DE2739419A1

DE2739419A1 - Brennraum fuer brennkraftmaschinen mit direkter einspritzung

Info

Publication number: DE2739419A1
Application number: DE19772739419
Authority: DE
Inventors: Seikichi Kanai; Kunihiko Komiyama; Masaru Okada
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1977-09-01
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2739419C2; US4164913A; GB1591824A

Description

-A-

Die Erfindung betrifft einen Brennraum für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen bekannt, daß eine gewisse Verzögerung des Zeitpunkts der Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum dazu führt, daß der Explosionsdruck und dessen Zunahmegeschwindigkeit verringert und damit das Geräuschniveau der Brennstoffverbrennung reduziert werden können und zugleich die Verbrennungsgastemperatur gesenkt und damit die abgegebene Menge an NOx verringert werden.

Es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß im allgemeinen bei einer Verzögerung der Brennstoffeinspritzung der thermische Wirkungsgrad des Diesel-Zyklus abnimmt, so daß der Brennstoffverbrauch zunimmt und eine unvollkommene Verbrennung eintritt, die zur Bildung von schwarzem Auspuffgas führt.
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Die Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffs ist eine Funktion von dM/dt«S*Tm«Td«d9/dt, und in ähnlicher Weise sind die Farbe des Auspuffgases, der NOx-Gehalt und das Verbrennungsgeräusch eine Funktion von dM/dt^S· Tm-Td.de/dt.

Eine Verzögerung der Brennstoffeinspritzung dient zur Verringerung einer Zündverzögerung Td, und da eine mittlere Gastemperatur Tm des Zyklus und ein Wärmeerzeugungskoeffizient d©/dt verringert werden, verringert sich zugleich die Mischgeschwindigkeit von Brennstoff und Luft dM/dt und die zeitliche und räumliche Verteilung S des Mischungsverhältnisses.

Wenn daher der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung ver-

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zögert wird, können der Geräuschpegel aufgrund der Brennstoffverbringung und die NOx-Menge verringert werden, jedoch nimmt der Brennstoffverbrauch zu, so daß schwarzes Auspuffgas oder Rauch auf der Basis der obigen Beziehung gebildet wird.

Zur Ausschaltung dieses Problems ist es im Grunde nur notwendig, die Mischgeschwindigkeit dM/dt von Luft und Brennstoff bei der verzögerten Einspritzung zu steigern oder die Verbrennungsgeschwindigkeit nach der Einspritzung zu erhöhen. Im einzelnen hängen die Bildung von schwarzem Auspuffgas und der erhöhte Brennstoffverbrauch davon ab, daß der Verbrennungsprozeß selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat. Zur Ausschaltung des angesprochenen Problems ist es daher notwendig, die Verbrennungsgeschwindigkeit zu erhöhen und damit den Verbrennungszeitraum zu verkürzen.

Zur Erhöhung der' Verbrennungsgeschwindigkeit ist es notwendig, die Luftströmung, und insbesondere die Luftströmung nach der Brennstoffeinspritzung, innerhalb des Brennraumes zu verstärken.

Unter Luftströmung soll im vorliegenden Zusammenhang eine größere Wirbelbewegung in der Brennkammer und eine daraus resultierende Turbulenz mit geringeren Abmessungen verstanden werden.

Zur Erzeugung der erwähnten Luftströmung ist es bekannt, einen viereckigen Brennraum in der Form einer viereckigen Aussparung im oberen Teil des Kolbenbodens zu verwenden.

Ein Brennraum dieser Form ermöglich^ die Bildung von Luft-

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turbulenzen mit kleinen Abmessungen durch eine große Wirbelbewegung der Luft in den Ecken des Quadrates, so daß eine starke Luftströmung erzeugt werden kann.

Ein Brennraum dieser Form hat jedoch den Nachteil, daß die Intensität der Turbulenz mit kleinen Abmessungen, die in den Ecken des Quadrates erzeugt wird, und diejenige der großen Wirbelbewegung einander gegenläufig sind. Wenn der Radius R in den Ecken des Quadrates im Verhältnis zu dem Radius Ro des in die vielseitige Aussparung einbeschriebenen Kreises ist, d.h., wenn das Verhältnis R/Ro verringert ist, kann die Intensität der Luftturbulenzen mit kleinen Abmessungen in den Ecken des Quadrates erhöht werden. Dadurch wird die Intensität des großen Luftwirbels verringert. Wenn das Verhältnis R/Ro gesteigert wird, nimmt die Intensität des großen Luftwirbels zu, während die kleinen Turbulenzen in den Ecken des Quadrates abnehmen. In jedem Falle ermöglicht es die herkömmliche erwähnte Brennkammer nicht, verstärkte Turbulenzen mit kleineren Abmessungen und einen starken, größeren Luftwirbel zu gleicher Zeit zu bilden, die Turbulenzen können nur in den Ecken des Quadrates erzeugt werden, so daß insgesamt kein ausreichend starker Luftstrom entsteht.

Die Erfindung ist allgemein darauf gerichtet, einen Brennraum der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Verringerung der Verbrennungsgeräusche und eine Verringerung des NOx-Ausstoßes ermöglicht.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Erfindungsgemäß ist ein Brennraum vorgesehen, der eine

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gleichseitige, polygonale Aussparung und eine kreisringförmige Aussparung umfaßt, die miteinander durchgehend verbunden sind und einen ausgezeichneten Verbrennungsprozeß in dem Kolbenboden ermöglichen. 5

Der erfindungsgemäße Brennraum gewährleistet einen verstärkten Luftstrom aufgrund von zwei Luftwirbeln, die in der gleichseitig-polygonalen und der kreisringförmigen Aussparung erzeugt werden.

Es gehört zu den Merkmalen der Erfindung, daß der Einspritzwinkel des Brennstoffes gegen die Wand der Aussparungen bzw. des Brennraumes und der auf dieser Wand befeuchtete Bereich im Hinblick auf eine verbesserte Ver·» mischung von Luft und Brennstoff einstellbar ist.

Eine Einspritzdüse ist im wesentlichen in der Mitte der Aussparung angeordnet und gibt Brennstoff radial gegen die Wände der Aussparung ab. In der polygonalen Aussparung wird selbst bei hoher Maschinendrehzahl ein verhältnismäßig langsamer Wirbel erzeugt, während bei niedriger Maschinendrehzahl eine ausreichende Wirbelintensität beibehalten wird. In der kreisringförmigen unteren Aussparung dagegen wird ein Wirbel mit hoher Geschwindigkeit bei hoher Maschinendrehzahl erzeugt, so daß Luftturbulenzen zwischen den beiden Wirbeln entstehen und eine verbesserte Luftströmung in dem Brennraum gebildet wird.

im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen erfin-

dungsgemäßen Brennraum; 35

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Kolben-

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boden gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Tiefe der polygonalen Aussparung zu derjenigen der kreisringförmigen Aussparung und dem Turbulenzgrad der Fluidströmung in beiden Aussparungen; 10

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung

zur Erläuterung der Vermischung des durch die Einspritzdüse eingespritzten Brennstoffs mit Luft; 15

Fig. 5 ist eine entsprechende Darstellung

in Draufsicht;

Fig. 6 veranschaulicht den Einspritzwinkel der Einspritzdüse;

Fig. 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehungen der Auspuffgasfarbe und des relativen Brennstoff-Verbrauches zu dem Einspritzwinkel

des Brennstoffs;

Fig. 8 entspricht Fig. 1, zeigt jedoch eine

andere Ausführungsform der Erfindung, wobei der Zylinder und der Zylinder

kopf fortgelassen ist;

Fig. 9 entspricht Fig. 2, bezieht sich jedoch auf die Ausführungsform der Fig. 8;

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Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung entsprechend Fig. 2;

Fig. 11 ist ein Schnitt entlang der Linie

XI-XI in Fig. 10;

Fig. 12 ist ein Schnitt entlang der Linie

XII-XII in Fig. 10;

Fig. 13 ist ein Diagramm zur Veranschau-

lichüng der Beziehungen zwischen dem relativen Brennstoffverbrauch und dem dynamischen Brennstoffeinspritzpunkt vor dem oberen Tot

punkt bei hoher Maschinendrehzahl, wobei sich A auf eine herkömmliche kreisringförmige Brennkammer, B auf eine herkömmliche polygonale , Brennkammer und C auf eine erfin

dungsgemäße Brennkammer bezieht;

Fig. 14 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehungen zwischen der relativen Auspuffgasfarbe und dem

dynamischen Brennstoffeinspritzpunkt vor dem oberen Totpunkt bei hoher Maschinendrehzahl, wobei die Verwendung der Buchstaben A, B und C Fig. 13 entspricht;

Fig. 15 entspricht Fig. 13 bei niedriger

Maschinendrehzahl;

Fig. 16 entspricht Fig. 14 bei niedriger

Maschinendrehzahl.

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In Fig. 1 ist mit 2 eine Zylinderbuchse und mit 4 ein Zylinderkopf bezeichnet, der eine Brennstoff-Einspritzdüse 14 etwa in seinem Mittelbereich aufweist.
5

Mit 10 ist ein Kolben bezeichnet, der im oberen Bereich des Kolbenbodens eine viereckige Aussparung 11 aufweist, die in eine untere, kreisringförmige oder abgerundete Aussparung 12 übergeht, die zusammenhängend und in senkrechter Richtung untereinander durch Gießen oder Bearbeiten hergestellt sind.

Die abgerundeten Ecken 11a der oberen, viereckigen Aussparung 11 liegen weiter innen als die inneren Umfangswände 12a der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12 (Fig. 2). Die innere Umfangswand 12a ist in senkrechter Richtung der Aussparung 12 gleichmässig und durchgehend gekrümmt, und geht in einer gleichmäßigen Krümmung 13 glatt in die innere Umfangswand 11b der oberen, viereckigen Aussparung 11 über. Die untere ausgerundete Aussparung 12 weist einen Boden 12b auf, der mit einem konvexen oder angehobenen Querschnitt versehen ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist die obere, viereckige oder rechteckige Aussparung 11 eine Tiefe "D" und die untere, kreisringförmige Aussparung eine Tiefe "H" auf, bei denen das Verhältnis von D/H etwa 0,75 beträgt.

Die innere umfangswand 11b der oberen viereckigen Aussparung 11 überragt die innere Umfangswand 12a der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12 um einen Wert "Z".

Brennstoffstrahlen können in Richtung auf oder etwas

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unterhalb der Krümmung 13 abgegeben werden.

Auf diese Weise entsteht ein oberer großer Wirbel A
auf bekannte Weise innerhalb der viereckigen Aussparung 11, und Luftturbulenzen B mit kleineren Abmessungen bilden sich in den ausgerundeten Ecken 11a,
während ein unterer großer Wirbel C innerhalb der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12 entsteht.

Zugleich können sich Luftturbulenzen D¹ und E mit

kleineren Abmessungen an der gekrümmten inneren Umfangswand 12a und der Krümmung 13 bilden.

Während des Ansaughubes entstehen der obere große Wirbei A und der untere große Wirbel C in bei Ansaugvorgängen bekannter Weise. Aufgrund einer starken Reibung zwischen dem oberen großen Wirbel A und den Seitenwänden 11c der oberen Aussparung 11 wird die Wirbelbewegung des oberen Wirbels A gebremst, so daß die Intesitat des unteren großen Wirbels C stärker als diejenige des oberen Wirbels A wird.

Aufgrund der Wirbelgeschwindigkeit des unteren Wirbels C, die größer als diejenige des oberen Wirbels A ist,
entsteht eine Turbulenz aufgrund einer Scherströmung
zwischen dem oberen Wirbel A und dem unteren Wirbel C.

Die Intensität der Turbulenz aufgrund der Scherströmung ändert sich in Abhängigkeit von dem Verhältnis D/H oder dem Verhältnis der Tiefe D der oberen Aussparung 11 zu der Tiefe H der unteren, kreisringförmigen Aussparung

Fig. 3 zeigt den Turbulenzgrad, der sich durch Änderung des Verhältnisses D/H ergibt, wobei das Verhältnis des Innenradius r der unteren Aussparung 12 zu dem Radius Ro

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des in die obere, viereckige Aussparung 11 einbeschriebenen Kreises, d.h. r/Ro bei 1,2 liegt. Aus dem Diagramm der Fig. 3 geht hervor, daß eine befriedigend starke Luftturbulenz erzeugt wird, wenn das Verhältnis D/H im Bereich von 0,3 bis 1,2 liegt. Vorzugsweise liegt das Verhältnis D/H im Bereich von 0,5 bis 1,0.

Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Turbulenzgrad ermittelt wird durch Division der senkrechten Reynoldsschen Scherspannung durch das Quadrat der mittleren Wirbelströmung.

Da sich das Maß des Überhanges Z in Umfangsrichtung ändert, ändert sich auch die Intensität der Turbulenzen D' und E mit kleineren Dimensionen in Umfangsrichtung, so daß Scherspannungen in diesen Bereichen entstehen und die Turbulenzen D¹ und E komplizierter werden.

Es können daher verschiedene Arten von Wirbeln und Turbulenzen in der Brennkammer erzeugt werden, so daß der Luftstrom in der Brennkammer verstärkt wird und damit die Brennstoff-Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird, und der Brennstoffverbrauch kann verringert werden, so daß die Bildung von schwarzem Auspuffgas ausgeschaltet wird.

Anschließend soll ein bestimmter Verbrennungsprozeß erläutert werden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, werden Brennstoffstrahlen von der Einspritzdüse 14 an der Krümmung 13 zwischen den Aussparungen verteilt oder getrennt, die somit als Grenze zwischen zwei Strömungsrichtungen dient, deren eine in die obere, viereckige Aussparung 11 und deren andere in die untere, kreisringförmige Aussparung 12 gerichtet ist.

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Die Brennstoffstrahlen treten schräg von oben in die Brennkammer ein, so daß sie zunächst durch den oberen großen Wirbel A hindurchgehen, der auch als Bereich langsamer Wirbelgeschwind!gkeit bezeichnet werden kann, und sodann durch den Turbulenzbereich F hindurch den unteren Wirbel C erreichen, der eine hohe Wirbelgeschwindigkeit aufweist.

Da die Brennstoffstrahlen auf die Krümmung 13 oder etwas unterhalb dieser Krümmung auftreffen, gehen sie für die längste Zeit durch den mittleren Wirbelbereich F hindurch. Es ist erkennbar, daß die beste Vermischung von Brennstoff und Luft erfolgt, wenn die Brennstoffstrahlen durch den Turbulenzbereich F hindurchgehen.

Fig. 5 zeigt den Vorgang der Vermischung des durch die Einspritzdüse eingespritzten Brennstoffs mit Luft. Brennstoffstrahlen gehen durch einen Wirbelbereich mit langsamer Geschwindigkeit G hindurch, ohne durch den Wirbel mitgenommen zu werden, und treten sodann in den Wirbelbereich H ein, in dem sie in zufriedenstellender Weise mit Luft durch Turbulenzen vermischt werden, während sie durch den Wirbel in gewissem Ausmaß mitgenommen werden. Jedoch können verhältnismäßig grobe Brennstoffteilchen nicht ausreichend mit Luft vermischt werden, und zwar auch nicht im Luft-Turbulenzbereich. Daraufhin treffen grobe Brennstoffteilchen auf den Hochgeschwindigkeits-Luftstrom in dem Wirbelbereich C, so daß die Zerteilung, Zerstäubung und Verdampfung der Brennstoffteilchen beschleunigt und diese in ausreichendem Maße im Bereich I mit Luft vermischt werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Luftturbulenz B, D¹ und E mit geringeren Abmessungen zu der erwähnten Bildung eines vermischten Dampfes beitragen. Der Durchsatz der Brennstoff strahlen durch den Luftturbulenzbereich und der

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Durchgangszustand können gesteuert werden durch Änderung des Einspritzwinkels θ gemäß Fig. 4.

Wenn der obere Einspritzwinkel Θ.. und der untere Einspritzwinkel θ₂ in Bezug auf die Krümmung 13 zur Messung der Farbe des Auspuffgases und des relativen Brennstoffverbrauches geändert werden, tritt das in Fig. 7 gezeigte Ergebnis ein.

Dieses Diagramm zeigt, daß ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden kann, wenn der obere Einspritzwinkel Θ.. etwa 5° und der untere Einspritzwinkel ©₂ bis etwa 14° beträgt. Ein vorzuziehender Einspritzwinkel liegt im Bereich von 0° bis etwa 4°.

Wie bereits erwähnt wurde, existieren Luftwirbel und Turbulenzen aufgrund von Scherströmungen in der gesamten Brennkammer, so daß ein ausreichend starker Luftstrom erzeugt wird und die eingespritzten Brennstroffstrahlen vom Beginn des Einspritzvorganges an bis zu dessen Beendigung in ausreichender Weise mit Luft vermischt werden können und die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird.

Zur weiteren Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffs nach der Zündung ist es notwendig, den Brennstoff zu verbrennen, der in allen Bereichen der Brennkammer nach Beendigung der Einspritzung verbleibt.

Diesem Zweck dient die erwähnte lokale Anwesenheit von Turbulenzen in der Brennkammer, aber die Anwesenheit von Wirbeln ist wichtiger für den Vermischungseffekt insgesamt.

Bei der oben erwähnten Ausführungsform bewegt sich der untere, große Wirbel C innerhalb der unteren Aussparung 12, der eine hohe Geschwindigkeit aufweist, bei Beendigung

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des Einspritzvorganges und Beginn des Abwärtshubes des Kolbens aus dem unteren Bereich der Brennkammer in Richtung der oberen, viereckigen Aussparung 11, so daß die Brennstoffteilchen ausreichend mit Luft vermischt und die Verbrennungsgeschwindigkeit weiter erhöht wird. Zugleich tritt ein Luftstrom ein, der einem Verdrängungseffekt (squish) äquivalent ist, so daß Luftturbulenzen mit kleinen Abmessungen im unteren Bereich der oberen Aussparung 11 gebildet werden.

Die untere, kreisringförmige Aussparung 12 dient nicht nur zur Erzeugung einer Wirbelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem oberen großen Wirbel A und dem unteren grossen Wirbel C, sondern auch als Speicherkammer für einen Hochgeschwindigkeitswirbel zur Bildung erneuter Wirbel in der gesamten Brennkammer während des Abwärtshubes des Kolbens.

Selbst wenn das Verhältnis R/Ro zwischen dem die abgerundeten Ecken 11a ausrundenden Radius zu dem in die obere Aussparung 11 einbeschriebenen Radius verringert wird, ergibt sich kein wesentlicher Verlust von Wirbelenergie in der gesamten Brennkammer wegen des Hochgeschwindigkeitswirbels C in der unteren Aussparung 12.

Folglich kann die Intensität der Turbulenz B mit kleinen Abmessungen erhöht und damit die Vermischung von Brennstoffteilchen mit Luft verstärkt werden. Fig. 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die innere Umfangswand 12a der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12 innerhalb des einbeschriebenen Kreises der oberen, viereckigen Aussparung 11 liegt. Im übrigen besteht weitgehende Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform. Der Radius r der unteren

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Aussparung 12 sollte vorzugsweise die Hälfte bis 100% des Radius Ro des einbeschriebenen Kreises der oberen Aussparung 11 betragen.

Fig. 10, 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform liegt die Wand der unteren Aussparung 12 zwischen dem einbeschriebenen Kreis und dem umschreibenden Kreis der oberen viereckigen Aussparung 11. Die abgerundeten Ecken 11a der oberen Aussparung 11 liegen außerhalb der inneren Umfangswand 12a der unteren Aussparung 12, und die gradlinige innere umfangswand 11b liegt innerhalb der Umfangswand 12a der unteren Aussparung 12. Im übrigen besteht wiederum Übereinstimmung mit der ersten und zweiten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform besteht eine Differenz zwischen der Position der inneren umfangswand 11b der Aussparung 11 und der inneren Umfangswand 12a der Aussparung 12, und eine Differenz Z¹ zwischen den Positionen der ausgerundeten Ecken 11a der Aussparung 11 und der Umfangswand 12a.

Die Differenz Z bzw. Z' unterscheidet sich in Umfangsrichtung, so daß die Intensität der kleinen Turbulenzen D¹ und E in Umfangsrichtung geändert wird. Folglich können Scherströmungen zwischen diesen Bereichen erzeugt werden, so daß die Turbulenzen D¹ und E komplexer werden. Da außerdem die innere Umfangswand 11b der in der viereckigen Aussparung 11 weiter innen als die innere Umfangswand 12a der Aussparung 12 liegt, und zwar um den Betrag Z, wird ein Luftstrom V in Richtung der Innenseite der Brennkammer im Bereich zwischen beiden erzeugt. Da andererseits die ausgerundeten Ecken 11a der Aussparung 11 weiter außen als die innere Umfangswand 12a der Aussparung 12 liegt, und zwar um den Betrag Z¹, wird ein Luftstrom W in Richtung der Außenseite der Brennkammer im Bereich zwischen beiden gebildet. Folglich sind der

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obere große Wirbel A und der untere große Wirbel C wellenförmig, so daß sie kompliziertere Luftströme bilden. Auf diese Weise werden verschiedene Formen von Wirbeln und Turbulenzen innerhalb der Brennkammer erzeugt, und die Wirbel weisen eine Wellenform auf, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit wiederum erhöht und die Farbe des Auspuffgases aufgehellt und der Brennstoffverbrauch verringert werden können.

Messungen des Brennstoffdurchsatzes und der Auspuffgasfarbe wurden durchgeführt unter Verwendung der Brennkammer oder des Brennraumes der ersten Ausführungsform, einer herkömmlichen viereckigen Brennkammer und der kreisringförmigen Brennkammer bei gleichzeitiger Änderung der Einspritz-Zeitsteuerung bei hoher und niedriger Drehzahl. Die Versuchsergebnisse sind in den Figuren 13 bis 16 gezeigt. Mit A sind die Ergebnisse bei kreisringförmigem Brennraum, mit B die Ergebnisse bei viereckigem Brennraum, mit C die Ergebnisse bei einem Brennraum gemäß der ersten Ausführungsform gekennzeichnet. Fig. 13 und 14 zeigen die Ergebnisse bei hoher Drehzahl, während sich Fig. 15 und 16 auf Versuche mit niedriger Drehzahl beziehen.

Die erfindungsgemäße Brennkammer wies einen Radius Ro des einbeschriebenen Kreises der oberen viereckigen Aussparung 11 von 27 mm, einen Ausrundungsradius R in den Ecken 11a des Quadrates von 10 mm, eine Tiefe D der oberen Aussparung 11 von 11,3 mm, einen Radius r der unteren Aussparung 12 von 30,5 mm und eine Tiefe H der unteren Aussparung 12 von 9 mm auf.

Die Diagramme lassen erkennen, daß die erfindungsgemässe Brennkammer den herkömmlichen Brennkammern in Bezug

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auf Brennstoffverbrauch und Auspuffgasfarbe sowohl bei hoher Drehzahl als auch bei niedriger Drehzahl überlegen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich ein oberer großer Wirbel A in der oberen Aussparung 11 und ein unterer großer Wirbel C in der unteren Aussparung 12, und Turbulenzen B mit kleineren Abmessungen ergeben sich in den Ecken 11a des Quadrates, wobei die Wirbelgeschwindigkeit des unteren großen Wirbels C höher als die Wirbelgeschwindigkeit des oberen großen Wirbels A ist und Turbulenzen F aufgrund einer Scherströmung zwischen beiden erzeugt werden können.

Selbst wenn das Verhältnis R/Ro zwischen dem Ausrunn dungsradius der Ecken 11a des Quadrates und dem einbeschriebenen Kreis der oberen viereckigen Aussparung 11 verringert wird, so daß die Intensität der Turbulenzen B mit kleineren Abmessungen erhöht wird, treten geringe Energieverluste in dem gesamten Brennraum ein, da der untere, mit hoher Geschwindigkeit bewegte Wirbel C innerhalb der unteren Aussparung 12 vorhanden ist.

In dem Brennraum werden daher starke Turbulenzen B mit kleinen Abmessungen, große Wirbel A und C und die Turbulenz F erzeugt, so daß ein starker Luftstrom gebildet wird und die Brennstoffteilchen und Luft lokal durch die starken Turbulenzen B sowie durch die großen Wirbel A und C und die Turbulenz F vermischt werden und die Verbrennungsgeschwindigkeit nach der Zündung des Brennstoffs erhöht werden kann. Dadurch wird der Ausstoß von NOx verringert, und das bei der Verbrennung eintretende Geräuschniveau wird reduziert. Selbst wenn daher die Brennstoffeinspritzung in gewissem Maße verzögert wird,

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können der Brennstoffverbrauch verringert und die Auspuffgasfarbe aufgehellt werden.

Da erfindungsgemäß die obere Aussparung 11 ein gleichseitiges Polygonal darstellt und die untere Aussparung 12 kreisringförmig ist und der Wirbel C in der unteren Aussparung mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, kann dieser untere Wirbel C beim Absenken des Kolbens in die obere, gleichseitig-polygonale Aussparung 11 eintreten, so daß Wirbel durch die gesamte Brennkammer hindurchgehen und ermöglichen, daß Brennstoffteilchen, die nach der Beendigung des Einspritzvorganges zurückgeblieben sind, vollständig verbrannt werden.

Aus diesem Grunde kann die Verbrennungsgeschwindigkeit nach der Zündung weiter gesteigert werden, so daß wiederum der Brennstoffverbrauch gesenkt und die Auspuffgasfarbe aufgehellt wird.

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Claims

PATEN7ANWÄLTF.

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-COOO München 22 D-^COO EloSofeld α η η g / -j ft

Triftstraße 4 Siekerwall 7

FP 77-29 Ger. St/ge

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO 3-6, 2-chome, Akasaka, Minato-ku, Tokyo , JAPAN

Brennraum für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung

Patentansprüche

Jy Brennraum für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung/ der durch einen Zylinderkopf, eine Zylinderbuchse und einen mit einer Aussparung im Kolbenboden versehenen Kolben begrenzt ist, mit einer mehrere Düsenöffnungen aufweisenden Einspritzdüse, die im wesentlichen im Mittelbereich der Aussparung angeordnet ist und deren Düsenöffnungen Brennstoffstrahlen radial gegen die Wände der Aussparung abgeben, dadurch gekennze ichnet, daß die Aussparung im oberen Bereich eine im wesentlichen gleichseitig-polygonale Aussparung (11) und im unteren Bereich eine im wesentlichen kreisringförmige Aussparung (12) umfaßt, und daß das Verhältnis zwischen der Tiefe D der oberen Aussparung (11) zu der Tiefe H der unteren Aussparung (12) etwa 0,3 bis 1,2 beträgt.
2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Düsenöffnungen der Eint, ritz-

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ORIGINAL INSPECTED

düse (14) derart gerichtet sind, daß sie Brennstoff schräg gegen die Wand (11c, 12a) der Aussparung (12) unter einem Winkel im Bereich von etwa -5° bis etwa 14° abgeben, bezogen auf die abwärtige Richtung in Bezug auf die direkte Verbindungslinie zwischen der Einspritzdüse und der Grenze (13) zwischen der polygonalen Aussparung (11) und der kreisringförmigen Aussparung (12).
3. Brennraum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzwinkel etwa 0° bis etwa 4° beträgt.
4. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Radius der kreisringformigen Aussparung (12) größer als der Radius des umschreibenden Kreises der polygonalen Aussparung (11) ist.
5. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennze ichnet, daß der äußere Radius der kreisringförmigen Aussparung (12) kleiner als der Radius des einbeschriebenen Kreises der polygonalen Aussparung (11) ist.
6. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennze ichnet, daß der äußere Radius der kreisringförmigen Aussparung (12) größer als der Radius des einbeschriebenen Kreises der polygonalen Aussparung

(11) und kleiner als der Radius des umschreibenden Kreises dieser Aussparung ist.
7. Brennraum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß das Verhältnis der Tiefe der polygonalen Aussparung (11) zu derjenigen

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der kreisringförmigen Aussparung (12) D/H = etwa 0,5 bis etwa 1,0 beträgt.

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