze 5 befindet sich in der Mitte des Zylinders 1 und seitlich sind ein Auslaßventil 6 sowie ein Einlaßventil 7 für den Gasaustausch angeordnet. Üblicherweise werden meist zwei Einlaßventile 7 und Auslaßventile 6 vorgesehen. Auf der Seite des Einlaßventils 7 zur Wand des Zylinders 1 hin ist im Zylinderkopf 4 ein Brennstoffeinspritzventil 8 angeordnet. Der Kolben 2 weist eine deutlich ausgeformte Kolbenmulde 9 auf und ungefähr in Kolbenmitte eine die Kolbenmulde 9 begrenzende Umlenkkante 10.

Der Brennstoff wird von dem Brennstoffeinspritzventil 8 in Richtung der Kolbenmulde 9 eingespritzt. Dies ist in der Fig. 1 durch eine Brennstoffwolke 11 angedeutet. Dabei trifft der Brennstoff in den Wirbel aus Luft und auf die Kolbenmulde 9. Durch den Wirbel wird der Brennstoff zur Umlenkkante 10 getrieben und unter Bildung eines Gemisches weiter zur Zündkerze 5. Der Weg dieser Gemischwolke ist durch einen Pfeil verdeutlicht.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein luftgeführtes Brennstoffeinspritzsystem. Soweit der prinzipielle Aufbau mit den Teilen Zylinder 1, Kolben 2, Brennraum 3, Zylinderkopf 4, Zündkerze 5, Auslaßventil 6, Einlaßventil 7 und Brennstoffeinspritzventil 8 dem der Fig.

1 entspricht, werden dieselben Bezugszeichen verwendet.

Abweichend ist eine relativ flache Kolbenmulde 12 an dem Kolben 2 ausgeformt.

Der Brennstoff wird von dem Brennstoffeinspritzventil 8 in Richtung eines Wirbels im Brennraum 3 eingespritzt. Dies ist in der Fig. 2 durch eine Brennstoffwolke 13 angedeutet.

Durch den Wirbel wird der Brennstoff unter Bildung eines Gemisches weiter zur Zündkerze 5 getrieben, ohne eine Wandung zu berühren. Der Weg dieser Gemischwolke ist durch einen Pfeil verdeutlicht.

Wand-und luftgeführte Brennstoffeinspritzsysteme bieten den Vorteil einer günstigen Position des Brennstoffeinspritzventils 8, die eine hohe Ähnlichkeit des Zylinderkopfes 4 zu herkömmlichen Zylinderköpfen für die Saugrohreinspritzung und die Weiterverwendung von Fertigungseinrichtungen ermöglicht. Nachteilig ist die stets notwendige Ausbildung eines Wirbels, durch die eine Optimierung des Brennraums nach sonstigen Gesichtspunkten erschwert wird und der nur für bestimmte Drehzahlen und Lastzustände optimiert werden kann sowie zu Drosselverlusten führt.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik für ein strahlgeführtes Brennstoffeinspritzsystem. Soweit der prinzipielle Aufbau mit den Teilen Zylinder 1, Kolben 2, Brennraum 3, Zylinderkopf 4, Auslaßventil 6, und Einlaßventil 7 dem der Fig. 1 entspricht, werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Abweichend sind ein Brennstoffeinspritzventil 14 und eine Zündkerze 15 in der Mitte des Zylinders 1 im Brennraum 3 zentral angeordnet.

Eine Erennstoffwolke 15, die aus einzelnen Brennstoffstrahlen besteht, wird von dem Brennstoffeinspritzventil 14 in den Brennraum 3 eingespritzt. Dabei werden zumindest Teile der Brennstoffwolke 16 direkt in die Nähe der Zündkerze 14 gespritzt und erzeugen dort ein zündfähiges Gemisch.

Ein strahlgeführtes Brennstoffeinspritzsystem bietet den Vorteil, den übrigen Brennraum 3 relativ frei gestalten zu können und daß keine Drosselungsverluste auftreten.

Nachteilig ist die fertigungstechnisch und vom Einbauraum ungünstige Position des Brennstoffeinspritzventils 15.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems mit einem Kolben 16, der in einer Zylinderbohrung 17 geführt ist und mit einem Zylinderkopf 18 einen Brennraum 19 umgrenzt. Eine Zündkerze 20 ist in der Mitte der Zylinderbohrung 17 und seitlich sind ein Auslaßventil 21 mit Auslaßkanal 22 sowie ein Einlaßventil 23 mit Einlaßkanal 24 für den Gasaustausch angeordnet.

Üblicherweise werden meist zwei Einlaßventile 23 und Auslaßventile 21 vorgesehen. Auf der Seite des Einlaßventils 23 zur Wand der Zylinderbohrung 17 hin ist im Zylinderkopf 18 ein Brennstoffeinspritzventil 25 angeordnet. Der Kolben 16 weist eine deutlich ausgeformte Kolbenmulde 26 auf und eine die Kolbenmulde 26 begrenzende Quetschkante 27.

Der Kolben 16 ist in einer Stellung in der Zylinderbohrung 17 dargestellt, die dem Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung durch das Brennstoffeinspritzventil 25 entspricht. Das Brennstoffeinspritzventils 25 weist Abspritzöffnungen auf, die so angeordnet sind, daß Brennstoffstrahlen 28 einer ersten Ebene in den Bereich der Zündkerze 20 spritzen. Brennstoffstrahlen 29 einer zweiten Ebene nehmen zu den Brennstoffstrahlen der ersten Ebene in Bezug auf die Ebenen einen Winkel yl ein. Brennstoffstrahlen 30 einer dritten Ebene, die zu den Brennstoffstrahlen der zweiten Ebene in

Bezug auf die Ebenen einen Winkel y2 einnehmen, füllen den Bereich der Kolbenmulde 26. Die Brennstoffstrahlen sind durch Pfeile angedeutet. Der Winkel yl ist gleich dem Winkel « g2.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Abspritzabschnitts 31 des Brennstoffeinspritzventils 25 der Fig. 4 in Aufsicht und dessen Orientierung zu der Zündkerze 20 schematisch. Aus AbspritzöfLnungen 32 werden als Pfeile dargestellte Brennstoffstrahlen 29, 30, 31 der drei Ebenen abgespritzt. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind zwei Brennstoffstrahlen 29 der ersten Ebene tangential zur Zündkerze 20 ausgerichtet und so orientiert, daß die Zündkerze 20 auf einer Winkelhalbierenden der Brennstoffstrahlen 29 der ersten Ebene liegt. Durch eine gepunktete Linie zwischen den Pfeilspitzen ist die Anordnung in einer Ebene verdeutlicht. Drei Brennstoffstrahlen 30 der zweiten Ebene sind zu den Brennstoffstrahlen 29 der ersten Ebene versetzt angeordnet, so daß der mittlere Brennstoffstrahl 29a unter der Zündkerze 20 orientiert ist.

Zwei Brennstoffstrahlen 30 der dritten Ebene sind unter den Brennstoffstrahlen. 28 der ersten Ebene ausgerichtet.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts 31 des Brennstoffeinspritzventils 25 der Fig. 4 in Seitenansicht von der Zündkerze 20 aus gesehen.

Die Abspritzöffnungen 32 sind über eine Kugelfläche 33 in drei Reihen verteilt. Durch die Anordnung kann ein Abspritzen in drei Ebenen erreicht werden.

Vorteilhaft kann bei dem erfindungsgemäßen Brennstoff- einspritzsystem in der vorliegenden Ausführungsform das Brennstoffeinspritzventil 25 im Brennraum 19 seitlich angeordnet werden und somit eine hohe Kompatibilität zu herkömmlichen Zylinderköpfen erreicht werden. Der restliche- Brennraum kann relativ unabhängig gestaltet werden, da durch die Brennstoff strahlen 29 der ersten Ebene ein zündfähiges Gemisch im Bereich der'Zündkerze 20 gebildet wird.

Insbesondere kann durch die vorliegende günstige

Ausführungsform der gesamte Brennraum 19 einschließlich des Bereichs der Kolbenmulde'26 mit Brennstoffstrahlen erreicht werden. Es hat sich gezeigt, daß entgegen bisheriger Ansicht eine Einspritzung eines Brennstoffstrahls 28 von der Seite des Brennraums 19 zur Zündkerze 20 möglich ist.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts 31 des Brennstoffeinspritzventils 25 der Fig. 4 in einer alternativen günstigen Ausführungsform in Seitenansicht von der Zündkerze 20 aus'. Anstatt Abspritzöffnungen sind hier Schlitze 34 vorgesehen, durch die Flachstrahlen erzeugt werden können. Durch einen Steg 35 wird verhindert, daß Brennstoff direkt auf die Zündkerze 25 gespritzt wird.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung des Abspritzabschnitts 31 des Brennstoffeinspritzventils 25 der Fig. 7 in Aufsicht. Dargestellt sind die Schlitze 34 und der Steg 35.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z.. B. auch für Brennstoffeimspritzsysteme mit mehr oder weniger Einspritzlöchern, Ein-und Auslaßventilen und insbesondere mehreren Zündkerzen und variablen Hubraumvolumina anwendbar.