DE3501271C2 - Hauptverbrennungskammer eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hauptverbrennungskammer eines Dieselmotors, die eine Umfangswand und eine Bodenwand aufweist und durch eine Vertiefung im oberen Bereich eines Kolbens gebildet wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine herkömmliche Hauptverbrennungskammer 2 eines Einspritzmotors, die im allgemeinen Ringform aufweist und durch eine Höhlung bzw. Vertiefung im oberen Bereich eines Kolbens 1 gebildet wird. Wenn sich der Durchmesser d der Kammer 2 im Verhältnis zu dem Innendurchmesser D eines Zylinders vergrößert, überwindet der von einer Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzte Kraftstoff einen langen Weg l, und wenn sich dieser Weg von einem Wert l1 auf einen Wert l2 vergrößert, sinkt der Abgasgeruch während der Fahrt bei niedriger Geschwindigkeit und geringer Last, und zwar bei gleichem effektiven Verdichtungsverhältnis ε, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Bei einer Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses wird auch eine Verbesserung der Geruchsintensität erreicht.

Eine Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses (bei abnehmender Kapazität der Kammer 2) zum Zwecke der Senkung des Abgasgeruchs bei niedriger Fahrgeschwindigkeit und geringer Last resultiert jedoch in einer verminderten Maximalleistung. Wird zu demselben Zweck auch der Einspritzweg verlängert (bei zunehmendem Durchmesser d) so nimmt die Spritzgeschwindigkeit ab. Hinzu kommt, daß auf Grund des hohen Verdichtungsverhältnisses und des langen Einspritzweges des Kraftstoffs im hohen Geschwindigkeits- und Lastbereich eine zu frühe Zündung erfolgt und daß aufgrund der geringen Spritz- bzw. Sprühkraft eine lange Zeit für die Kraftstoffverbrennung benötigt wird, was zur Folge hat, daß sich die maximale Leistung, die Färbung des Abgases und der Kraftstoffverbrauch verschlechtern.

Eine Hauptverbrennungskammer 2, wie man sie bereits verwendet hat, ist in Fig. 2A dargestellt. Ein die Kammer 2 bildender Hohlraum ist mit Abschnitten 6 ausgestattet, mit welchen der versprühte Kraftstoff kollidiert. Diese Abschnitte 6 sind mit bezug auf die Kolbenmitte 8 symmetrisch angeordnet.

In dieser Kammer strömt der eingespritzte Kraftstoff w von beiden Umfangsseiten der Abschnitte 6 in die Nähe derselben, und zwar vor Ende des Verdichtungsvorgangs des Motors, so daß der Sprühstrahl des Kraftstoffs ausreichend verbrannt werden kann. Jedoch kann eine Wirbelbewegung bzw. kreisende Bewegung (Strömung in Umfangsrichtung) nicht für die Mischung von Kraftstoff und Luft genutzt werden, weil nämlich die in der Kammer 2 erzeugte Wirbelbewegung bzw. kreisende Bewegung des Gases mit den schrägstehenden Abschnitten 6′ und 6′ zu beiden Seiten der auf die Kolbenmitte 8 zuführenden Abschnitten 6 kollidiert und dadurch aufgehoben wird. Außerdem strömt der Kraftstoff aus der Nähe des Abschnitts 6 nicht entlang des schrägstehenden Abschnitts 6′, weshalb die Strömung entlang des Abschnitts 6 in dem Hohlraum nicht wesentlich forciert wird. Dies hat zur Folge, daß sich der Kraftstoffilm nicht ausdehnt oder verbreitet und die Verbrennungsleitung aus diesem Grunde nicht verbessert werden kann.

Die japanischen Patentveröffentlichungen 51-29242, 51-29243 und 51-29244 beschreiben jeweils eine Ausbildung, bei welcher der Kraftstoffstrahl nicht gegen die Ecken der Verbrennungskammer gesprüht wird. Da der Krümmmungsradius (r) der Ecke klein ist (d. h. r/R liegt in einem Bereich von 0 bis 0,075, wobei R dem Radius von der Düsenöffnung bis zur Kollisionswand entspricht), kommt es in diesem Falle nach der Kollision zur Ansammlung von Kraftstoff, die eine geringe Verdampfungsgeschwindigkeit zur Folge hat, welche wiederum die Ursache für die Ansammlung von Kraftstoffablagerungen und die Verschlechterung der Leistung bildet.

Die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung 57-168729 und die japanische Patentveröffentlichung 49-16881 beschreiben jeweils eine Konstruktion, bei welcher die Kollisionsflächen gekrümmt oder derart ausgebildet sind, daß der Kraftstoffstrahl zurückgeschleudert wird. Wenn hier jedoch eine geringe Kraftstoffmenge versprüht wird, ist die Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Kraftstoffstrahls gering im Vergleich zu jener bei einer großen Menge versprühten Kraftstoffs, was zur Folge hat, daß der Kraftstoff kaum zurückgeschleudert wird. Deshalb kommt es zu einer Ansammlung von Kraftstoff an der Wand, deren eigentlicher Zweck das Zurückschleudern des Kraftstoffs ist, und folglich zu unverbranntem Gas und der Entwicklung von Abgasgeruch.

Die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung 57-107821 und die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung 57-139631 beschreiben Konstruktionen, bei welchen eine geringe Kraftstoffmenge bei schwacher Antriebsleistung in verdichteter Luft vollständig verbrannt werden kann. Der Nachteil hier liegt jedoch darin, daß der versprühte Kraftstoff nicht tatsächlich durch die Wirbelbewegung bzw. kreisende Bewegung verströmt wird, weil nämlich die Wirbel- oder Umfangsströmung entsprechend der Form des Hohlraums bzw. der Vertiefung während der Verdichtung gebremst wird. Bei der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 57-139631 liegt ein Nachteil darin, daß aufgrund des kleinen Krümmungsradius der Kraftstoffkollisionswand unverbrannter Kraftstoff bei einer geringen Einspritzmenge nicht versprüht wird, so daß das Gas nicht vollständig verbrennen kann. Da der Öffnungsbereich der Verbrennungskammer darüber hinaus im Verhältnis zum Oberflächenbereich des Kolbens groß bemessen ist, werden Spritz- und Wirbelkraft der Kraftstoffströmung in dem Hohlraum verringert.

Es ist ferner aus der DE-OS 27 53 341 eine luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und demzufolge ein Dieselmotor bekannt. Dieser Dieselmotor hat zumindest eine Verbrennungskammer in der Luft im Zylinder kreist und welche mittels eines Kolbens in ihrem Volumen veränderbar ist. In der Verbrennungskammer ist eine Einspritzdüse angeordnet, über die der Kraftstoff in mehreren Düsenstrahlen in Richtung auf eine aufrechte Wandung der Verbrennungskammer eingespritzt wird. Dieser Wandung der Verbrennungskammer sind über ihren Umfang mehrere im Abstand zueinander liegende Vertiefungen zugeordnet, die an ihren einen Enden verlaufen, d. h. etwa tangential in die Wandung einlaufen, während sie an ihrem anderen Ende über einen stufenförmigen Absatz an die Wandung der Brennraummulde anschließen.

Schließlich ist aus der DE-OS 24 07 783 ein Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Dieselmotor) mit Direkteinspritzung bekannt, bei dem die Verbrennungsluft mit einem Drall zur Zylinderachse in den Brennraum eingeführt wird und bei dem eine Mulde im Kolbenboden ausgebildet ist, der eine umlaufende Seitenwand und einen Muldenboden besitzt, bei dem eine Wandauftragung des eingespritzten Kraftstoffs auf die Seitenwand stattfindet und bei der in die Seitenwand gewölbte Ausnehmungen eingearbeitet sind, die zur Muldenmitte einen größeren Abstand besitzen als die dazwischenliegenden Vorsprünge. Ferner sind bei diesem Brennraum die Ausnehmungen bezüglich der Drallströmung in stromaufwertige Richtung stärker gekrümmt als in stromabwertiger Richtung. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt bei diesem vorbekannten Brennraum mit Hilfe einer Mehrfach-Einspritzdüse, deren Kraftstoffstrahlen jeweils auf die Ausnehmungen gerichtet sind.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hauptverbrennungskammer eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung derart auszubilden, daß der Abgasgeruch bei niedriger Geschwindigkeit und geringer Antriebsleistung gesenkt und die maximale Leistung, die Abgasfärbung sowie der Kraftstoffverbrauch bei hoher Geschwindigkeit und hoher Antriebsleistung verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es folgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Verbrennungskammer eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Verbrennungskammer von Fig. 1;

Fig. 2A eine schematische Draufsicht auf eine andere, herkömmlich ausgebildete Verbrennungskammer;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Relation zwischen dem Abgasgeruch, einem effektiven Verdichtungsverhältnis und einem Weg des Kraftstoffeinspritzstrahls;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Relation zwischen einem effektiven Verdichtungsverhältnis, einer maximalen Leistung und einem Weg des Kraftstoffeinspritzstrahls;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung;

Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9 jeweils eine schematische Draufsicht auf die Verbrennungskammer von Fig. 5;

Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Verbrennungskammer nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 11 eine schematische Schnittansicht eines vergrößert dargestellten Teils einer Verbrennungskammer nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 12 eine fragmentarische Draufsicht auf die Verbrennungskammer von Fig. 11;

Fig. 13 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Verbrennungskammer von Fig. 11, zur Darstellung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündflamme;

Fig. 14 eine fragmentarische Draufsicht auf eine Verbrennungskammer nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 15, Fig. 16 jeweils eine schematische Teilschnittansicht vorspringender Ränder der jeweils verschiedenen Ausführungsformen;

Fig. 17 eine graphische Darstellung der Funktionscharakteristik der Ausführungsform von Fig. 14;

Fig. 18 eine schematische Teildraufsicht auf eine Verbrennungskammer nach einer fünften bevorzugten Ausführungform;

Fig. 19 eine schematische Teilschnittansicht der Ausführungsform von Fig. 18;

Fig. 20 eine schematische Schnittansicht einer Verbrennungskammer nach einer sechsten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 21 eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform von Fig. 20;

Fig. 22 eine schematische, vergrößerte Ansicht von Fig. 21;

Fig. 23 eine schematische Draufsicht auf eine Verbrennungskammer nach einer siebten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 24 eine schematische Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 23.

In Fig. 5 weist ein Kolben 1 an dessen Oberseite eine Vertiefung auf, die die Hauptverbrennungskammer 2 bildet, welche durch eine Umfangswand 3 und eine Bodenwand 4 begrenzt ist. In den Fig. 6 und 7 weist die Umfangswand 3 eine Vielzahl von Abschnitten 6 und Abschnitten 7 (zum Beispiel je vier) auf, die abwechselnd in Umfangsrichtung des Kolbens 1 angeordnet sind. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 10, die eine den Abschnitten 6 entsprechende Anzahl (nämlich vier) von Düsenöffnungen aufweist, ist in der Nähe der Kammer 2 angeordnet. Die Mitte der Einspritzdüse 10 deckt sich mit der Mitte 8 der Kammer 2. Wie Fig. 6 zeigt, ist die Einspritzdüse 10 so ausgebildet, daß der Kraftstoff strahlenförmig nur gegen die jeweiligen Abschnitte 6 gesprüht wird, so daß der dort auftreffende Kraftstoff an den Abschnitten 7 entlang strömen und in Richtung des Pfeils S einen Wirbel bilden bzw. sich kreisend bewegen kann.

Die Entfernung L1 (Fig. 7) in radialer Richtung des Kolbens von der Mitte 8 der Kammer 2 zur Wand 6 liegt in einem Bereich, der 0,25 bis 0,40mal länger ist als der Innendurchmesser D eines Zylinders. Ist das Verhältnis von L1/D kleiner als 0,25, so werden der Durchmesser d der Kammer 2 und der Sprühweg des Kraftstoffs zu klein, um eine ausreichende Verbrennung des Kraftstoffes zu ermöglichen, bevor dieser die Wände 6 erreicht. Dadurch wird der reizende Geruch intensiver. Ist das Verhältnis von L1/D größer als 0,40, so wird die Dicke des Kolbens 1 von der inneren Umfangswand 3 der Kammer 2 zur äußeren Peripherie des Kolbens 1 zu gering und die Wärmebeanspruchung zu hoch, um den Kolben tatsächlich zu benutzen. Der Winkel in Umfangsrichtung des aus jeder Düsenöffnung an die Wand 6 gespritzten Kraftstoffs beträgt zwischen 18° und 25°, ist also so bemessen, daß der Kraftstoff nicht an die Abschnitte 7 gespritzt wird.

Jeder Abschnitt 7 ist in Richtung der Wirbelbewegung bzw. der kreisenden Bewegung in einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Abschnitt unterteilt, wobei sich zwischen den Abschnitten eine Abtrennung 13 bzw. Abgrenzung befindet. Die Abtrennungen 13 sind diejenigen unter all den Wandteilen, die der Mitte 8 der Kammer 2 am nächsten angeordnet sind. Das heißt die Abtrennungen 13 sind in Richtung auf die Mitte 8 zugeführt ausgebildet. Die Entfernung L2 von der Abtrennung 13 zur Mitte 8 liegt in einem Bereich, der 0,7 bis 0,9mal länger ist als die Entfernung L1 von der Wand 6 zur Mitte 8. Die Wandabschnitte 11 und 12 sind in bezug auf die Umfangsrichtung des Kolbens sich ausbauchend gekrümmt ausgebildet und weisen Krümmungsradien r2 bzw. r1 auf. Der Radius r2 des stromaufwärtigen Abschnitts 12 ist zweimal so lang wie oder größer als der Radius r1 des stromabwärtigen Abschnittes (r2≧2r1). Der stromaufwärtige Abschnitt 12 kann in Fig. 6 auch geradeverlaufend ausgebildet sein. Die Umfangslänge L3 des stromaufwärtigen Abschnitts 12 ist doppelt so groß wie oder größer als die Umfangslänge L4 des stromabwärtigen Abschnitts 11 (L3≧2L4). Dadurch erhält die Verbrennungskammer 2 in Draufsicht Ähnlichkeit mit einem triebstockverzahnten Rad.

In der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Bodenwand 4 der Kammer einen fast pyramidenartigen Vorsprung bzw. Ansatz 20 auf. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die vorspringende Ränder 21 der Ansätze 20 in gleicher Anzahl vorhanden wie die Düsenöffnungen und die Abschnitte 6. Der Ansatz bzw. Vorsprung 20 kann verhindern, daß der versprühte Kraftstoff vor der Kollision mit den Abschnitten 6 mit der Bodenwand 4 in Berührung gelangt, und dient außerdem zum Füllen des nutzlosen Raums zwischen dem versprühten Kraftstoff und der Bodenwand 4.

In der verzahnungsähnlich geformten Kammer 2 bildet der Wirbel bzw. die kreisende Bewegung in Richtung S von Fig. 6 einen Film aus dem kollidierenden Kraftstoff und verströmt diesen gleichmäßig. Außerdem weist die solchermaßen ausgebildete Kammer 2 einen im Verhältnis zu dem Oberflächenbereich des Kolbens 1 kleinen Öffnungsbereich auf, der eine Verringerung der Spritzkraft verhindert.

In der die Entfernungen L1 und L2 mit einem Verhältnis von L2/L1 zwischen 0,7 und 0,9 aufweisenden Kammer 2 entstehen spiralförmige Strömungen des Kraftstoffs, wie das anhand des Pfeils E in Fig. 9 dargestellt ist. Diese Strömungen fördern die Mischung des versprühten Kraftstoffs mit Luft und leiten den Kraftstoff über die Oberfläche des Kolbens 1, so daß die dort vorhandene Luft effektiv genutzt wird.

Bei einem Verhältnis von L2/L1, das kleiner ist als 0,7, kommt es zu einer großen Neigung bzw. Abweichung der stromaufwärtigen Abschnitte 12 in bezug auf die Abschnitte 6, die die Bildung des Kraftstoffilms verhindert. Bei einem Verhältnis von L2/L1, das größer ist als 0,9, kommt es zu keiner effektiven Neigung der Abschnitte 11 und 12 in bezug auf den Abschnitt 6, so daß die Leistung ähnlich wie l2 in Fig. 4 abfällt.

Obwohl die Mitten der Krümmung (r1) in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 jeweils von der Mitte 8 abliegen bzw. entfernt sind, können sich diese mit der Mitte 8 treffen, wie das in Fig. 10 gezeigt ist.

Gemäß vorliegender Erfindung kann im Bereich niedriger Geschwindigkeit und geringer Antriebsleistung eine geringe Kraftstoffmenge mit der verdichteten Luft ausreichend verbrannt werden. Außerdem kann das effektive Verdichtungsverhältnis einem geeigneten Wert entsprechen. Es wird verhindert, daß der versprühte Kraftstoff mit dem Boden der Kammer in Berührung gelangt. Bei hoher Geschwindigkeit und hoher Antriebsleistung kollidiert der Kraftstoff mit den Abschnitten und wird unter Bildung der wirksamen Spiralströmungen in Form eines durch die Wirbelbewegung bzw. kreisende Bewegung gebildeten Films gleichmäßig verströmt bzw. verteilt.

Diese Ausbildung ist außerdem so getroffen, daß nicht verbrannter Kraftstoff über die Oberseite des Kolbens geleitet und die dort vorhandene Luft effektiv genutzt wird.

Folglich wird die maximale Leistung bei hoher Geschwindigkeit und hoher Antriebsleistung gesteigert, und die Färbung des Abgases und der Kraftstoffverbrauch werden verbessert.

Die erfindungsgemäße Verbrennungskammer ist für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung besonders geeignet.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind Teile, die mit jenen der Fig. 5 bis 10 identisch sind, mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und werden nicht mehr ins Einzelne gehend erläutert.

In Fig. 11 ist ein oberer Abschnitt 25 mit einer Höhe h2 jedes Abschnitts 7 von der Mitte 8 der Kammer 2 weg- bzw. abgebogen, und zwar in einem Winkel von dθ2, der in einem Bereich von etwa 5° bis 15° liegt. Der andere Abschnitt 26 weist nur eine schwache Neigung auf, und zwar in einem Winkel dθ1, der in einem Bereich von 2° bis 5° liegt, so daß das Gesenk beim Gießen des Kolbens entfernt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform wird im Bereich niedriger Geschwindigkeit und geringer Antriebsleistung eine von der Düse 10 eingespritzte geringe Kraftstoffmenge vor Erreichen der Abschnitte 6 vollständig verbrannt, das heißt der versprühte Kraftstoff gelangt nicht in Berührung mit den Wänden 6, so daß weder weiß-blauer Rauch noch Abgasgeruch gebildet werden.

Bei hoher Geschwindigkeit und hoher Antriebsleistung ist die Kraftstoffeinspritzmenge fünf- bis achtmal größer als die oben genannte Menge, und der Kraftstoffstrahl F kollidiert mit den Abschnitten 6, wie das in Fig. 12 gezeigt ist. Ferner fördert die Wirbelbewegung bzw. kreisende Bewegung bei hoher Geschwindigkeit (50 m/s bis 100 m/s) die Strömung des in dem Raum befindlichen sowie an den Abschnitten 6 anliegenden Kraftstoffs, so daß der Kraftstoff rasch verdampft. Die Flamme strömt an dem Abschnitt 7 entlang hinaus aus der Kammer 2, wie das die gestrichelten Linien in den Fig. 12 und 13 zeigen, wenn sich der Kolben 1 nach unten bewegt.

Bei dieser Ausführungsform, die den schräg angeordneten Wandabschnitt 25 aufweist, ist eine gleichmäßige Strömung von Kraftstoff und Flamme entlang der schräg angeordneten Wandabschnitte hinauf zur Oberseite des Kolbens 1 möglich, so daß die über dem Kolben 1 vorhandene Luft effektiv genutzt und die Motorleistung dadurch verbessert werden kann.

Dabei wird der versprühte bzw. zerstäubte Kraftstoff F, der mit den Abschnitten 6 kollidiert, aufgeteilt in Kraftstoff, der in der Kammer 2 wirbelt bzw. sich kreisend bewegt, und in Kraftstoff, der entlang der schräg angeordneten Wandabschnitte 25 zur Oberseite des Kolbens 1 strömt.

In Fig. 14 weist jeder Abschnitt 6 an der Oberkante einen damit einstückig ausgebildeten vorspringenden Rand 30 auf, dessen radiale Breite b einem Wert von 1% bis 3% des Innendurchmessers D des Zylinders entspricht. Diese vorspringenden Ränder 30 dienen zur wirksamen Verhinderung einer sofortigen und raschen Ausströmung des Kraftstoffs hin zur Oberseite des Kolbens 1.

Der mit den Abschnitten 6 kollidierende Kraftstoff strömt entsprechend der Wirbelbewegung bzw. kreisenden Bewegung S über betreffende Sektionen c, welche die vorspringenden Ränder 30 enthalten, zu Sektionen d, die keine solchen Ränder enthalten. Anschließend strömt ein Teil des unverbrannten Kraftstoffs ohne Schwierigkeiten von Sektionen d zu dem Raum über dem Kolben 1, so daß die über dem Kolben 1 vorhandene Luft für die wirksame Verbrennung genutzt und somit eine hohe Leistung erreicht werden kann.

In der dargestellten Ausführungsform weist jede den vorspringenden Rand 30 enthaltende Sektion c annähernd dieselbe Umfangslänge auf wie die Sektion d ohne den vorspringenden Rand 30. Die Profilform des vorspringenden Randes 30 kann quadratisch oder rund sein, wie das in Fig. 15 bzw. Fig. 16 gezeigt ist.

Durch die vorspringenden Ränder 30 läßt sich die Färbung des Abgases verbessern und der Maximaldruck in dem Zylinder erhöhen, wie in das Fig. 17 an der Charakteristik der Ausbildungen mit bzw. ohne vorspringende Ränder im Zusammenhang mit der Abgasfärbung, dem maximalen Druck (Pmax) in dem Zylinder und der Einspritzzeitsteuerung abzulesen ist.

Wenn bei den Ausbildungen, welche die vorspringenden Ränder 30 aufweisen, im niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich eine geringe Kraftstoffmenge zerstäubt wird, so kann diese ohne Berührung der Ränder 30 ausreichend verbrennen, mit dem Ergebnis einer Verbesserung der Abgasfärbung und des Abgasgeruches ähnlich wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform. Im Bereich einer hohen Antriebsleistung erfolgt die Strömung des eingespritzten Kraftstoffs, der mit den Abschnitten 6 kollidiert, mit der Wirbelbewegung in Umfangsrichtung. Dabei verhindern die vorspringenden Ränder 30, daß der Kraftstoff gleich zu Beginn aus der Kammer 2 ausströmt. Dadurch wird der Kraftstoff stark genug verspritzt bzw. aufgespritzt und kann ausreichend verbrennen. Außerdem läßt sich die Abgasfärbung selbst dann verbessern, wenn die Einspritzzeitsteuerung zwecks Steuerung des maximalen Drucks (Pmax) in dem Zylinder verzögert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist, sind die Abschnitte 6, mit welchen der Kraftstoff kollidiert, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 an den oberen Enden mit vorspringenden Rändern 30 versehen, und die Abschnitte 7 weisen abgeschrägte Bereiche 35 in einem Winkel dθ2 auf, die sich von der Mitte der Kammer 2 wegneigen und damit das Ausströmen des Kraftstoffs zu dem oberen Raum des Kolbens 1 erleichtern.

Im Bereich einer hohen Antriebsleistung verhindern die vorspringenden Ränder 30, daß der Kraftstoff aus der Nähe der Abschnitte 6 direkt zu dem oberen Raum des Kolbens 1 ausströmt, und fördern somit die Strömung des Kraftstoffs mit dem Wirbel bzw. der Wirbelbewegung S in der Kammer 2, wodurch wiederum die Verdampfung des Kraftstoffs in der Kammer 2 gefördert wird. Kraftstoff, der in der Kammer 2 verdampft und unvollständig verbrannt wird, strömt entlang der geneigten Bereiche 35 zu dem oberen Raum des Kolbens 1 und wird dort vollständig verbrannt.

Folglich kann der Kraftstoff bei dieser Ausbildung auch bei einer verzögerten Einspritzzeitsteuerung zum Zwecke der Verringerung des maximalen Drucks in der Kammer vollständig und sauber verbrannt werden, wodurch sich die Abgasfärbung verbessern und eine hohe Motorleistung erreichen läßt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 20 und 21 gezeigt ist, ist eine Glüheinrichtung 40 an einer in bezug auf die Richtung des Wirbels S an den stromaufwärtigen Abschnitt angrenzenden Stelle eines Abschnitts 6 angeordnet, mit welcher der Kraftstoff kollidiert.

Wie Fig. 20 zeigt, ist die Glüheinrichtung 40 in bezug auf die Oberfläche des Kolbens 1 in einem Winkel schräg und in Umfangsrichtung hinsichtlich der Mitte des Kraftstoffstrahls F versetzt bzw. verschoben angeordnet.

Gemäß dieser Ausbildung wird eine Strömung A (Fig. 22) entlang der Abschnitte 7 an der in bezug auf die Richtung des Wirbels S stromabwärtigen Stelle der Glühlampe 40 in eine Wirbelströmung umgewandelt, wie durch den Pfeil X dargestellt, wodurch die Mischung von Kraftstoff und Luft gefördert wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Starteigenschaften des Motors, der Antriebsleistung bei hoher Last, der Abgasfärbung und des Kraftstoffverbrauchs.

Da bei der Kammer 2 gemäß vorliegender Erfindung die Entfernung L1 von der Kammermitte 8 zum Abschnitt 6 größer ist als bei herkömmlichen Ausbildungen, kann der Glühstab 40 von der Düse 10 beabstandet sein, so daß dessen Anordnung an der oben beschriebenen Stelle problemlos erfolgen kann. Da der Abstand zwischen der Düse 10 und der Glüheinrichtung 40 außerdem groß bemessen ist, wird eine Verbesserung der Zündfähigkeit und folglich auch der Starteigenschaft sowie der Verbrennungsleistung im Bereich niedriger Antriebsleistung erreicht.

In der in Fig. 23 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Mitte 8 der Kammer 2 gegenüber der Mitte 44 des Kolbens 1 versetzt bzw. verschoben angeordnet, und der Kolben 1 ist an seiner Oberfläche mit einem Bereich 45 versehen dessen radiale Breite bzw. Erstreckung kleiner bemessen ist als die der anderen Bereiche. Die Kraftstoffeinspritzdüse 10 ist in bezug auf die Mitte 8 der Kammer 2 knapp zu dem eng ausgebildeten Bereich 45 hin versetzt bzw. verschoben angeordnet.

In diesem Kolben 1 sind mit den vorspringenden Rändern 30 in Fig. 14 vergleichbare vorspringende Ränder 47 an beispielsweise zwei Abschnitten 6a ausgebildet, die dem eng ausgebildeten Bereich 45 benachbart sind. Der Radius R der inneren Peripherie jedes vorspringenden Randes 47 kann im wesentlichen jenem L2 der Trennwand 13 entsprechen oder kürzer als dieser sein.

Bei dieser Ausbildung wird zusätzlich zu den Wirkungen der Ausführungsform gemäß Fig. 14 noch folgende Wirkung erreicht. Würde man die vorspringenden Ränder 47 weglassen, so würde ein großer Teil des aus der Kammer 2 ausströmenden Kraftstoffs über den eng ausgebildeten Bereich 45 strömen und sich an einem an den Bereich 45 angrenzenden Bereich 48 (Fig. 24) einer Zylinderlaufbüchse anlagern, ohne daß eine vollständige Verbrennung stattfände. Die Folge wäre eine Verdünnung des Schmiermittels und eine Ansammlung von Kohlenstoff an dem Bereich 48 der Zylinderlaufbüchse, so daß diese ebenso wie ein Kolbenring 49 stark verschleißen würden. Da jedoch die vorspringenden Ränder 47 bei dieser Ausführungsform das Ausströmen unverbrannten Kraftstoffs zu dem Bereich 48 der Zylinderlaufbüchse wirksam verhindern, wird auch eine Verdünnung des Schmiermittels und eine Ansammlung von Kohlenstoff verhindert. Auf diese Weise wird eine höhere Lebensdauer der Zylinderlaufbüchse und des Kolbenrings erreicht.

In dem den Rändern 47 abgewandten Randbereich verteilt sich der Kraftstoff wie beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben und tritt auch in den Raum oberhalb der Kammer 2 über.

Claims (10)

1. Hauptverbrennungskammer (2) eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung, die eine Umfangswand (3) und eine Bodenwand (4) aufweist und durch eine Vertiefung im oberen Bereich eines Kolbens mit einem Durchmesser (D) gebildet wird, wobei die Umfangswand (3) eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Abschnitten (6, 7) unterschiedlicher Krümmung aufweist, wobei weiter eine Kraftstoffeinspritzdüse (10) mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen in oder in der Nähe der Hauptverbrennungskammer (2) angeordnet und so ausgebildet ist, daß der Kraftstoff in mehreren sternförmig zueinander angeordneten Kraftstoffstrahlen abgespritzt wird und unter Bildung einer Wirbelbewegung an der Umfangswand (3) entlang strömt, wobei die Umfangswand (3) eine der Anzahl der Düsenöffnungen entsprechende Anzahl von ersten Abschnitten (6) aufweist, die kreissektorförmig in einem ersten Abstand (L1) in radialer Richtung von der Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) gegenüber den Düsenöffnungen angeordnet sind, wobei die Umfangslänge der ersten Abschnitte (6) so bemessen ist, daß der aus den Düsenöffnungen austretende Kraftstoff nur mit den ersten Abschnitten (6) kollidiert, und wobei zwischen den ersten Abschnitten (6) in Umfangsrichtung zweite Abschnitte (7) angeordnet, sind, die aus einem stromaufwärtigen (12) und einen stromabwärtigen Abschnitt (11) bestehen, die durch ein Trennelement (13) in Form einer radial nach innen vorspringenden Kante unterteilt sind, wobei das Trennelement (13) einen zweiten Abstand (L₂) von der Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) aufweist, der kleiner ist als der erste Abstand (L₁) und bei denen der stromaufwärtige Abschnitt (12) einen größeren Krümmungsradius (r₂) und eine längere Umfangslänge (L₃) aufweist, als ein Radius (r₁) und eine Umfangslänge (L₄) des stromabwärtigen Abschnittes (11).

2. Hauptverbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (L₁/D) zwischen dem ersten Abstand (L₁) und dem Durchmesser (D) des Kolbens zwischen 0,25 und 0,4 liegt.

3. Hauptverbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (L₂/L₁) zwischen dem zweiten Abstand (L₂) und dem ersten Abstand (L₁) zwischen 0,7 und 0,9 liegt.

4. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r₂) eines stromaufwärtigen Abschnitts (12) mindestens doppelt so groß ist, wie der Krümmungsradius (r₁) eines stromabwärtigen Abschnitts (11).

5. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangslänge (L₃) eines stromaufwärtigen Abschnitts (12) mindestens doppelt so groß ist, wie die Umfangslänge (L₄) eines stromabwärtigen Abschnitts (11).

6. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwand (4) der Hauptverbrennungskammer (2) eines pyramidenartigen Vorsprung aufweist, dessen Seitenzahl der Anzahl der Düsenöffnungen entpsricht und dessen Seiten jeweils einem ersten Abschnitt (6) gegenüberliegend angeordnet sind.

7. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Richtung auf die Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) vorspringender Rand (30) an dem oberen Ende der ersten Abschnitte (6) ausgebildet ist.

8. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) von der Mitte des Kolbens (1) versetzt bzw. verschoben ist, daß die Oberfläche des Kolbens (1) einen Bereich (45) aufweist, dessen radiale Ausdehnung kleiner bemessen ist als jede der anderen Oberflächenbereiche, und daß ein in Richtung auf die Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) vorspringender Rand (47) nur an dem oberen Rand der ersten Abschnitte (6a) ausgebildet ist, die an den Bereich (45) der Oberfläche angrenzen, dessen radiale Ausdehnung kleiner bemessen ist.

9. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Abschnitte (7) schräg bzw. geneigt angeordnete Bereiche (25) aufweisen, die sich zur Oberseite des Kolbens (1) erstrecken und mit einem Neigungswinkel von 5° bis 15° von der Mitte (8) der Hauptverbrennungskammer (2) abgewandt sind.

10. Hauptverbrennungskammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der stromaufwärtigen Seite einer der ersten Abschnitte (6) in der Kammer (2) eine Glüheinrichtung (40) angeordnet ist.