DE102015016920B4

DE102015016920B4 - Brennraumstruktur für einen Motor und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015016920B4
Application number: DE102015016920.3A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Nagano; Masahisa Yamakawa; Takashi YOUSO
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: CN105781714A; JP2016128667A; DE102015016920A1; JP6020856B2; US20160201596A1; CN105781714B

Abstract

Brennraumstruktur für einen Motor, wobei der Motor Kraftstoff in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs einspritzt und den Kraftstoff nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs in einem vorgegebenen Motorbetriebsbereich zündet, wobei die Brennraumstruktur umfasst:einen Kolben (10), welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten gedellten Vertiefung (11) und mit einem sich nach oben wölbenden Wölbungsabschnitt (11a) an einem zentralen Abschnitt der Vertiefung (11) ausgebildet ist; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu dem Wölbungsabschnitt (11a) der Vertiefung (11) des Kolbens (10) in einer letzten Hälfte des Verdichtungshubs, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) über dem Kolben (10) und in einer Verlängerungslinie einer Längsachse (Z) des Kolbes (10) angeordnet ist; undmindestens eine Zündkerze (4A, 4B), die über der Vertiefung (11) des Kolbens (10) und in radialen Richtungen des Kolbens (10) von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) getrennt angeordnet ist,wobei ein Radius der Vertiefung (11), eine Tiefe der Vertiefung (11) und die jeweiligen Positionen der mindesten einen Zündkerze (4A, 4B) so ausgelegt sind, dass sich eine Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) ergibt, die gleich einer oder länger als eine Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) eine Strecke ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze (4A, 4B) zurücklegt, während die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Länge eines Wegs ist, über den der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) eingespritzte Kraftstoff jede der mindestens einen Zündkerze (4A, 4B) über die Vertiefung (11) erreicht, undwobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Gesamtlänge aus einer ersten Strecke (L11) von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) angeordnet ist, zu einer Position einer Fläche der Vertiefung (11), auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) mit einem vorgegebenen Einspritzwinkel (α) eingespritzte Kraftstoff auftritt, einer zweiten Strecke (L12) von der Position der Fläche der Vertiefung (11), auf die der Kraftstoff auftritt, zu einem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) und einer dritten Strecke (L13) von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) zu der Position, an der die Zündkerze (4A, 4B) angeordnet ist, ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennraumstruktur für einen Motor, und insbesondere eine Brennraumstruktur für einen Motor zum Einspritzen von Kraftstoff in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs und Zünden des Kraftstoffs nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs innerhalb eines vorgegebenen Motor-Betriebsbereichs. Außerdem betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor.
Im Allgemeinen wird bei Motoren, welche Benzin oder einen Kraftstoff, der hauptsächlich Benzin enthält, verwenden, ein Funkenzündverfahren verbreitet verwendet, bei dem die Zündung durch eine Zündkerze ausgeführt wird. In jüngster Zeit werden in Hinblick auf eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs Techniken entwickelt zum Ausführen von Kompressions-Selbstzündung (insbesondere die als HCCI (Homogeneous-Charge Compression Ignition) bezeichnete vorgemischte Kompressionszündung) in einem vorgegebenen Motor-Betriebsbereich, während Benzin oder Kraftstoff, welcher hauptsächlich Benzin enthält, verwendet wird, indem ein hohes Verdichtungsverhältnis (z.B. ungefähr 17:1 oder höher) als geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors angewendet wird.
Eine Technik betreffend einen Motor, welcher eine derartige Kompressions-Selbstzündung ausführt, ist beispielsweise in JP2012-172662A offenbart. Bei der Technik der JP2012-172662A führt der Motor die Kompressions-Selbstzündung in einem niedrigen Motorlastbereich aus und führt in einem hohen Motorlastbereich Funkenzündung aus, und in dem hohen Motorlastbereich wird der Kraftstoff in eine Vertiefung eines Kolbens des Motors eingespritzt, und ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch wird zu einem Zeitpunkt entzündet, zu dem das Gasgemisch in die Nähe einer Zündkerze des Motors kommt.
Bei einem derartigen Motor ist in dem hohen Motorlastbereich (insbesondere einem Bereich, in dem die Motordrehzahl niedrig ist und die Motorlast hoch ist) im Hinblick auf das Unterdrücken einer Vorzündung (ein Phänomen, bei dem sich das Gasgemisch vor einem durch Funkenzündung ausgelösten Startpunkt der normalen Verbrennung entzündet), Rauch, etc. gemäß einem effektiven Verdichtungsverhältnis, Kraftstoffdruck, etc. ein Ziel-Einspritzzeitpunkt so bestimmt, dass es ein Zeitpunkt in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs ist, und ein Ziel-Zündzeitpunkt ist so bestimmt, dass es ein Zeitpunkt nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs ist. Um in diesem Fall die Kraftstoffeinspritzung zum Ziel-Einspritzzeitpunkt zu starten und die Verbrennung des Gasgemischs sicher zum Ziel-Zündzeitpunkt zu starten, ist eine Distanz, die der Kraftstoff von dem Ziel-Einspritzzeitpunkt zu dem Ziel-Zündzeitpunkt zurücklegt (Kraftstoffstrahl-Distanz) vorzugsweise gleich einer oder länger als eine Länge eines Wegs, den das Gasgemisch , welches den von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoff enthält, zurücklegt, um die Zündkerze zu erreichen (Kraftstoffstrahl-Weglänge). Mit anderen Worten: Vorzugsweise ist eine Beziehung „Kraftstoffstrahl-Distanz = Kraftstoffstrahl-Weglänge“ hergestellt. Daher kann eine Konfiguration der Vertiefung des Kolbens etc. so gestaltet sein, dass eine derartige Beziehung in geeigneter Weise erreicht wird.
EP 1 161 620 B1 beschreibt eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, der in jedem Zylinder von einem längsbeweglichen Kolben und der Innenwand eines Zylinderkopfes begrenzt ist. Ein Injektor spritz Kraftstoff in den Brennraum ein zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoff/Luft Gemisches mit separat zugeführter Verbrennungsluft, wobei das Gemisch von einer Zündkerze gezündet wird. Der Kraftstoff wird kegelförmig eingespritzt, wobei die Elektroden von Kraftstoffbenetzung und Verkolkung geschützt sind, da sie sich außerhalb der Mantelfläche des von der Einspritzdüse erzeugten Kraftstoffkegels liegen. Um zündfähiges Gemisch zwischen den Elektroden zu bringen und ein optimales Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine durch Verbesserung des Verbrennungsablaufes sicherzustellen, ist eine derartige Brennraumkonfiguration vorgesehen, dass der Kraftstoffkegel in einem von der Brennraumbegrenzung nahezu unbeeinflussten Freistrahl eingespritzt wird und die Elektroden der Zündkerze in einen bei der Einspritzung aus der Mantelfläche hervortretenden Kraftstoffwirbel einragen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick darauf gemacht, die Probleme der oben beschriebenen herkömmlichen Techniken zu lösen, und zielt darauf ab, eine Brennraumstruktur für einen Motor bereitzustellen, bei der eine Konfiguration einer Vertiefung eines Kolbens, etc. passend gestaltet sind, um die Verbrennung von Kraftstoff sicher zu einem vorgegebenen Zündungszeitpunkt, nachdem der Kraftstoff zu einem vorgegebenen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt eingespritzt worden ist, zu starten und die Verbrennungsstabilität zu verbessern.
Diese Aufgabe wird von den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird eine Brennraumstruktur für einen Motor bereitgestellt. Der Motor spritzt in einem vorgegebenen Motorbetriebsbereich Kraftstoff in der letzten Hälfte eines Verdichtungshubs ein und zündet den Kraftstoff nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs. Die Brennraumstruktur enthält einen Kolben, welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten gedellten Vertiefung ausgebildet ist, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche über dem Kolben und in einer Verlängerungslinie einer Längsachse bzw. Zentralachse des Kolbens und zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu der Vertiefung des Kolbens angeordnet ist, und mindestens eine Zündkerze, die über der Vertiefung des Kolbens und in radialen Richtungen des Kolbens von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung getrennt angeordnet ist. Ein Radius der Vertiefung, eine Tiefe der Vertiefung und jede der Positionen der mindesten einen Zündkerze sind so ausgelegt, dass sich eine Kraftstoffstrahl-(Bewegungs-)Distanz ergibt, die gleich der oder länger als die Kraftstoffstrahl-Weglänge ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz eine Strecke ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze zurücklegt, während die Kraftstoffstrahl-Weglänge eine Länge eines Wegs ist, über den der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzte Kraftstoff jede der mindestens einen Zündkerze über die Vertiefung erreicht.
Bei dieser Konfiguration sind der Radius der Vertiefung, die Tiefe der Vertiefung und die Positionen der Zündkerzen so ausgelegt, dass sich eine Kraftstoffstrahl-Distanz ergibt, die gleich der oder größer als die Kraftstoffstrahl-Weglänge ist. Somit kann der zum vorgegebenen Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt eingespritzte Kraftstoff sicher dazu gebracht werden, die Verbrennung zum vorgegebenen Zündzeitpunkt zu beginnen. Folglich können der vorgegebene Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und der vorgegebene Zündzeitpunkt geeignet erreicht werden, während die Verbrennungsstabilität sichergestellt ist.
Die Kraftstoffstrahl-Weglänge ist eine gesamte Länge einer ersten Strecke von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist, bis zu einer Position einer Oberfläche der Vertiefung, auf die der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vorgegebenen Einspritzwinkel eingespritzte Kraftstoff auftrifft, einer zweiten Strecke von der Position der Oberfläche der Vertiefung, auf die der Kraftstoff auftrifft, bis zu einem Außenkantenabschnitt der Vertiefung und einer dritten Strecke von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung bis zu einer Position, an der jeweils die Zündkerze angeordnet ist.
Bei dieser Konfiguration wird die geeignet definierte Kraftstoffstrahl-Weglänge genutzt. Somit können der Radius der Vertiefung, die Tiefe der Vertiefung und die Positionen der Zündkerzen genauer ausgelegt werden, um die Kraftstoffstrahl-Distanz zu erhalten, welche gleich der oder länger als die Kraftstoffstrahl-Weglänge ist.
Wenn die Kraftstoffstrahl-Weglänge „L1“ ist, ein Vertiefungsradius „Rc“ ist, eine Vertiefungstiefe „Dc“ ist, ein Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der jeweiligen Zündkerze „Rs“ ist und der vorgegebene Einspritzwinkel des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung „α“ ist, so ist die Kraftstoffstrahl-Weglänge vorzugsweise durch folgende Gleichung 1 ausgedrückt: $L 1 = Dc (1 - sin α) / cos α + 2 Rc - Rs$
Die Kraftstoffstrahl-Distanz wird vorzugsweise ausgehend von einem Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs, einem vorgegebenen Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einem vorgegebenen Ziel-Zündzeitpunkt jeder Zündkerze bestimmt.
Bei dieser Konfiguration wird die Kraftstoffstrahl-Distanz genutzt, welche ausgehend von dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und dem Ziel-Zündzeitpunkt bestimmt wird, welche so eingestellt sind, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Somit kann der zu dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt eingespritzte Kraftstoff sicher dazu gebracht werden, die Verbrennung zu dem Ziel-Zündzeitpunkt zu beginnen, während eine solche vorgegebene Bedingung geeignet erfüllt ist.
Wenn die Kraftstoffstrahl-Distanz „L2“ ist, der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs „P“ ist, eine Zeitspanne von dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu dem Ziel-Zündzeitpunkt „t“ ist und ein vorgegebener Koeffizient „k“ ist, so wird die Kraftstoffstrahl-Distanz L2 vorzugsweise durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt: $L 2 = k \times P^{0,5} \times t^{2}$
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verbrennungsmotor angegeben, welcher dafür konfiguriert ist, sowohl eine Kompressionszündung als auch eine Funkenzündung auszuführen und welcher umfasst:

einen Kolben, welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten eingedellten Vertiefung ausgebildet ist;
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche an einer zentralen Position des Brennraums über dem Kolben und zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Vertiefung des Kolbens angeordnet ist; und
zumindest eine Zündkerze, welche über der Vertiefung und in radialen Richtungen des Kolbens von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung getrennt angeordnet ist,
wobei ein Radius der Vertiefung, eine Tiefe der Vertiefung und die jeweilige Position der mindestens einen Zündkerze so ausgelegt sind, dass sich eine Kraftstoffstrahl-Distanz ergibt, welche gleich oder länger als eine Kraftstoffstrahl-Weglänge ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz eine Distanz ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus bis zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze zurücklegt, während die Kraftstoffstrahl-Weglänge eine Länge eines Wegs ist, über den der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzte Kraftstoff jeweils die mindestens eine Zündkerze über die Vertiefung erreicht.

Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht eines einzelnen Zylinders in Zylinder-Achsrichtung, wobei der einzelne Zylinder mit einer Brennraumstruktur für einen Motor nach einer Ausführungsform dieser Erfindung ausgestattet ist.
2 ist eine Draufsicht eines Kolbens in der Zylinder-Achsrichtung nach der Ausführungsform dieser Erfindung.
3 ist eine teilweise Schnittansicht der 1, welche einen Kolben und einen Zylinderkopf nach der Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, entlang einer Linie III-III in 1.
4 ist eine teilweise Schnittansicht der 1, ähnlich wie 3, welche den Kolben und den Zylinderkopf nach der Ausführungsform dieser Erfindung enthält und eine Kraftstoffstrahl-Weglänge nach der Ausführungsform dieser Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, welches ein spezielles Beispiel eines Vertiefungsdurchmessers veranschaulicht, welcher bei der Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird eine Brennraumstruktur für einen Motor nach einer Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
Bevor die Inhalte dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird eine bedingte Konfiguration eines Motors in dieser Ausführungsform kurz beschrieben. Der Motor dieser Ausführungsform wird bei einem hohen Verdichtungsverhältnis betrieben, beispielsweise ist ein geometrisches Verdichtungsverhältnis ungefähr 14:1 oder höher (geeigneterweise zwischen ungefähr 17:1 und ungefähr 18:1). In einem vorgegebenen Betriebsbereich des Motors (z.B. einem Bereich, in dem eine Motordrehzahl niedrig ist und eine Motorlast hoch ist) spritzt der Motor Kraftstoff in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs ein (verzögerte Einspritzung) und zündet den Kraftstoff nach einem oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungshubs. Ferner führt der Motor dieser Ausführungsform eine homogene Kompressionszündung, die auch als HCCI (engl. Homogeneous-Charge Compression Ignition) bezeichnet wird, in einem vorgegebenen niedrigen Motorlastbereich aus.
1 ist eine schematische Draufsicht eines einzelnen Zylinders in einer Zylinder-Achsrichtung, wobei der einzelne Zylinder mit einer Brennraumstruktur für einen Motor gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ausgestattet ist. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen „Z“ eine Zylinderachse, welche in eine Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt verläuft, und das Bezugszeichen „Y“ bezeichnet eine Kurbelwellenachse, welche in Auf-Ab-Richtung des Zeichnungsblatts verläuft. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen „X“ ein Liniensegment, welches die Mittelachse des Zylinders passiert und senkrecht zu der Kurbelwellenachse Y ist.
Wie in 1 dargestellt, ist der einzelne Zylinder mit zwei Einlassventilen 1A und 1B an seinem einen Seitenabschnitt (linke Seite in 1) bezüglich der Kurbelwellenachse Y ausgestattet. Die beiden Einlassventile 1A und 1B sind linear entlang der Kurbelwellenachse Y angeordnet. Die Bezugszeichen „5“ in 1 bezeichnen Einlassöffnungen, welche durch die beiden Einlassventile 1A und 1B geöffnet und geschlossen werden. Wenn nachfolgend die beiden Einlassventile 1A und 1B ohne Differenzierung zwischen ihnen beschrieben werden, kann jedes der beiden Einlassventile 1B und 1B einfach als „das Einlassventil 1“ bezeichnet werden.
Ferner ist der einzelne Zylinder mit zwei Auslassventilen 2A und 2B auf seinem anderen Seitenabschnitt (rechte Seite in 1) bezüglich der Kurbelwellenachse Y ausgestattet. Die beiden Auslassventile 2A und 2B sind linear entlang der Kurbelwellenachse Y angeordnet. Die Bezugszeichen „6“ in 1 bezeichnen Auslassöffnungen, welche durch die beiden Auslassventile 2A und 2B geöffnet und geschlossen werden. Wenn nachfolgend die beiden Auslassventile 2A und 2B ohne Differenzierung zwischen ihnen beschrieben werden, kann jedes der beiden Auslassventile 2A und 2B einfach als „das Auslassventil 2“ bezeichnet werden.
Ferner ist eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in einer Verlängerungslinie der Zylinderachse Z angeordnet. Zudem ist eine erste Zündkerze 4A zwischen den Einlassventilen 1A und 1B angeordnet, und eine zweite Zündkerze 4B ist zwischen den Auslassventilen 2A und 2B angeordnet. Wenn nachfolgend die beiden Zündkerzen 4A und 4B ohne Differenzierung zwischen ihnen beschrieben werden, können die erste Zündkerze 4A und die zweite Zündkerze 4B jeweils einfach als „die Zündkerze 4“ bezeichnet werden.
2 ist eine Draufsicht eines Kolbens 10 in der Zylinder-Achsrichtung nach der Ausführungsform dieser Erfindung.
Wie in 2 dargestellt, ist in einem mittleren Teil einer oberen Fläche (d.h. der Deckfläche) des Kolbens 10 eine nach unten gedellte Vertiefung 11 ausgebildet. In Richtung der Zylinderachse Z betrachtet, hat die Vertiefung 11 eine kreisförmige Form und ist mit einem Wölbungsabschnitt 11a an einem zentralen Abschnitt der Vertiefung 11 ausgebildet. Die Vertiefung 11 ist ferner mit zwei konkaven Abschnitten 12A und 12B ausgebildet, die von beiden Endabschnitten der Vertiefung 11 weiter verlaufen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 ist direkt über dem Wölbungsabschnitt 11a der Vertiefung 11 angeordnet, die erste Zündkerze 4A ist in dem konkaven Abschnitt 12A der Vertiefung 11 angeordnet, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet, und die zweite Zündkerze 4B ist in dem konkaven Abschnitt 12B der Vertiefung angeordnet, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet.
Außerdem ist die obere Fläche des Kolbens 10 mit vier Ventilmulden 15A, 15B, 16A und 16B ausgebildet, die beispielsweise um 1 mm nach unten gewölbt verlaufen. Die Ventilmulde 15A ist an einer dem Einlassventil 1A entsprechenden Position ausgebildet, die Ventilmulde 15B ist ein einer dem Einlassventil 1B entsprechenden Position ausgebildet, die Ventilmulde 16A ist ein einer dem Auslassventil 2A entsprechenden Position ausgebildet und die Ventilmulde 16B ist an einer dem Auslassventil 2B entsprechenden Position ausgebildet. Ferner ist die Oberfläche des Kolbens 10, mit Ausnahme der Vertiefung 11 und der Ventilmulden 15A, 15B, 16A und 16B, im Wesentlichen eben in Richtungen senkrecht zur Zylinderachse Z. In 2 ist jeder der ebenen Abschnitte mit dem Bezugszeichen „10A“ bezeichnet (nachfolgend wird jeder ebene Abschnitt passend als „der Kolbenoberflächenabschnitt 10A“ bezeichnet).
3 ist eine teilweise Schnittansicht der 1, welche den Kolben 10 und einen Zylinderkopf 30 nach der Ausführungsform enthält, entlang einer Linie III-III in 1. Es sei darauf hingewiesen, dass 3 einen Zustand darstellt, in dem der Kolben 10 sich am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs befindet. Was die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und die Zündkerzen 4 betrifft, zeigt 3 Seitenansichten anstelle von Schnittansichten.
Wie durch die Pfeile A11 der 3 angedeutet, wird bei dieser Ausführungsform der Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in Richtung auf die Vertiefung 11, also in die Vertiefung 11 eingespritzt. Auf diese Weise trifft ein Gasgemisch, welches den in Richtung auf die Vertiefung 11 eingespritzten Kraftstoff enthält, wie durch die Pfeile A12 angedeutet, auf die Fläche der Vertiefung 11, strömt der Fläche (genauer gesagt, der sich wölbenden Fläche) der Vertiefung 11 folgend in radialen Richtungen der Vertiefung 11 auswärts und erreicht einen Außenkantenabschnitt der Vertiefung 11. Dann erfährt das Gasgemisch an dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung 11 die Einwirkung von Quetschströmungen (siehe die weißen Pfeile A2), welche bewirken, dass das Gas von Quetschbereichen SA aus radial einwärts strömt, und die Einwirkung von Unterdruck, welcher durch die Kraftstoffeinspritzung unter der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 erzeugt wird, wobei jeder der Quetschbereiche SA in einem Spalt zwischen jeder Kolbenoberseite 10A und einer Unterseite 30a des Zylinderkopfs 30 gebildet ist. Somit strömt das Gasgemisch wie durch die Pfeile A13 angedeutet, zu den Zündkerzen 4. Durch Zünden des Kraftstoffs mit den Zündkerzen 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Gasgemisch die Zündkerzen 4 wie oben beschrieben erreicht, kann sichergestellt werden dass die Verbrennung des Gasgemischs beginnt.
Im Hinblick auf das Unterdrücken von vorzeitiger Zündung, Rauch, etc. wird bei dieser Ausführungsform dabei ein vorgegebener Zeitpunkt in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs als Ziel-Einspritz-Startzeitpunkt angewendet und ein vorgegebener Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs wird als Ziel-Zündzeitpunkt angewendet, entsprechend einem effektiven Verdichtungsverhältnis, Kraftstoffdruck etc. Ferner wird eine Konfiguration so gewählt, dass nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung zum Ziel-Einspritz-Zeitpunkt der Kraftstoff zu dem Ziel-Zündzeitpunkt sicher von den Zündkerzen 4 entzündet werden kann (die Verbrennung beginnen kann). Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform eine Distanz, welche das den Kraftstoff enthaltende Gasgemisch vom Ziel-Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt bis zu dem Ziel-Zündzeitpunkt zurücklegt (Kraftstoff-Strahl-Distanz) so ausgelegt, dass sie gleich einer oder größer als eine Gesamtlänge von durch die Pfeile A11, 12 und A13 in 3 angedeuteten Wegen ist, die das Gasgemisch durchläuft, welches den von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzten Kraftstoff enthält, um die Zündkerzen 4 zu erreichen (Kraftstoffstrahl-Weglänge). Genauer gesagt, sind bei dieser Ausführungsform Parameter, welche die Kraftstoffstrahl-Weglänge definieren, darunter ein Radius der Vertiefung 11, eine Tiefe der Vertiefung 11 und Positionen der Zündkerzen 4 so ausgelegt, dass die Kraftstoffstrahl-Distanz gleich der oder größer als die Kraftstoffstrahl-Weglänge wird.
Nachfolgend wird die Kraftstoffstrahl-Weglänge dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 ausführlich beschrieben. 4 ist eine Ansicht ähnlich wie 3 und der Einfachheit halber ist nur der Weg für das Gasgemisch, welches den von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzten Kraftstoff enthält, zum Erreichen einer der Zündkerzen 4 auf der rechten Seite (zweite Zündkerze 4B) dargestellt.
In 4 bezeichnet das Bezugszeichen „Rc“ den Vertiefungsradius, das Bezugszeichen „Rs“ bezeichnet einen Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und der Zündkerze 4 in Richtung des Radius, das Bezugszeichen „Dc“ bezeichnet die Vertiefungstiefe, welche einem Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und einem tiefsten Abschnitt der Vertiefung 11 in der Zylinder-Achsrichtung entspricht, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (oberer Totpunkt des Verdichtungshubs) befindet, und das Bezugszeichen „α“ bezeichnet einen Einspritzwinkel des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3, der ausgehend von der Zylinderachse (d.h. einer Mittelachse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3) definiert ist.
Ferner bezeichnet in 4 das Bezugszeichen „L11“ eine Distanz von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 angeordnet ist, zu einer Position der Oberfläche der Vertiefung 11, auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in dem Einspritzwinkel α eingespritzte Kraftstoff auftrifft, d.h. das Bezugszeichen „L11“ entspricht der Länge des durch den Pfeil A11 in 3 angedeuteten Wegs. Die Distanz L11 kann durch die folgende Gleichung 3 unter Verwendung der Vertiefungstiefe Dc und des Einspritzwinkels α ausgedrückt werden: $L 11 = Dc / cos α$
Ferner bezeichnet in 4 das Bezugszeichen „L12“ eine Distanz von der Position der Oberfläche der Vertiefung 11, auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzte Kraftstoff auftrifft, bis zu dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung 11, d.h. das Bezugszeichen „L12“ entspricht der Länge des durch Pfeil A12 in 3 angedeuteten Wegs. Die Distanz L12 kann durch die folgende Gleichung 4 unter Verwendung des Vertiefungsradius Rc, der Vertiefungstiefe Dc und des Einspritzwinkels α ausgedrückt werden: $L 12 = Rc - Dc \times sin α / cos α$
Ferner bezeichnet in 4 das Bezugszeichen „L13“ eine Distanz von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung 11 bis zu einer Position, an der die Zündkerze 4 angeordnet ist, d.h. das Bezugszeichen „L13“ entspricht der Länge des durch den Pfeil A13 in 3 angedeuteten Wegs. Die Distanz L13 kann durch die folgende Gleichung 5 unter Verwendung des Vertiefungsradius Rc und des Abstands Rs zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und der Zündkerze 4 ausgedrückt werden: $L 13 = Rc - Rs$
Wenn die Kraftstoffstrahl-Weglänge „L1“ ist, wird dabei die Kraftstoffstrahl-Weglänge L1 unter Verwendung von L11, L12 und L13, die oben beschrieben wurden, als „L1 = L11 + L12 + L13“ ausgedrückt. Durch Einsetzen der obigen Gleichungen 3 bis 5 in diese Gleichung kann daher die Kraftstoffstrahl-Weglänge L1 durch die folgende Gleichung 6 ausgedrückt werden: $L 1 = Dc (1 - sin α) / cos α + 2 Rc - Rs$
Wenn andererseits die Kraftstoffstrahl-Distanz „L2“ ist, der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzten Kraftstoffs „P“ ist, die Zeitdauer von dem oben beschriebenen Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu dem oben beschriebenen Ziel-Zündzeitpunkt „t“ ist und ein vorgegebener Koeffizient „k“ ist, kann die Krafststoffstrahl-Distanz L2 durch die folgende Gleichung 7 ausgedrückt werden: $L 2 = k \times P^{0,5} \times t^{2}$
Es sei darauf hingewiesen, dass für den Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt ein Zeitpunkt in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs, beispielsweise ein ungefähr ,„-9°‟ entsprechender Zeitpunkt als ein Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt verwendet wird, der in der Lage ist, vorzeitige Zündung passend zu unterdrücken, wenn das hohe Verdichtungsverhältnis verwendet wird. Ferner wird für den Ziel-Zündzeitpunkt ein Zeitpunkt direkt nach dem Verdichtungshub (d.h. eine frühe Hälfte des Expansionshubs), beispielsweise ein ungefähr „3°“ entsprechender Zeitpunkt als ein Zündzeitpunkt verwendet, welcher nahe an einem Zündzeitpunkt liegt, mit dem ein größtes Motordrehmoment erreicht wird (Mindestvorzündung für bestes Drehmoment (MBT, engl. Minimum advance for the Best Torque)), und welcher in der Lage ist, Rauch (Klopfen kann eingeschlossen sein) geeignet zu unterdrücken. Wenn die Motordrehzahl ungefähr 2000 U/min ist, gilt mit diesen Zeiten für die Zeitspanne t von dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt zu dem Ziel-Zündzeitpunkt: „t(sec) = {(3° + 9°)/360°}/(2000/60)“.
Zudem kann als Kraftstoffdruck P ein vergleichsweise hoher Kraftstoffdruck verwendet werden, sodass die Zeitdauer von dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt zu dem Ziel-Zündzeitpunkt verkürzt werden kann (d.h. der Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt kann verzögert werden, und eine Reaktionsdauer einer Zeit von dem verzögerten Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu der Zündung kann verkürzt werden), um eine abweichende Verbrennung (z.B. vorzeitige Zündung) zu unterdrücken. Beispielsweise kann ein höchster Kraftstoffdruck verwendet werden. Bei einem Beispiel wird ungefähr „120 MPa“ als Kraftstoffdruck P verwendet.
Ferner wird der vorgegebene Koeffizient k als ein Wert verwendet, welcher zuvor basierend auf (einem) Experiment(en), (einer) vorgegebenen Gleichung(en), etc. gewonnen wurde.
Zusammenfassend sind bei dieser Ausführungsform der Vertiefungsradius Rc, der Abstand Rs zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und jeder Zündkerze 4 und die Vertiefungstiefe Dc basierend auf der folgenden Gleichung 8 unter Anwendung der obigen Gleichungen 6 und 7 so gestaltet, dass die Kraftstoffstrahl-Distanz L2 gleich der oder länger als die Kraftstoffstrahl-Weglänge L1 wird, d.h. dass die Bedingung „L2 ≥ L1“ erfüllt ist: $k \times P^{0,5} \times t^{2} \geq Dc (1 - sin α) / cos α + 2 Rc - Rs$
Nachfolgend wird ein spezielles Beispiel des Vertiefungsradius (und daher des Vertiefungsdurchmessers), welcher in dieser Ausführungsform verwendet wird, unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. In 5 bezeichnet die horizontale Achse die Kraftstoffstrahl-Weglänge (der Vertiefungsdurchmesser, welcher die Kraftstoffstrahl-Weglänge darstellt, ist ebenso entsprechend darüber angegeben), und die vertikale Achse bezeichnet eine zündbare Zeit. Die zündbare Zeit ist unter einer Bedingung definiert, dass der Kraftstoff zu einem vorgegebenen Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt (z.B. dem Zeitpunkt, welcher ungefähr „-9°‟ entspricht) eingespritzt wird, während der Motor bei hoher Motorlast und niedriger Motordrehzahl (z.B. ungefähr volle Last bei ungefähr 2000 U/min) betrieben wird. Die zündbare Zeit entspricht einer Zeit, zu der die Verbrennung des den Kraftstoff enthaltenden Gasgemischs durch die Zündkerzen 4 geeignet zum Start gebracht werden kann, d.h. eine Zeit, zu der das den Kraftstoff enthaltende Gasgemisch die Positionen erreicht, an denen die Zündkerzen 4 angeordnet sind.
In 5 zeigt die Kurve G1 eine Beziehung zwischen der Kraftstoffstrahl-Weglänge und der zündbaren Zeit, wenn ein vergleichsweise niedriger Kraftstoffdruck (z.B. ungefähr 60 MPa) verwendet wird, die Kurve G2 zeigt eine Beziehung zwischen der Kraftstoffstrahl-Weglänge und der zündbaren Zeit, wenn ein Kraftstoffdruck verwendet wird, welcher höher als der der Kurve G1 ist (z.B. ungefähr 80 MPa), und die Kurve G3 zeigt eine Beziehung zwischen der Kraftstoffstrahl-Weglänge und der zündbaren Zeit, wenn ein Kraftstoffdruck verwendet wird, welcher höher als der der Kurve G2 ist (z.B. ungefähr 120 MPa).
Ausgehend von den Kurven G1 bis G3 wird deutlich, dass die zündbare Zeit verzögert wird, wenn die Kraftstoffstrahl-Weglänge länger wird. Mit anderen Worten: Es wird deutlich, dass die Kraftstoffstrahl-Weglänge verkürzt werden muss, um die zündbare Zeit vorzurücken. Außerdem wird ausgehend von den Kurven G1 bis G3 deutlich, dass die zündbare Zeit vorrückt, wenn der Kraftstoffdruck höher wird.
Hier wird ein Fall betrachtet, bei dem ein Zündzeitpunkt innerhalb eines durch das Bezugszeichen „R1“ bezeichneten Bereichs (z.B. ungefähr zwischen 2° bis 4°) als Ziel-Zündzeitpunkt verwendet wird. Wenn der durch die Kurve G1 gezeigte Kraftstoffdruck (z.B. ungefähr 60 MPa) verwendet wird, kann eine Kraftstoffstrahl-Weglänge D1 (z.B. ungefähr 37 mm) verwendet werden, um die Verbrennung des Gasgemischs innerhalb des Ziel-Zündzeitbereichs R1 durch die Zündkerzen 4 geeignet zu starten. In diesem Fall kann ein Vertiefungsdurchmesser CD1 (z.B. 50 mm) entsprechend der Kraftstoffstrahl-Weglänge D1 verwendet werden. Wenn der durch die Kurve G2 gezeigte Kraftstoffdruck (z.B. ungefähr 80 MPa) verwendet wird, kann eine Kraftstoffstrahl-Weglänge D2 (z.B. ungefähr 40 mm) verwendet werden, um die Verbrennung des Gasgemischs innerhalb des Ziel-Zündzeitbereichs R1 durch die Zündkerzen 4 geeignet zu starten. In diesem Fall kann ein Vertiefungsdurchmesser CD2 (z.B. 54 mm) entsprechend der Kraftstoffstrahl-Weglänge D2 verwendet werden. Wenn der durch die Kurve G3 gezeigte Kraftstoffdruck (z.B. ungefähr 120 MPa) verwendet wird, kann eine Kraftstoffstrahl-Weglänge D3 (z.B. ungefähr 42 mm) verwendet werden, um die Verbrennung des Gasgemischs innerhalb des Ziel-Zündzeitbereichs R1 durch die Zündkerzen 4 geeignet zu starten. In diesem Fall kann ein Vertiefungsdurchmesser CD3 (z.B. 58 mm) entsprechend der Kraftstoffstrahl-Weglänge D3 verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass innerhalb des Motorbetriebsbereichs, in dem die Motordrehzahl niedrig ist und die Motorlast hoch ist, vorzugsweise ein vergleichbar hoher Kraftstoffdruck verwendet wird, sodass die Zeitdauer von dem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu dem Zündzeitpunkt verkürzt werden kann (d.h. der Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt kann verzögert werden und die Reaktionszeit von dem verzögerten Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zur Zündung kann verkürzt werden), um eine abweichende Verbrennung (z.B. vorzeitige Zündung) zu unterdrücken. Daher wird bei dem Beispiel der 5 vorzugsweise der durch die Kurve G3 angedeutete Kraftstoffdruck (z.B. ungefähr 120 MPa) verwendet. Wenn dieser Kraftstoffdruck verwendet wird, kann ferner der Vertiefungsdurchmesser CD3 (z.B. ungefähr 58 mm) verwendet werden.
Nachfolgend werden die Funktionen und Wirkungen der Brennraumstruktur für den Motor nach der Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform sind der Vertiefungsdurchmesser, die Vertiefungstiefe und die Positionen der Zündkerzen 4 so ausgelegt, dass die Kraftstoffstrahl-Distanz (die Distanz, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von dem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu dem Zündzeitpunkt) zurücklegt, gleich der oder länger als die Kraftstoffstrahl-Weglänge ist (die Länge des Wegs, durch den das den von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzten Kraftstoff enthaltende Gasgemisch jeweils die Zündkerze 4 über die Vertiefung 11 erreicht). Somit kann sicher erreicht werden, dass der zu dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt eingespritzte Kraftstoff die Verbrennung zu dem Ziel-Zündzeitpunkt beginnen kann. Folglich können der Ziel-Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt und der Ziel-Zündzeitpunkt geeignet erreicht werden, während die Verbrennungsstabilität sichergestellt ist.
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Einlassventil
2A, 2B: Auslassventil
3: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
4A: erste Zündkerze
4B: zweite Zündkerze
10: Kolben
11: Vertiefung
30: Zylinderkopf

Claims

Brennraumstruktur für einen Motor, wobei der Motor Kraftstoff in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs einspritzt und den Kraftstoff nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs in einem vorgegebenen Motorbetriebsbereich zündet, wobei die Brennraumstruktur umfasst: einen Kolben (10), welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten gedellten Vertiefung (11) und mit einem sich nach oben wölbenden Wölbungsabschnitt (11a) an einem zentralen Abschnitt der Vertiefung (11) ausgebildet ist; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu dem Wölbungsabschnitt (11a) der Vertiefung (11) des Kolbens (10) in einer letzten Hälfte des Verdichtungshubs, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) über dem Kolben (10) und in einer Verlängerungslinie einer Längsachse (Z) des Kolbes (10) angeordnet ist; und mindestens eine Zündkerze (4A, 4B), die über der Vertiefung (11) des Kolbens (10) und in radialen Richtungen des Kolbens (10) von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) getrennt angeordnet ist, wobei ein Radius der Vertiefung (11), eine Tiefe der Vertiefung (11) und die jeweiligen Positionen der mindesten einen Zündkerze (4A, 4B) so ausgelegt sind, dass sich eine Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) ergibt, die gleich einer oder länger als eine Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) eine Strecke ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze (4A, 4B) zurücklegt, während die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Länge eines Wegs ist, über den der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) eingespritzte Kraftstoff jede der mindestens einen Zündkerze (4A, 4B) über die Vertiefung (11) erreicht, und wobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Gesamtlänge aus einer ersten Strecke (L11) von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) angeordnet ist, zu einer Position einer Fläche der Vertiefung (11), auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) mit einem vorgegebenen Einspritzwinkel (α) eingespritzte Kraftstoff auftritt, einer zweiten Strecke (L12) von der Position der Fläche der Vertiefung (11), auf die der Kraftstoff auftritt, zu einem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) und einer dritten Strecke (L13) von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) zu der Position, an der die Zündkerze (4A, 4B) angeordnet ist, ist.
Brennraumstruktur nach Anspruch 1, wobei wenn die Kraftstoffstrahl-Weglänge „L1“ ist, ein Vertiefungsradius „Rc“ ist, eine Vertiefungstiefe „Dc“ ist, ein Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) und der jeweiligen Zündkerze (4A, 4B) „Rs“ ist und der vorgegebene Einspritzwinkel des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) „α“ ist, die Kraftstoffstrahl-Weglänge L1 durch folgende Gleichung 1 ausgedrückt ist: $L 1 = Dc (1 - sin α) / cos α + 2 Rc - Rs$
Brennraumstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) ausgehend von einem Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) eingespritzten Kraftstoffs, einem vorgegebenen Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) und einem vorgegebenen Ziel-Zündzeitpunkt der Zündkerze (4A, 4B) bestimmt wird.
Brennraumstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die Kraftstoffstrahl-Distanz „L2“ ist, der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs „P“ ist, eine Zeitspanne von dem Ziel-Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt bis zu dem Ziel-Zündzeitpunkt „t“ ist und ein vorgegebener Koeffizient „k“ ist, die Kraftstoffstrahl-Distanz L2 durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt wird: $L 2 = k \times P^{0,5} \times t^{2}$
Brennraumstruktur für einen Motor, wobei der Motor Kraftstoff in einer letzten Hälfte eines Verdichtungshubs einspritzt und den Kraftstoff nach einem oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungshubs in einem vorgegebenen Motorbetriebsbereich des Verdichtungshubs zündet, wobei die Brennraumstruktur umfasst: einen Kolben (10), welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten gedellten Vertiefung (11) und mit einem sich nach oben wölbenden Wölbungsabschnitt (11a) an einem zentralen Abschnitt der Vertiefung (11) ausgebildet ist; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu dem Wölbungsabschnitt (11a) der Vertiefung (11) des Kolbens (10) in einer letzten Hälfte des Verdichtungshubs, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3), wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) über dem Kolben (10) und in einer Verlängerungslinie einer Längsachse (Z) des Kolbes (10) und zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu der Vertiefung (11) des Kolbens (10) angeordnet ist; und mindestens eine Zündkerze (4A, 4B), die über der Vertiefung (11) des Kolbens (10) und in radialen Richtungen des Kolbens (10) von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) getrennt angeordnet ist, wobei wenn eine Kraftstoffstrahl-Distanz „L2“ ist und eine Kraftstoffstrahl-Weglänge „L1“ ist, ein Radius der Vertiefung (11), eine Tiefe der Vertiefung (11) und die jeweilige Position der mindestens einen Zündkerze (4A, 4B) basierend auf der nachfolgenden Gleichung 8 so gewählt sind, dass „L2 ≥ L1“ erfüllt ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) eine Distanz ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) aus bis zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze (4A, 4B) zurücklegt, während die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) die Länge eines Wegs ist, über den der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) eingespritzte Kraftstoff die Zündkerze (4A, 4B) über die Vertiefung (11) erreicht: $k \times P^{0,5} \times t^{2} \geq Dc (1 - sin α) / cos α + 2 Rc - Rs$
und wobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Gesamtlänge aus einer ersten Strecke (L11) von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) angeordnet ist, zu einer Position einer Fläche der Vertiefung (11), auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) mit einem vorgegebenen Einspritzwinkel (α) eingespritzte Kraftstoff auftritt, einer zweiten Strecke (L12) von der Position der Fläche der Vertiefung (11), auf die der Kraftstoff auftritt, zu einem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) und einer dritten Strecke (L13) von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) zu der Position, an der die Zündkerze (4A, 4B) angeordnet ist, ist.
Verbrennungsmotor, welcher dafür konfiguriert ist, sowohl eine Kompressionszündung als auch eine Funkenzündung durchzuführen, und welcher umfasst: einen Kolben (10), welcher in einem mittleren Teil seiner oberen Fläche mit einer nach unten gedellten Vertiefung (11) und mit einem sich nach oben wölbenden Wölbungsabschnitt (11 a) an einem zentralen Abschnitt der Vertiefung (11) ausgebildet ist; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu dem Wölbungsabschnitt (11a) der Vertiefung (11) des Kolbens (10) in einer letzten Hälfte des Verdichtungshubs, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3), wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) über dem Kolben (10) an einer zentralen Position des Brennraums und zum Einspritzen des Kraftstoffs hin zu der Vertiefung (11) des Kolbens (10) angeordnet ist; und mindestens eine Zündkerze (4A, 4B), die über der Vertiefung (11) des Kolbens (10) und in radialen Richtungen des Kolbens (10) von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) getrennt angeordnet ist, wobei ein Radius der Vertiefung (11), eine Tiefe der Vertiefung (11) und die jeweilige Position der mindestens einen Zündkerze (4A, 4B) so gewählt sind, dass sich eine Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) ergibt, welche gleich einer oder länger als eine Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) ist, wobei die Kraftstoffstrahl-Distanz (L2) eine Distanz ist, die ein den Kraftstoff enthaltendes Gasgemisch von einem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) aus bis zu einem Zündzeitpunkt jeder Zündkerze (4A, 4B) zurücklegt, wobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) die Länge eines Wegs ist, über den der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) eingespritzte Kraftstoff jede der mindestens einen Zündkerze (4A, 4B) über die Vertiefung (11) erreicht, wobei die Kraftstoffstrahl-Weglänge (L1) eine Gesamtlänge aus einer ersten Strecke (L11) von einer Position, an der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) angeordnet ist, zu einer Position einer Fläche der Vertiefung (11), auf die der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (3) mit einem vorgegebenen Einspritzwinkel (α) eingespritzte Kraftstoff auftritt, einer zweiten Strecke (L12) von der Position der Fläche der Vertiefung (11), auf die der Kraftstoff auftritt, zu einem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) und einer dritten Strecke (L13) von dem Außenkantenabschnitt der Vertiefung (11) zu der Position, an der die Zündkerze (4A, 4B) angeordnet ist, ist.