DE3590066C2

DE3590066C2 -

Info

Publication number: DE3590066C2
Application number: DE3590066A
Authority: DE
Inventors: Moriyasu Takeshi; Isomoto Jun; Nakagami Tatsuro; Takahashi Hiroo; Maeda Kyoto Jp Takuo
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-14
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2005-02-15
Also published as: DE3590066T; GB2173254B; EP0172253A1; EP0172253B1; KR850007627A; GB8524576D0; GB2173254A; EP0172253A4; KR900007815B1; US4721080A; WO1985003738A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung gemäß dem Oberbe griff des Hauptanspruches. Eine solche Vorrichtung ist bekannt (AT-PS 3 78 992; DE-OS 28 15 717). Diese bekannten Brennkammern haben sich bei größeren Diesel motoren bewährt. Eine bessere Gemischbildung konnte jedoch für kleine, kompakte Dieselmotoren mit dieser bekannten Vorrichtung nicht erzielt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkammer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches so auszugestalten, daß für kleine, kompakte Dieselmotoren mit Direkteinspritzung eine bessere Gemischbildung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brenn kammer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Es ist zwar eine Brennkraftmaschine mit einer Brenn raummulde bekannt (JP-GM 57/1 96 219); hierbei wird der Kraftstoffstrahl auf einen kegelförmigen Steg gerichtet, nicht wie bei der Erfindung auf eine schmale Ringfläche.

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, 2 und 3 jeweils einen Längsschnitt durch verschieden geformte Brennraummulden herkömmlicher Art;

Fig. 4 und 5 jeweils einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennraummulde in einer ersten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Brennraummulde gemäß Fig. 4;

Fig. 7, 8a, 8b und 8c jeweils eine erläuterte Darstellung der Kraftstoff- und Luftströmung bei einer Brennraummulde gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9, 10, 11, 12, 13 und 14 jeweils ein Diagramm zur Darstellung von Versuchsergebnissen, die mit einer erfin dungsgemäßen Brennraummulde gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ermittelt wurden;

Fig. 15 eine erläuternde Darstellung der Ausbilder erfindungsgemäßen Brennraummulde in der ersten bevorzugten Ausführungs form;

Fig. 16 und 17 jeweils einen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 18 eine erläuternde Darstellung der Einspritzung des Kraftstoffs bei einer erfindungs gemäßen Brennraummulde nach der zweiten bevorzugte Ausführungsform;

Fig. 19, 20a, 20b und 20c jeweils eine erläuternde Darstellung der Kraftstoff- und Luftströmung bei einer Brennraummulde gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 einen Längsschnitt durch die Brennraummulde gemäß der zweiten bevorzugten Aus führungsform der Erfindung in abgewandelter Form;

Fig. 22 einen Längsschnitt durch eine erfindungs gemäße Brennraummulde gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 23, 24a, 24b, 24c und 25 jeweils eine erläuterte Darstellung der Kraftstoff- und Luftströmung bei der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 26 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkungsweise der dritten bevorzugten Aus führungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Brennraummulde des Kolbens gezeigt, deren Seitenwand 4 a in Richtung auf den Innenraum schräg auseinandergeht.

Während einer Verbrennung, die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens stattfindet, gelangt der Explosionsbereich aus dem Inneren der Brennraummulde 4 bis in die Nähe der Außenwand des Zylinders, mit großer Wahr scheinlichkeit in Berührung mit einer (im nachfolgenden als Kühlzone bezeichneten), in der Nähe der Zylinder außenwand vorhandenen und eine niedrigere Temperatur aufweisenden Lichtschicht Q und auch mit einer ebenfalls eine niedrige Temperatur aufweisenden Zylinderwand und wird dadurch ge kühlt, so daß eine vollständige Verbrennung des Kraft stoffs nicht stattfinden kann und Ruß der in den Flammen vorhanden ist, unverbrannt bleibt. Die Folge ist einerseits eine erhöhte Konzentration der Schadstoffe im Abgas, und andererseits eine verringerte Ausgangsleistung des Motors. Um diese Probleme zu beseitigen, hat man die Seitenwand 4 a der Verbrennungs kammer 4 schräg verlaufend ausgebildet, wie das in Fig. 1 gezeigt ist, wodurch verhindert werden soll, daß die Flammen in die Kühlzone Q gelangen.

Bei einer vorstehend beschriebenen Brennraummulde kommt es aber durch eben diese schräg verlaufende Seitenwand 4 a der Brennraummulde 4 rasch zu einer Konzentration des durch die Ein spritzdüse 6 eingespritzten Kraftstoffstrahls in einem unteren Bereich der Brennraummulde, wodurch der Wirkungsgrad teilweise herabgesetzt wird, was bedeutet, daß die Konzentration der Schadstoffe nicht mit zufriedenstellender Wirkung herabgesetzt werden kann.

Zur Beseitigung des Problems ungenügender Luft hat man die in Fig. 3 gezeigte, sogenannte "offene" Brenn raummulde 8 vorgeschlagen, deren Muldenöffnung 10 nicht verjüngt ausgebildet ist, mit der Absicht, den Kraftstoff aus der Einspritzdüse 6 nicht nur in den Innenraum der Brennraummulde, sondern auch zu dem übrigen Bereich außerhalb der Brennraummulde 8 strömen zu lassen und damit die dort vorhandene Luft besser zur Verbrennung zu nutzen. Jedoch trifft das brennende Gasgemisch aus der Brennraummulde 8 bei dieser sogenannten "offenen" Brennraummulde im niedrigen Lastzustand des Motors auf die Kohlzone Q und wird dort gekühlt. Dadurch wird in verstärktem Maße Qualm erzeugt. Die Ausbildung einer Brennraummulde für einen kleinen, kompakten Dieselmotor mit Direkt einspritzung hat sich insbesondere im Hinblick auf gute, uneingeschränkte Tauglichkeit vom hohen bis zum niedrigen Lastbereich des Motors bisher als ein schwierig zu lösendes Problem gezeigt.

Die konstruktive Ausbildung sowie die Funktions- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Brennraummulde in der ersten bevorzugten Ausführungsform wird nach stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 15 erläutert.

Der im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform beschriebene Dieselmotor mit Direkteinspritzung ist klein und kompakt gebaut und für einen Hubraum von 300 bis 800 cm³ pro Zylinder ausgelegt. Der über die Kraft stoffeinspritzdüse eingespritzte Kraftstoff verdampft und verbrennt nicht vor Auftreten das Kraftstoff strahls an der Seitenwand der Brennraummulde.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Zylinderblock 20 und einen Zylinderkopf 22, der über eine Dichtung 24 über dem Zylinderblock 20 gelagert ist. In dem Zylinderkopf 22 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 26, nachfolgend kurz Einspritzdüse genannt, angeordnet.

Ein Zylinder 28 wird durch den Zylinderblock 20 und den Zylinderkopf 22 gebildet. In den Zylinder 28 ist ein Kolben 30 eingesetzt, und in dem oberen Bereich 30 a (Oberfläche) des Kolbens 30 ist eine als Vertiefung ausgebildete Brennraummulde 32, die eine Öffnung aufweist, vorgesehen. Eine Seitenwand 32 a der Brennraummulde 32 ist als geometrischer Drehkörper ausgebildet und um einen zentrale Achse l₀ zentriert.

Wie Fig. 5 zeigt, weist die Seitenwand 32 a eine Führungswand 34 auf, deren Innendurchmesser ab einer Muldenöffnung 33 nach unten größer wird, ein oberer Wandabschnitt 36, der unterhalb des zweiten Wandabschnitts 34 über eine erste Verbindung 50 angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß sich deren Innendurchmesser nach unten verkleinert, und eine Ringfläche 38, die unterhalb des oberen Wandabschnitts 36 über eine zweite Ver bindung 52 angeschlossen und etwa parallel zur zentralen Achse l₀ ausgebildet ist. Eine obere Muldenhälfte 44 wird durch den zweiten Wandabschnitt 34, den oberen Wandabschnitt 36 und die Ringfläche 38 gebildet.

Der zweite Wandabschnitt 34 und der obere Wandabschnitt 36 weisen die Form eines Kegelstumpfs auf, während die Ringfläche 38 die Form einer Säule aufweist.

Unterhalb der Ringfläche 38 erstreckt sich ein unterer Wandabschnitt 48 a über einen Steg 42 nach oben zu dem Boden 32 b der Brennraummulde 32, wie an späterer Stelle noch näher erläutert wird. Die obere Hälfte des unteren Wandabschnitts 48 a ist bogenförmig ausgebildet, wobei der Radius R₀ um den Punkt O zentriert ist (Fig. 5). Eine untere Muldenhälfte 48 ist durch den umliegenden unteren Wandabschnitt 48 a gebildet und unterhalb der oberen Muldenhälfte 44 angeordnet. Eine Verbindung bzw. ein Übergang zwischen einem unteren Ende der geradlinig verlaufenden Ringfläche 38 und einem oberen Ende an dem Bogen der untere Wand abschnitt 48 a ist als gebogener Steg 42 ausge bildet. Der zweite Wandabschnitt 34 und der obere Wandabschnitt 36 sind so gebildet, daß der Winkel α des zweiten Wandabschnitts 34 relativ zur zentralen Achse l₀ und der Winkel β des oberen Wandabschnitts 36 relativ zur zentralen Achse l₀ jeweils 30° beträgt.

Der Öffnungsrandbereich 33 der oberen Muldenfläche 44 weist die Form eines Bogens mit einem Radius R₁ von 0,5 mm auf, und die erste Verbindung 50 weist die Form eines Bogens mit einem Radius R₂ von 0,5 mm auf.

Der Radius R₀ in einem oberen Bereich des unteren Wand abschnitts 48 a der unteren Muldenhälfte 48 ist derart bemessen, daß die Mitte O näher zur zentralen Achse l₀ liegt als eine gerade Linie l₁, die sich parallel zur zentralen Achse l₀ und durch den Kantenbe reich 42 hindurch erstreckt. Der Radius R beträgt 4,5 mm.

Der Durchmesser B des Kolbens 30, der Durchmesser D₁ der Muldenöffnung 33 im oberen Abschnitt der oberen Muldenhälfte 44, der Durchmesser (maximaler Durchmesser der ersten Verbrennungskammer 44) D₂ der ersten Verbindung 50 zwischen des zweiten Wandabschnitts 34 und des oberen Wand abschnitts 36, der Durchmesser D₃ des Stegs 42, der Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48 und die Höhe H der Brennraummulde 32 sind wie folgt bemessen:
Verhältnis zwischen maximalen Durch messer D₂ der oberen Muldenhälfte 44 und maximalen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48: D₂/D₄=0,96
Verhältnis zwischen dem Innendurch messer D₃ des Stegs 42 und dem maximalen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48: D₃/D₄=0,92
Verhältnis zwischen dem oberen Öff nungsdurchmesser D₁ der oberen Muldenhälfte 44 und dem maximalen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48: D₁/D₄=0,86
Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser D₄ der zweiten unteren Muldenhälfte 48 und dem Kolbendurch messer B: D₄/B=0,54
Verhältnis zwischen der Höhe H der Brennraummulde 32 und dem maxi malen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48: H/D₄=0,35
Folglich besteht eine Relation von D₁≦D₃≦D₂≦D₄.

Wie in den Fig. 4 und 6 weiterhin gezeigt ist, beträgt die Entfernung r zwischen der zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 32 und der Mitte des vorderen Endabschnitts der Einspritzdüse 26 gleich 1,0 mm, und die vorspringende Länge δ der Düse 26 ab der Unterseite des Zylinderkopfs 22 beträgt 2,5 mm.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Brennraummulde nach der ersten bevorzugten Ausführungs form bewegt sich der Kolben in dem Zylinder 28 während des Kompressionshubes des Motors nach oben und erreicht seine obere Totlage.

Die Luftströmung in der Nähe der oberen Totlage wird im folgenden erläutert. Wie Fig. 7 zeigt, tritt ein starker Spritzstrahl K von dem Umfang bzw. aus der Umfangsrichtung der Brennraummulde 32 in Richtung auf deren Innenraum auf. Da der Spritzstrahl K zu einer Konzentration in Richtung auf die Mitte der Brennraummulde 32 tendiert, entsteht in der Mitte ein hoher Druckbereich G. Der Spritzstrahl K, der sich nach Auftreten auf den hohen Druckbereich G nach unten bewegt, wird durch den oberen Wandabschnitt 36 und den zweiten Wandabschnitt 34 geführt bzw. gelenkt und erzeugt eine kreisende Vertikalströmung K₁ in der oberen Muldenhälfte 44. Gleichzeitig steigt der Druck in dem hohen Druckbereich G höher an als der Druck in dem unliegenden Bereich der Brennraum mulde und bildet einen quasi-hohen Druckbereich G′. Folglich bewegt sich die Strömung des Spritz strahls K zur unteren Muldenhälfte 48 zwischen der kreisenden Vertikalströmung K₁ und dem hohen Druck bereich G nach unten und wird durch den quasi-hohen Druckbereich G′ nach außen zu dem Umfangswandbereich der Brennraummulde 32 gedängt, um dort schließ lich die in Fig. 7 gezeigte kreisende Vertikalströmung K₂ zu bilden. Auf diese Weise werden die kreisenden Vertikalströmungen K₁ und K₂ durch den Spritz strahl K gebildet.

Darüber hinaus werden in der Brennraummulde 32 zu sätzlich zu dem Spritzstrahl K und den kreisenden Ver tikalströmungen K₁ und K₂ Wirbel S₁ und S₂ erzeugt, und diese Luftströmungen werden vermischt, derart, daß sich die Brennraummulde 32 mit verdichteter Luft füllt.

Wenn bei den wie vorstehend beschriebenen in der Brennraummulde 32 vorherrschenden Luftverhältnissen Kraftstoff über die Einspritzdüse 26 in die Brennraummulde 32 eingespritzt wird, wobei sich der Kolben 30 in der Nähe der oberen Totlage befindet, trifft ein Hauptstrom A₁ des eingspritzten Kraftstoffs gegen den von dem Steg 42 bis zur Ringfläche 38 reichenden Bereich. Danach bewegt sich der Hauptstrom des eingespritzten Kraft stoffs an der Ringfläche 38 entlang nach unten, weicht an dem Steg 42 von dem unteren Wandabschnitt 48 a der unteren Muldenhälfte 48 ab, strömt als Kraftstoffstrom B₁ - wie in Fig. 8(a) gezeigt - an der kreisenden Vertikalströmung K₂ entlang und vermischt sich schließlich mit der verdichteten Luft in der unteren Muldenhälfte 48.

Zwischen dem Kraftstoffstrom B₁ und dem unteren Wand abschnitt 48 a der unteren Muldenhälfte 48 wird eine Luftschicht E₁ gebildet, die verhindert, daß der Kraftstoffstrom B₁ durch den unteren Wandabschnitt 48 a gekühlt wird, und die dafür sorgt, daß der Kraftstoff strom B₁ von einer ausreichenden Menge an Luft umgeben ist, mit der Luft vermischt wird und schließlich ver brennt.

Ein Teil des durch die Ringfläche 38 zurück geschleuderten Kraftstoffs steigt an dem oberen Wandabschnitt 36 und an der Ringfläche 38 nach oben - wie in Fig. 8(a) gezeigt - und erzeugt einen Kraftstoffstrom C₁, der durch die Luftströmung der kreisenden Vertikalströmung K₁ in der oberen Muldenhälfte 44 ebenfalls voll mit Luft vermischt wird, so daß der Kraftstoff in dem Kraftstoffstrom C₁ verbrennt.

In einer gegenüber der oberen Totlage leicht gesenkten Lage des Kolbens 30, wie in Fig. 8(b) gezeigt, trifft ein Hauptstrom A₂ des über die Einspritzdüse 26 einge spritzen Kraftstoffs hauptsächlich über den Bereich, der sich von der Ringfläche 38 zur zweiten Verbindung 52 (gebogener Bereich zwischen der Ringfläche 38 und des oberen Wandabschnitts 36) erstreckt. Der durch die Ringfläche 38 zurückgeschleuderte Hauptstrom des Kraft stoffs strömt über den hohen Druckbereich G in Richtung B₂ in der Figur in Richtung auf die Mitte der unteren Muldenhälfte 48.

Damit befindet sich der Kraftstoffstrom B₂ weiter oben als der im Zusammenhang mit Fig. 8(a) erläuterte Kraftstoffstrom B₁, wodurch zwischen den beiden Kraft stoffströmen B₁ und B₂ eine Luftschicht E₂ gebildet wird.

In der unteren Muldenhälfte 48 entstehen somit von dem Boden 32 b der Brennraummulde 32 bis in Richtung auf den Öffnungsrandbereich 33 der Reihe nach die Luftschicht E₁, der Kraftstoffstrom B₁, die Luft schicht E₂ und der Kraftstoffstrom B₂, und es erfolgt eine gründliche Vermischung von Luft und Kraftstoff zusammen mit dem Wirbel S₂ und der kreisenden Vertikal strömung K₂, wodurch der Kraftstoff schließlich verbrennt.

Zum anderen bewegt sich der durch den oberen Wandabschnitt 36 zurückgeschleuderte Hauptstrom A₂ des Kraft stoffs als Kraftstoffstrom C₂ in der Figur über den hohen Druckbereich G in Richtung auf die Mitte der oberen Muldenhälfte 44, wird mit Luft vermischt und verbrennt.

Es findet also sowohl in der oberen Muldenhälfte als auch in der unteren Muldenhälfte 48 eine gründliche Vermischung zwischen Kraftstoff und Luft statt. Kraftstoff oder Flammen, die sich aus der Brenn raummulde 32 heraus in Richtung auf den Raum zwischen dem oberen Bereich 30 a der Kolbens 30 und dem Zylinderkopf 22 bewegen, werden durch den zweiten Wandabschnitt 34 nach oben in Richtung auf den Bereich oberhalb der Brennraummulde 32 gelenkt.

Während sich der Kolben 30 weiter nach unten bewegt, wie in Fig. 8(c) gezeigt, trifft ein Hauptstrom A₃ des über die Einspritzdüse 26 eingespritzten Kraft stoffs hauptsächlich gegen den Bereich, der sich von dem oberen Wandabschnitt 36 zur ersten Verbindung 50 zwischem dem Wandabschnitt 36 und dem zweiten Wandab schnitt 34 erstreckt, woraufhin der durch den oberen Wandabschnitt 36 zugeschleuderte Hauptstrom des Kraftstoffs über den quasi-hohen Druckbereich D′ in Richtung auf einen oberen mittleren Bereich der unteren Muldenhälfte 48 strömt, wie das bei Position B₃ in der Figur dargestellt ist. Dieser Kraftstoff strom B₃ bewegt sich weiter nach oben als der im Zusammenhang mit Fig. 8(b) erläuterte Kraftstoffstrom B₂ und bewirkt somit, daß zwischen sich ihm und dem Kraftstoffstrom B₂ eine Luftschicht E₃ entsteht. Somit werden in der unteren Muldenhälfte 48 beginnend am Boden 32 b der Brennraummulde 32 bis in Richtung auf die Muldenöffnung 33 der Reihe nach die Luftschicht E₁, der Kraftstoffstrom B₁, die Luft schicht E₂, der Kraftstoffstrom B₂, die Luftschicht E₃ und der Kraftstoffstrom B₃ gebildet, und es erfolgt eine extrem gute Vermischung zwischen Luft und Kraft stoff zusammen mit den Luftströmungen der kreisenden Vertikalströmung K₂ und dem Wirbel S₂, wodurch die Konzentration des bei der Verbrennung entstehenden und nach draußen abgeleiteten Qualms verringert werden kann.

Zum anderen strömt der in Richtung auf den zweiten Wandab schnitt 34 zurückgeschleuderte Kraftstoff an dem zweiten Wand abschnitt entlang in die Richtung von C₃ in der Figur hin zu dem Bereich über der Brennraummulde 32. Der Kraftstoffstrom C₃ vermischt sich mit der zwischen dem Kolben 30 und dem Zylinderkopf 22 vorhandenen Luft und verbrennt.

Die folgende Beschreibung gilt für den Fall, in welchem sich die Menge des verströmten Kraftstoff (Verströmungszeit) mit dem Lastwechsel ändert, und zwar jeweils im Zusammenhang mit niedrigem, mittlerem und hohen Lastzustand.

Zunächst wird auf den niedrigen Lastzustand bezug genommen, in welchem Kraftstoff bei dem in Fig. 8(a) gezeigten Zustand über die Einspritzdüse 26 einge spritzt wird und der Einspritzvorgang vor Übergang in den Zustand gemäß Fig. 8(a) beendet ist, wobei der Kraftstoffstrahl aufgrund der vorhandenen Luftschicht E₁ zwischen dem unteren Wandabschnitt 48 a der unteren Muldenhälfte 48 und dem Kraftstoffstrom B₁ und aufgrund der kreisenden Vertikalströmung K₂ und des Wirbels S₂ in der unteren Muldenhälfte 48 voll mit Luft vermischt und in der Brennraummulde 32 verbrannt wird.

Im mittleren Lastzustand, in dem Kraftstoff von dem in Fig. 8(a) gezeigten Zustand bis zu dem in Fig. 8(b) gezeigten Zustand verströmt wird und die Verströmung vor Eintreten in den Zustand gemäß Fig. 8(c) beendet ist, werden in der unteren Muldenhälfte 48 die Luftschicht E₁, der Kraftstoffstrom B₁, die Luftschicht E₂ und der Kraftstoffstrom B₂ gebildet, und in der oberen Muldenhälfte 44 strömt der Kraftstoffstrom C₂ in Richtung auf die Mitte dieser Kammer, so daß die Mischung durch die Wirkung der kreisenden Vertikalströmungen K₁, K₂ und der Wirbel S₁, S₂ über die gesamte Brennraummulde 32 hinweg erfolgt und die Luft in der Mulde 32 voll genutzt wird.

Im hohen Lastzustand, in welchem Kraftstoff ab der Kolbenlage gemäß Fig. 8(a) bis zu jener gemäß Fig. 8(c) verströmt wird, werden in der oberen Mulden hälfte 44 Kraftstoffströme C₁, C₂ und C₃ gebildet, während in der unteren Muldenhälfte 48 die Luftschicht E₁, der Hauptkraftstoffstrom B₁, die Luft schicht E₂, der Kraftstoffstrom B₂, die Luftschicht E₃ und der Kraftstoffstrom B₃ gebildet werden und die vollständige Vermischung und Verbrennung von Kraft stoff und Luft unter Zusammenwirkung den kreisenden Vertikalströmungen K₁, K₂ und den Wirbeln S₁, S₂ in der Brennraummulde 32 stattfindet.

Bei einer Brennraummulde gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird verhindert, daß der Kraftstoff im niedrigen Lastbetrieb des Motors an der Seitenwand der Brennraummulde 32 und insbesondere an den unteren Wandabschnitt 48 a der unteren Muldenhälfte 48 haften bleibt und dort abkühlt. Es besteht auch keine Gefahr, daß sich der Kraftstoff im unteren Bereich der unteren Muldenhälfte 48 konzentriert und dadurch einen Bereich mit Überkonzentration bildet. Deshalb kann bei dieser Ausbildung eine Qualmbildung verhindert werden. Außerdem wird auch die Konzentration des abgeleiteten Qualms reduziert, da nämlich der nach oben strömende Kraftstrom oder sich nach oben bewegende Flammen durch den zweiten Wandabschnitt 34 an einem direkten Eintreten in die Kühlzone Q gehin dert werden.

Im hohen Lastbetrieb des Motors werden Flammen oder Kraftstoff entlang dem zweiten Wandabschnitt 34 zu dem Raum oberhalb der Brennraummulde 32 geleitet und gelangen nicht direkt zu Kühlzone Q, was bedeutet, daß sie durch die Kühlzone Q nicht gekühlt werden. Somit kann die Ansaugluft effektiv den Ausgleich bzw. die Ergänzung fehlender Luft genutzt werden.

Aufgrund des vorhandenden oberen Wandabschnitts 36 und des Steges 42 wird der einge spritzte Kraftstoff über die gesamte Brennraummulde 32 verteilt bzw. verströmt, ohne sich im unteren Bereich der Mulde zu konzentrieren. Deshalb kann die vorspringende Länge der Einspritzdüse 26 ab der Unter seite des Zylinderkopfs 22 kurz bemessen werden, und das vordere Ende der Düse 26 wird keinen erhöhten Tempe raturen augesetzt.

Darüber hinaus ist die Muldenöffnung 33 der Brennraum mulde 32 bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 5 gezeigt, bogenförmig mit einem Radius R₁ aus gebildet. Auch die erste Verbindung 50 weist eine Bogenform mit einem Radius R₂ auf, und beide Radien R₁ und R₂ betragen 0,5 mm. Damit ist die Gefahr einer Rißbildung in der Muldenöffnung 33 und der Ver bindung 50 aufgrund der erhöhten Temperatur in der Brennraummulde 32 ausgeschaltet.

Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit einer Reihe von Dieselmotoren mit Direkteinspritzung getestet, deren Hubraum in einem Bereich von 400 cc bis 500 cc pro Zylinder und deren Verdichtungsverhältnis in einem Bereich der Werte 18 bis 19 lag. Im Ver lauf dieser Tests wurden die Winkel α und β, die Krüm mungsradien R₁ und R₂, der Durchmesser D₁ der oberen Muldenöffnung 33 der oberen Muldenhälfte 44, der maximalen Durchmesser D₂ der oberen Mulden hälfte 44, der Durchmesser des Stegs 42, der maximalen Durchmesser D₄ des unteren Wandabschnitts 48, der Durchmesser B des Kolbens 30, die Höhe H der Brennraummulde 32 und die Entfernung r zwischen der zentralen Lage der Brennraummulde 32 und jener der Einspritzdüse 26 verschiedentlich geändert. Die Motordrehzahl und die Abgaskonzentration wurden bei diesen Versuchen auf einem konstanten Wert gehalten, und unter diesen Bedingungen wurde die Ausgangs leistung jeweils für jede Größe gemessen. Dabei wurden die folgenden Ergebnisse ermittelt.

In den Fig. 9 bis 14 ist das Verhältnis jedes gemessenen Werts zu dem maximalen Wert in dem Meßergebnis als Leistungsverhältnis für jeden Parameter gezeigt, das heißt es ist für jeden Parameter das Ver hältnis zur Maximalleistung angegeben.

Erfahrungsgemäß ist ein Leistungsabfall im Motorbetrieb bei Leistungen von nicht weniger als 95% ohne großen Einfluß. Es wurden daher die Leistungen im Bereich von 95% bis 100% gewählt, um das Leistungsver hältnis zum maximalen Leistungswert für jeden Parameter zum Ausdruck zu bringen.

Es folgt eine gesonderte Erläuterung für jeden ein zelnen Parameter unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 14.

Was den Winkel α zwischen der zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 32 und des zweiten Wandabschnitts 34 betrifft, so kann eine maximale Leistung bei 30°≦α≦ 40°C erreicht werden, und 95% bis 100% der maximalen Leistung können bei 15°≦α≦50° erreicht werden, wie das in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn der Wert α zu groß bemessen wird, die obere Muldenöffnung 33 der oberen Muldenhälfte 44 zu scharfkantig und damit schlechter in der Wärmebeständigkeit, während bei einem kleineren Wert als 15% das Leistungsverhält nis niedriger als 95% werden würde. Damit sind diese beiden Werte nicht erstrebenswert. Laut Testergebnis beträgt der geeignete Wert 15°≦α≦45°.

Was den Winkel β zwischen der zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 32 und dem oberen Wandabschnitt 36 betrifft, so kann eine maximale Leistung bei β=30° erzielt werden, und 95% bis 100% der maximalen Leistung lassen sich bei 15°≦β≦45°, nämlich dem bevorzugten Winkelbereich erzielen, wie das in Fig. 10 gezeigt ist.

Betreffend die Relation zwischen dem Verhältnis (D₄/B) des maximalen Durchmessers D₄ der unteren Muldenhälfte 48 gegenüber dem Außendurchmesser B des Kolbens und dem Leistungsverhältnis, so kann eine maximale Leistung erreicht werden bei (D₄/B) von 0,55. 95% bis 100% der maximalen Leistung werden erreicht bei 0,4 ≦(D₄/B)≦0,6, wie das in Fig. 11 gezeigt ist. Deshalb gilt der Bereich von 0,4≦(D₄/B)≦0,6 als der geeignete Bereich.

Was die Relation zwischen dem Verhältnis (H/D₄) der Tiefe H der Brennraummulde 32 gegenüber dem maxi malen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 48 und dem Leistungsverhältnis anbelangt, so wird eine maximale Leistung bei (H/D₄) von 0,38 erreicht, und 95% bis 100% der maximalen Leistung werden bei 0,3≦ (H/D₄)≦0,5 erreicht, wie das in Fig. 12 gezeigt ist. Deshalb gilt der Bereich von 0,3≦(H/D₄)≦0,5 als der geeignete Bereich.

Bezüglich der Relation der Entfernung r zwischen einer zentralen Lage der Brennraummulde 32 und jener der Einspritzdüse 26 zum Leistungsverhältnis ist aus Fig. 13 ersichtlich, daß 95% bis 100% der Maximal leistung bei r≦2,55 mm bei 2500 U/min erreicht werden, was in dem normalen Drehzahlbereich des Motors liegt. Deshalb gilt der Bereich von r≦2,5 mm als der geeignete Bereich.

Im Hinblick auf die Erwägung und Bemessung der vor springenden Länge δ der Einspritzdüse 26 ab der Unterseite des Zylinderkopfes 22 wurde die Relation zwischen der vorspringenden Länge δ der Düse und des Düsensitzbereichs untersucht. Dabei wurden die in Fig. 14 aufgezeigen Ergebnisse ermittelt.

Um einen nachteiligen Einfluß von Wärme auf die Ein spritzdüse 26 zu vermeiden, ist es allgemein erforderlich, die Temperatur des Düsensitzbereichs nicht höher als 200°C zu bemessen. Daraus ergibt sich δ≦3,5 mm, wie das in Fig. 14 gezeigt ist. Wenn die vorspringende Länge der Düse annähernd Null beträgt, muß der Wert w≦2,00 mm betragen, um Störungen wie zum Beispiel direktes Anhaften von Kraftstoff an der unteren Wandfläche des Zylinderkopfes 22 zu vermeiden. Wenn dies berücksichtigt wird, so gilt der Bereich von 2,0 mm≦δ≦3,5 mm als der geeignete Bereich.

Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß bei einer Bemessung der vorspringenden Länge δ der Einspritz düse 26 auf einen Bereich von 2,0 mm≦δ≦3,5 mm die im Zusammenhang mit den Fig. 8(a) bis 8(c) beschriebenen Funktionen erreicht werden. Die Versuche haben auch bestätigt, daß die folgenden Bereiche der Werte R₁ und R₂ geeignet sind, nämlich 0,3 mm≦R₁ ≦1,0 mm, 0,3 mm≦R₂≦1,00 mm.

Da die Seitenwand 32 a der Brennraummulde 32 bei dieser Ausführungsform als geometrischer Drehkörper ausgebildet ist, kann die Brennraummulde durch Drehen extrem einfach fertigbearbeitet werden.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 16 bis 21 beschrieben. Dabei sind Teile und Elemente, die mit jenen der ersten bevorzugten Ausführungsform identisch sind, mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und nicht mehr im einzelnen erläutert.

Wie in der ersten Ausführungsform ist der im Zusammen hang mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendete Dieselmotor klein und kompakt gebaut und für einen Hubraum von 300 cm³ bis 800 cm³ pro Zylinder ausgelegt.

Wie Fig. 16 zeigt, ist im oberen Bereich eines Kolbens 60 eine Brennraummulde 62 ausgebildet, die sich zur Oberseite 60 a des Kolbens hin öffnet. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 63, nachfolgend kurz Einspritz düse genannt, ist in der Nähe der zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 62 angeordnet. Die Brennraum mulde 62 weist eine aus vier Seitenwandbereichen gebildete Seitenwand auf, wobei die Seitenwandbereiche in gleicher Anzahl vorhanden sind wie die Einspritz öffnungen (vier bei dieser Ausführungsform) der Ein spritzdüse 63. Im einzelnen weist die Seitenwand der Brennraummulde 62 erste und zweite Wandbereiche 62 a und 62 a′ auf, die bei jeweils 90° in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Die ersten und zweiten Wandbereiche 62 a und 62 a′ weisen eine längliche Quer schnittsprofilform auf, die im wesentlichen gleich ist mit jener der Seitenwand 32 a der Brennraummulde 32 in der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Der erste Seitenwandbereich 62 a enthält einen zweiten Wandabschnitt 64, dessen Innendurchmesser ab einer Muldenöffnung 61 des oberen Bereichs 60 a des Kolbens nach unten größer wird, einen oberen Wandab schnitt 66, die unterhalb des zweiten Wandabschnitts 64 über eine erste Verbindung 80 angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß sich deren Innen durchmesser nach unten verkleinert, und eine rechteck förmige Ringfläche 68, die unterhalb des oberen Wandabschnitt 66 über eine zweite Verbindung 82 angeschlossen und etwa parallel zur zentralen Achse l₀ ausgebildet ist.

Der zweite Wandabschnitt 64 und der obere Wandabschnitt 66 weisen eine Form auf, die einem Teil der Seitenfläche eines Kegelstumpfs entspricht. Die Ringfläche 68 weist dagegen die Form eines Teils einer Seitenfläche einer Säule auf.

Der erste Seitenwandbereich 62 a ist darüber hinaus mit einem unteren Wandabschnitt 78 a ausgebildet, die unterhalb der Ringfläche 68 angeschlossen ist und einen bogenförmigen bzw. gekrümmten oberen Bereich mit einem Radius R aufweist. Ein Steg 72 ist an der Verbindungs- bzw. Übergangsstelle zwischen der Ringfläche 68 und dem unteren Wandabschnitt 78 a ausgebidet.

Der an den ersten Seitenwandbereich 62 a anschließende zweite Seitenwandbereich 62 a′ enthält ähnlich wie der ersten Seitenwandbereich 62 a einen dritten Wandabschnitt 65, dessen Innendurchmesser ab einer Muldenöffnung 61′ des oberen Bereichs 60 a des Kolbens 60 nach unten größer wird, eine zweite Ringfläche 66′, die unterhalb des dritten Wandabschnitts 65 über eine dritte Verbindung 80′ angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß sich deren Innendurchmesser nach unten verkleinert, und eine rechteckförmige zweite Ringfläche 68′, die unterhalb des zweiten, oberen Wandabschnitts 66′ über eine vierte Verbindung 82′ angeschlossen und etwa parallel zur zentralen Achse l₀ ausgebildet ist.

Der dritte Wandabschnitt 65 und der zweite, obere Wand abschnitt 66′ weisen eine Form auf, die einem Teil einer Seitenfläche eines Kugelstumpfes entspricht. Die zweite Ringfläche 68′ hat dagegen eine Form, die einem Teil einer Seitenfläche einer Säule entspricht.

Der zweite Seitenwandbereich 62 a′ zeigt darüber hinaus einen zweiten unteren Wandabschnitt 78 a′, der unterhalb der zweiten Ringfläche 68′ angeschlossen und im oberen Bereich bogenförmig bzw. gekrümmt mit einem Radius R′ ausgebildet ist. Ein Steg 72′ ist an der Verbindungs- bzw. Übergangsstellung zwischen der zweiten Ringfläche 68′ und dem zweiten unteren Wandabschnitt 78 a′ ausgebildet.

Eine obere Muldenhälfte 74 ist gebildet aus dem weiteren Wandabschnitt 64, der ersten Verbindung 80, des oberen Wandabschnitt 66, der zweiten Verbindung 82, der Ringfläche 68, des dritten Wandabschnitts 65, der dritten Ver bindung 80′, des zweiten oberen Wandabschnitts 66′, der vierten Verbindung 82′ und der zweiten Ring fläche 68′. Eine untere Mulden hälfte 78 ist gebildet durch die diesen umschließenden unteren Wandabschnitt 78 a, zweiten unteren Wandabschnitt 78 a′ und den Boden 62 b.

In den ersten und zweiten Seitenwandbereichen 62 a und 62 a′ ist der Radius (Entfernung von der zentralen Achse l₀) der Muldenöffnung 61 des oberen Bereichs 60 a des Kolbens 60 jeweils gleich groß, und der Durch messer D₁ wird jeweils durch diese Radien gebildet. Ebenso ist auch der Radius (Innendurchmesser) der ersten Verbindung 80 gleich groß wie der Radius der dritten Verbindung 80′, und der Durchmesser D₂ wird durch diese Radien gebildet. Auch die Radien (Innen durchmesser) der Ringfläche 68 und der zweiten Ringfläche 68′ sind gleich groß, und der Durchmesser D₃ wird durch diese Radien gebildet. Ferner sind der maximale Radius des unteren Wandabschnitts 78 a und jener des zweiten unteren Wandabschnitts 78 a′ gleich groß, und der Durch messer wird durch diese Radien gebildet.

Der Winkel β₁ zwischen dem oberen Wandabschnitt 66 des ersten Seitenwandbereichs 62 a und der zentralen Achse l₀ ist annähernd gleich groß wie der Winkel β₂ zwischen des zweiten, oberen Wandab schnitts 66′ des zweiten Seitenwandbereichs 62 a′ und der zentralen Achse l₀. Die Tiefe h₁ von dem oberen Bereich 60 a der Brennraummulde 62 bis zum Steg 72 des ersten Seitenwandbereichs 62 a ist kleiner als die Tiefe h₂ von dem oberen Bereich 60 a zu dem Kantenbereich 72′ des zweiten Seitenwand bereichs 62′. Die Höhe h₃ von der Oberkante (erste Ver bindung 80) des oberen Wandabschnitts 66 des ersten Seitenwandbereichs 62 a bis zur Unterkante (Steg 72) der Ringfläche 68 ist gleich groß wie die Höhe von der Oberkante (dritte Verbindung 80′) des zweiten, oberen Wandabschnitts 66′ des zweiten Seitenwand bereichs 62 a′ bis zur Unterkante (Steg 72′) der zweiten Ringfläche 68′. Die Länge (Höhe) der Ringfläche des ersten Seitenwandbereichs 62 a und jene der zweiten Ringfläche 68′ des zweiten Seiten wandbereichs 62 a′ sind auf das gleiche Maß (Höhe) h₄ bemessen. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Verbindung zwischen dem Steg 72 des ersten Seitenwandbereichs 62 a und dem Steg 72′ des zweiten Seitenwandbereichs 62 a′ ist mit unterschied licher Höhe Δ h bemessen, wie das in Fig. 17 gezeigt ist.

Die Einspritzdüse 63 ist an dem Zylinderkopf 22 befestigt, und die Einspritzöffnungen sind so ausgebildet, daß der Kraftstoff in bezug auf die zentrale Achse l₀ in Winkeln von R₁ und R₂ eingespritzt wird. Fig. 18 zeigt die Relation der Einspritzdüse 63 in bezug auf die Linie "n", die die Stege 72 und 72′ in Umfangsrichtung verbindet. Wie diese Figur zeigt, ist die Einspritzdüse 63 derart angeordnet, daß der durch die Düse 63 eingespritzte Kraftstoffstrahl gegen die erste und zweite Ringfläche 68 und 68′ trifft, die sich etwas oberhalb des Stegs 72 und 72′ in der Nähe der oberen Tot lage des Kolbens befinden.

Der Durchmesser B des Kolbens 60, der Durchmesser D₁ der oberen Öffnungsrandbereich 61 und 61′ der oberen Muldenhälfte 74, der maximale Durchmesser D₂ der oberen Muldenhälfte 74, der Durchmesser D₃ der Kantenbereiche 72 und 72′, der maximale Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 78, die Tiefe H der Brennraummulde 62, die Tiefe h₁ des Stegs 72 des ersten Seitenwandbereichs 62 a, die Tiefe h₂ des Stegs 72′ des zweiten Seitenwandbereichs 62 a′, die Höhe h₃ als Gesamthöhe sowohl des ersten oberen Wand abschnitts 66 als auch der Ringfläche 68 und die Höhe h₄ der Ringfläche 68 stehen in folgender Relation zueinander:

D₄/B= 0,50, D₃/D₄= 0,90, D₂/D₄= 0,95, D₁/D₄= 0,85, H/D₄= 0,40, h₁/D₄= 0,40, h₂/D₄= 0,60, h₃/D₄= 0,15, h₄/D₄= 0,075.

Der Einspritzwinkel R₁ der Einspritzdüse 63 in Richtung auf den ersten Seitenwandbereich 62 a relativ zur zentralen Achse l₀, der Eispritzwinkel R₂ in Richtung auf den zweiten Seitenwandbereich 62 a′, der Winkel β₁ zwischen dem oberen Wandabschnitt 66 und der zentralen Achse l₀ und der Winkel b₂ zwischen dem zweiten oberen Wandabschnitt 66′ und der zentralen Achse l₀ sind wie folgt:

R₁75°, R₂65°, β₁50°, β₂50°.

Wenn sich der Kolben 60 bei dieser Ausführungsform in dem Zylinder 28 nach oben bewegt und seine obere Tot lage erreicht oder annähernd erreicht, wird ein starker Spritzstrahl K und K′ aus der Umfangsrichtung der Brennraummulde 62 in Richtung auf den Innenraum der Mulde 62 erzeugt, wie das in Fig. 19 gezeigt ist.

Der Spritzstrahl K und K′ tendiert zur Konzentration in Richtung auf den mittleren Bereich der Brennraum mulde 62, und es wird ein hoher Druckbereich G in diesem zentralen Bereich der Brennraummulde gebildet. Der sich nach unten bewegende Spritzstrahl K wird nach Auftreten auf den hohen Druckbereich G durch den ersten und zweiten oberen Wandabschnitt 66, 66′ und den ersten und zweiten Wandabschnitt 65 gelenkt und erzeugt eine kreisende Vertikalströmung K₁ und K₁′ in der oberen Muldenhälfte 74. Der Druck in dem hohen Druckbereich G wird auch höher als der Druck in der umliegenden Bereichen der Brennraum mulde und bildet einen quasi-hohen Druckbereich G′. Deshalb bewegt sich der Hauptstrom des Spritz strahls K zwischen den kreisenden Vertikalströmungen K₁, K₁′ und dem hohen Druckbereich G nach unten und wird nach außen an den Umfangswandbereich der Brennraum mulde 62 gedrängt und bildet kreisende Vertikal strömungen K₂ und K₂′ wie sie in Fig. 19 gezeigt sind.

Zusätzlich zu dem Spritzstrahl K, K′ und den kreisenden Vertikalströmungen, K₁, K₁′, K₂, K₂′ werden die in Fig. 19 gezeigten Wirbel S₁ und S₂ in der Brennraum mulde 62 gebildet. Diese Luftströmungen werden vermischt, so daß sich die Brennraummulde 62 mit verdichteter Luft füllt.

Im hohen Lastzustand (bei langer Einspritzdauer) des Motors wird der Kraftstoff zu Beginn durch die Ein spritzdüse 63 in die Brennraummulde 62, in der der vorstehend beschriebene Zustand vorherrscht, einge spritzt und trifft gegen die Umfangswand der Brennraum mulde 62 wie in Fig. 20(a) gezeigt. Der Kolben 60 beginnt sich nach unten zu bewegen, und der in der Brennraummulde vorherrschende Zustand geht über in den in Fig. 20(b) gezeigten Zustand. Die Kraft stoffeinspritzung durch die Düse 63 ist beendet, wenn der in Fig. 20(c) gezeigte Zustand erreicht ist.

Wie Fig. 20(a) zeigt, trifft der eingespritzte Kraft stoff zu Beginn der Einspritzung zuerst gegen die Um fangswand der Brennraummulde 62, wobei ein Haupt strom A₁ des eingespritzten Kraftstoffs gegen den Bereich trifft, der von dem Steg 72 bis zur Ringfläche 68 reicht. Der Hauptstrom des eingespritzten Kraftstoffs, der gegen die Ringfläche 68 traf, bewegt sich an der Ringfläche 68 entlang nach unten, weicht dann an dem Steg 72 von dem ersten unteren Wandabschnitt 78 a der unteren Mulden hälfte 78 ab und bildet einen Kraftstoffstrom B₁, der über die verdichtete Luft durch die kreisende Ver tikalströmung K₂ in Richtung auf den zentralen Bereich in der unteren Muldenhälfte 78 bewegt wird. Ferner wird zwischen dem Kraftstoffstrom B₁ und der untere Wandabschnitt 78 a der unteren Muldenhälfte 78 eine durch den Kraftstoffstrom B₁ definierte bzw. abgegrenzte Luftschicht E₁ gebildet.

Ein Teil des durch die Ringfläche 68 zu rückgeschleuderten Kraftstoffs wird zu einem Kraft stoffstrom C₁, der sich in der oberen Muldenhälfte 74, wie in Fig. 20(a) gezeigt, nach oben bewegt und durch die kreisende Vertikalströmung K₁ nach oben gelenkt bzw. mitgenommen wird.

Was den zweiten Seitenwandbereich 62 a′ betrifft, so wird auch hier der Kraftstoff in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit dem ersten Seitenwandbereich 62 a zurückgeschleudert und vermischt. Wie Fig. 20(a) zeigt, wird ein durch die Düse 63 eingespritzter Hauptstrom bzw. Hauptstrahl A₁′ des Kraftstoffs durch die zweite Ringfläche 68′ zurückgeschleudert, bewegt sich dann nach unten und erzeugt einen Kraft stoffstrom B₁′, der sich von dem Steg 72′ in Richtung auf den zentralen Bereich der unteren Mulden hälfte 78 bewegt, und einen Kraftstoffstrom C₁′, der sich in Richtung auf die Mitte der oberen Muldenhälfte 74 bewegt, und zwischen dem Kraft stoffstrom B₁′ und dem zweiten unteren Wandabschnitt 78 a′ wird eine Luftschicht E₁′ gebildet.

Da die Stege 72 und 72′ bei der Konstruktion nach dieser Ausführungsform auf unterschiedlicher Ebene und mit unterschiedlicher Höhe Δ h ausgebildet sind, gelangt der Kraftstoffstrom B₁′, der sich zu dem zentralen Bereich der Brennraummulde 62 hinbewegt hat, unter den Kraftstoffstrom B₁, wohingegen der Kraftstoffstrom C₁ durch den zweiten Wandabschnitt 64 in Richtung auf die zentrale Achse l₀ bewegt. Der Kraft stoffstrom C₁′ wird durch den dritten Wandabschnitt 65 zurückgeschleudert und bewegt sich ebenfalls in Richtung auf die Achse l₀. Da aber der zweite Wandabschnitt 64 in einem größeren Winkel zur zentralen Achse l₀ an geordnet ist als die zweite Führungswand 65, befindet sich der Bereich, in dem der Kraftstoffstrom C₁ gegen die erste Führungwand 64 trifft, über dem Bereich, in dem der Kraftstoffstrom C₁′ gegen die zweite Füh rungswand 65 trifft. Deshalb befindet sich der Kraft stoffstrom C₁ über dem Kraftstoffstrom C₁′ in der oberen Muldenhälfte 74.

Die Kraftstoffströme B₁, B₁′, C₁ und C₁′ werden in der Brennraummulde 62 durch die Wirbel S₁ und S₂, die sich um die Achse l₀ herum bewegen, verteilt bzw. ver strömt, wobei Luft und Kraftstoff in laminarer Form verteilt werden.

Wenn sich der Kolben 60 aus seiner oberen Totlage etwas nach unten bewegt und ein Hauptstrom A₂ des durch die Düse 63 eingespritzten Kraftstoffs gegen den von der Ringfläche 68 bis zur zweiten Ver bindung 82 reichenden Bereich trifft, wie das in Fig. 20(b) gezeigt ist, so bewegt sich der Hauptstrom des durch die Ringfläche 68 zurückge schleuderten Kraftstoffs in Richtung auf einen zentralen Bereich der unteren Muldenhälfte 78 und strömt in die Richtung von B₂ in der Figur durch den quasi-hohen Druckbereich G′. Folglich bewegt sich der Kraftstoffstrom B₂ in Richtung auf die Achse l₀, und zwar in einer höheren Position als der Kraftstoffstrom B₁, wie das im Zusammenhang mit Fig. 20(a) erläutert wurde, und es wird eine Luftschicht E₂ zwischen den beiden Kraftstoffströmen B₁ und B₂ gebildet. Auf diese Weise entstehen in der unteren Muldenhälfte 78 zusätzlich zu der Luftschicht E₁ und dem Kraft stoffstrom B₁, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 20(a) erläutert wurden, die Luftschicht E₂ und der Kraftstoffstrom B₂.

Der durch die zweite Verbindung 82 zurückgeschleuderte Kraftstoff strömt aufgrund der Einspritzenergie an dem oberen Wandabschnitt 66 entlang nach oben, trifft dann gegen den unteren Bereich des zweiten Wandabschnitts 64, wird dort zurückgeschleudert und bewegt sich über den hohen Druckbereich G in Richtung auf die zentrale Achse l₀ und bildet schließlich einen Kraftstoffstrom C₂.

Bei der Konstruktion nach dieser Ausführungsform der Erfindung werden Kraftstoffströme B₁′, B₂′, C₁′ und C₂′ auch an dem zweiten Seitenwandbereich 62 a′ erzeugt, die von den Kraftstoffströmen B₁, B₂, C₁ und C₂ an dem ersten Seitenwandbereich 62 a in vertikaler Richtung beabstandet sind. Daneben werden in der Brennraummulde 62 die Wirbel S₁ und S₂ gebildet. Folglich werden Luft und Kraftstoff ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 20(a) erläutert noch feiner bzw. gründlicher verteilt.

Wenn sich der Kolben 60 noch weiter nach unten bewegt und ein Hauptstrom A₃ des durch die Düse 63 einge spritzten Kraftstoffs hauptsächlich gegen den von dem oberen Wandabschnitt 66 bis zur ersten Verbindung 80 reichenden Bereich trifft, wie das in Fig. 20(c) gezeigt ist, bewegt sich der durch den oberen Wandab schnitt 66 zurückgeschleuderte Hauptstrom des Kraftstoffs von der zweiten Verbindung 82 über den quasi-hohen Druckbereich G′ in der Richtung von B₃ in der Figur hin zu dem oberen zentralen Bereich der unteren Muldenhälfte 78, wo zwischen den Kraft stoffströmen B₃ und B₂ eine Luftschicht E₃ gebildet wird. Deshalb entstehen in der unteren Muldenhälfte 78 zusätzlich zu der Luftschicht E₁, dem Kraft stoffstrom B₁, der Luftschicht E₂ und dem Kraftstoff strom B₂, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 20(a) und 20(b) erläutert wurden, die Luftschicht E₃ und der Kraftstoffstrom B₃.

Der Kraftstoffstrom C₃, der gegen die erste Verbindung 80 traf, bewegt sich an dem zweiten Wandabschnitt 64 entlang in Richtung auf den Zylinderbereich oberhalb der Brennraummulde 62, wodurch der Kraftstoffstrom C₃ zusammen mit den Kraftstoffströmen C₁ und C₂, die im Zusammenhang mit den Fig. 20(a) und 20(b) erläutert wurden, gebildet wird.

Bei dieser Ausbildung werden ähnlich wie an dem ersten Seitenwandbereich 62 a auch an dem zweiten Seitenwandbereich 62 a′ der Brennraummulde 62 Kraft stoffströme B₁′, B₂′, B₃′, C₁′, C₂′ und C₃′ gebildet. Da diese Kraftstoffströme von den Kraftstoffströmen B₁, B₂, B₃, C₁, C₂ und C₃ an dem ersten Seitenwand bereich in vertikaler Richtung beabstandet sind, werden die jeweils betreffenden Kraftstoffströme und die Luft in der Brennraummulde 62 durch die Wirbel S₁ und S₂ extrem genau verteilt.

Im mittleren Lastbereich des Motors beginnt die Ein spritzung des Kraftstoffs durch die Düse 63 in die Brennraummulde 62, die - wie im Zusammenhang mit Fig. 19 erläutert - mit verdichteter Luft gefüllt ist, und der Einspritzstrahl trifft gegen den ersten und zweiten Seitenwandbereich 62 a und 62 a′, wie in Fig. 20(a) gezeigt. Danach bewegt sich der Kolben 60 noch weiter nach unten, und die Kraftstoffeinspritzung durch die Düse 63 kann als in den Zustand von Fig. 20(b) übergangen betrachtet werden. Der Betrieb in den in den Fig. 20(a) und 20(b) gezeigten Zuständen ist etwa gleich im Betrieb in den Zuständen, die in diesen Figuren im Zusammenhang mit dem hohen Lastbe reich des Motors bereits vorstehend beschrieben wurden.

Im niedrigen Lastbereich des Motors kann die Kraft stoffeinspritzung in dem Zustand als beendet angesehen werden, in dem der Kraftstoff - wie in Fig. 20(a) gezeigt - gegen den ersten und zweiten Seitenwandbereich 62 a und 62 a′ in der mit verdichteter Luft gefüllten Brennraummulde trifft, wie das im Zusammenhang mit Fig. 19 erläutert wurde.

Der Betrieb in dem in Fig. 20(a) gezeigten Zustand entspricht etwa dem Betrieb in dem Zustand, der eben falls in Fig. 20(a) im Zusammenhang mit hoher Motor last dargestellt ist.

Wie anhand der Fig. 20(a), 20(b) und 20(c) beschrieben, werden bei dieser Ausführungsform Luft und Kraft stoff bei niedrigen, mittleren und hohen Lastbedin gungen extrem genau verteilt und durch die Wirkung des Spritzstrahls K, der kreisenden Vertikalströmungen K₁, K₁′, K₂, K₂′ und der Wirbel S₁ und S₂ vollständig vermischt. Dadurch kann die Abgaskonzentration verbessert werden.

Durch die Wirkung der Luftschichten E₁ und E₁′ sind die Kraftstoffströme B₁ und B₁′ ausreichend mit Luft umgeben, ohne durch den ersten und zweiten unteren Wand abschnitt 78 a und 78 a′ gekühlt zu werden.

In dem in Fig. 20(c) gezeigten Zustand werden der Kraftstoff oder die Flamme positiv nach außen in die Luft in dem Zylinderbereich über der Brennraummulde gedrängt, so daß die fehlende Luft während des hohen Lastbetriebs des Motors ausgeglichen bzw. ersetzt werden kann.

Der Kraftstoff oder die Flamme, aus der Brennraum mulde 62 in Richtung auf den Zylinderbereich austreten, werden oberhalb der Brennraummulde 62 durch den zweiten und dritten Wandabschnitt 64 und 65 gelenkt, wodurch verhindert wird, daß der Kraftstoff oder die Flamme direkt in die Kühlzone Q gelangen. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der schädlichen Abgas konzentration verhindert werden.

Bei der Ausbildung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung konzentriert sich der Kraftstoff, wie im Zusammenhang mit den Fig. 20(b) und 20(c) erläutert, nicht im unteren Bereich der Brennraummulde 62, sondern wird durch die Wirkung des ersten und zweiten oberen Wandabschnitt 66 und 66′, deren Innendurchmesser sich nach unten verkleinert, und auch durch die Wirkung der Stege 72 und 72′ über den gesamten Innenraum der Brennraummulde verteilt, wodurch die vorspringende Länge δ der Einspritzdüse 63 ab dem Zylinderkopf 22 kurz bemessen werden kann und die Spitze der Düse folglich keinen erhöhten Temperaturen ausge setzt wird.

Anhand von Versuchen konnte festgestellt werden, daß sich die Leistung bei folgender Definition des Bereiches jedes vorstehend genannten numerischen Werts im Vergleich zu der Ausbildung gemäß der ersten Aus führungsform durch den gesamten normalen Drehzahlbe reich hindurch (1000 U/min-4000 U/min) um etwa 10% verbessern läßt, unter der Voraussetzung, daß die Abgas konzentration konstant gehalten wird.

Der Hubraum pro Zylinder beträgt 400 cc bis 500 cc, und das Verdichtungsverhältnis liegt zwischen 18 und 19.

0,40 ≦ D₄/B ≦ 0,60,
0,30 ≦ H/D₄ ≦ 0,5060,
0,85 ≦ D₃/D₄ ≦ 0,95,
0,90 ≦ D₂/D₄ ≦ 1,00,
0,80 ≦ D₁/D₄ ≦ 0,90 (wenn D₁ ≦ D₃ ≦ D₂ ≦ D₄),
0,30 ≦ h₁/D₄ ≦ 0,50,
0,50 ≦ h₂/D₄ ≦ 0,70,
0,10 ≦ h₃/D₄ ≦ 0,30,
0,03 ≦ h₄/D₄ ≦ 0,15,

70° ≦ R₁ ≦ 80°, 60° ≦ R₂ ≦ 70°,
35° ≦ β₁ ≦ 65°, 35° ≦ β₂ ≦ 65°.

Dabei ist

B:Durchmesser des Kolbens 60,D₁:Durchmesser des oberen Randbereichs 61 und 61′ der oberen Muldenhälfte 74, D₂:Maximaler Durchmesser der oberen Muldenhälfte 74 (Durchmesser der ersten und dritten Verbindung 80 und 80′), D₃:Durchmesser der Stege 72 und 72′ (Durchmesser der ersten und zweiten Ringfläche 68 und 68′), D₄:Maximaler Durchmesser der Brennraummulde 78, H:Höhe der Brennraummulde 62, h₁:Entfernung von der Muldenöffnung 61 der Brennraummulde 62 zum Steg 72 des ersten Seitenwandbereichs 62 a, h₂:Entfernung von der Muldenöffnung 61′ der Brennraummulde 62 zum Steg 72′ des zweiten Seitenwandbereichs 62 a′, h₃:Gesamthöhe sowohl des oberen Wandabschnitts 66 als auch der Ringfläche 68 im ersten Seitenwandbereich 62 a (gleich der Gesamthöhe sowohl des zweiten oberen Wandabschnitts 66′ der zweiten Ringfläche 68′ im zweiten Seitenwandbereich 62′), h₄:Höhe der Ringfläche 68 im ersten Seitenwandbereich 62 a (gleich der Höhe der zweiten Ringfläche 68′ im zweiten Seitenwandbereich 62 a′), R₁:Einspritzwinkel in Richtung auf den ersten Seitenwandbereich 62 a relativ zur zentralen Achse l₀, R₂:Einspritzwinkel in Richtung auf den zweiten Seitenwandbereich 62 a′ relativ zur zentralen Achse l₀, β₁:Winkel zwischen des oberen Wandabschnitts 66 des ersten Seitenwandbereichs 62 a und der zentralen Achse l₀, β₂:Winkel zwischen des zweiten oberen Wandabschnitts 66′ des zweiten Seitenwandbereichs 62 a′ und der zentralen Achse l₀.

Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Seitenwandbereich 62 a und 62 a′ mit unterschied licher Höhe ausgebildet ist, wie in Fig. 17 gezeigt, kann eine Verbindung 70 derart ausgebildet werden, daß sie sich gleichmäßig bzw. eben an den ersten und zweiten Seitenwandbereich 62 a und 62 a′ anschließt, wie das in Fig. 21 gezeigt ist, wodurch die Wirkungsweise gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform noch verbessert werden kann, ohne dabei die Strömungsge schwindigkeit der Wirbel S₁ und S₂ zu beeinträchtigen bzw. zu verringern.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 22 bis 26 beschrieben. Dabei sind Teile und Elemente, die identisch sind mit jenen der vorhergehenden Ausfüh rungformen, mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht mehr ins Einzelne gehend erläutert.

Der Dieselmotor, der im Zusammenhang mit dieser dritten Ausführungsform verwendet wird, ist ein kleiner und kompakt gebauter Dieselmotor mit Direkteinspritzung, der ähnlich wie bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für einen Hub raum von 300 cm³ bis 800 cm³ pro Zylinder ausgelegt ist.

Wie Fig. 22 zeigt, ist eine Brennraummulde 102 als Vertiefung in einem oberen Bereich eines Kolbens 100 sich zum oberen Bereich (Oberfläche) 100 a öffnend ausgebildet. In einem oberen Bereich einer Seitenwand 102 a der Brennraummulde 102 ist ein zweiter Wandabschnitt 104 ausgebildet, die in bezug auf die zentrale Achse l₀ der Brennraummulde 102 in einem Winkel von γ₁ schräg angeordnet ist, derart, daß sie in Richtung auf den Innenraum des Kolbens 100 divergiert. Unterhalb des zweiten Wandabschnitts 104 der Seitenwand 102 a der Brennraum mulde 102 ist über eine erste Verbindung 128 ein ringförmiger Vorsprung 106 angeschlossen, der an einem Zwischenelement in vertikaler Richtung der Innenseite der Brenn raummulde 102 zugewandt vorspringt. Die Brenn raummulde 102 ist durch den Vorsprung 106 in eine obere Muldenhälfte 108 und eine untere Muldenhälfte 110 unterteilt.

Eine äußere Wandfläche des Vorsprungs 106 wird gebildet durch einen oberen Wandabschnitt 112 mit einem Neigungswinkel γ₂ relativ zur zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 102, derart, daß sich deren Innendurchmesser nach unten verkleinert, durch eine Ringfläche 114, die unterhalb des oberen Wandabschnitts 112 über eine zweite Verbindung 130 angeschlossen ist und sich in Richtung auf die zentrale Achse l₀ erstreckt, und durch eine obere Wandfläche 116 der unteren Muldenhälfte 110, die unterhalb der Ringfläche 114 angeschlossen ist.

Der zweite Wandabschnitt 104 und der obere Wandabschnitt 112 weisen die Form einer Seitenfläche eines Kegelstumpfs auf, während die Ringfläche 114 die Form einer Seitenfläche einer Säule aufweist.

Unterhalb der Ringfläche 114 erstreckt sich ein unterer Wandabschnitt 110 a über einen Steg 126 bis zum Boden 102 b der Brennraum mulde 102.

Der Vorsprung 106 ist derart ausgebildet, daß die Höhe ab dem Boden 102 b der Brennraummulde 102 in Um fangsrichtung schräg verlaufend variiert. Ein erster Schrägbereich 120 mit einem Neigungswinkel γ₃ relativ zu einer sich senkrecht zur zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 102 erstreckenden Ebene und ein zweiter Schrägbereich 112 mit einem Neigungswinkel γ₄ relativ zu der sich senkrecht erstreckenden Ebene sind in Umfangsrichtung abwechselnd ausgebildet. Bezugsziffer 124 bezeichnet eine Einspritzdüse, die in der Nähe der zentralen Achse l₀ der Brennraummulde 102 angeordnet ist, und zwar derart, daß in der Nähe der oberen Totlage des Kolbens 100 ein Kraftstoffstrahl aus der Einspritzdüse gegen die obere Wandfläche 116 des Vorsprungs 106 in der unteren Muldenhälfte 110 betrifft.

Der Durchmesser B des Kolbens 100, der Durchmesser D₁ einer Muldenöffnung 101 der oberen Mulden hälfte 108, der maximale Durchmesser D₂ der oberen Muldenhälfte 108, der Innendurchmesser D₃ der Ringfläche 114, der maximalen Durchmesser D₄ der unteren Muldenhälfte 110 und die Tiefe H der Brennraummulde 102 weisen bei dieser Ausführungsform folgende Relation zueinander auf:

D₄/B= 0,5, H/D₄= 0,4, D₃/D₄= 0,90, D₂/D₄= 0,95, D₁/D₄= 0,85.

Die Bemessung des Winkels γ₁ des zweiten Wandabschnitts 104 relativ zur zentralen Achse l₀, des Winkels γ₂ der ersten Kraftstoff-Rückschleuderwand 112 relativ zur zentralen Achse l₀, des Winkels γ₃ des ersten Schrägbe reichs 120 des Vorsprungs 106 relativ zu der sich senkrecht zur zentralen Achse l₀ erstreckenden Ebene und des Winkels γ₄ des zweiten Schrägbereichs 122 des Vorsprungs 106 relativ zu der sich senkrecht zur zentralen Achse l₀ erstreckenden Ebene ist wie folgt:

γ₁ = 30°,
γ₂ = 45°,
γ₃ = 5°,
γ₄ = 25°.

Wenn die Luftströmung bei dieser Ausführungsform als in dem Zustand befindlich betrachtet wird, in dem sich der Kolben während des Kompressionshubs des Motors in dem Zylinder nach oben bewegt und die Nähe seiner oberen Totlage ereicht, so wird aus der Umfangsrichtung der Brennraummulde 102 ein starker Spritzstrahl K in Richtung auf den Kammerinnenraum erzeugt. Der Spritzstrahl K tendiert zu einer Konzentration in Richtung auf den zentralen Bereich der Brennraummulde 102, so daß in dem zentralen Bereich ein hoher Durckbereich G gebildet wird. Der sich nach Auftreten auf den hohen Druckbereich G nach unten bewegende Kraftstoffstrahl K wird durch den oberen Wandabschnitt 112 und den zweiten Wandabschnitt 104 gelenkt und erzeugt eine kreisende Vertikalströmung K₁. Der Druck in dem hohen Druckbereich G wird auch größer als der Druck in dem umliegenden Bereich der Brennraummulde und bildet einen quasi-hohen Druckbereich G′. Folglich bewegt sich ein Hauptstrom des Spritzstrahls K zwischen der kreisenden Vertikalströmung K₁ und dem hohen Druck bereich G′ nach unten, wird durch den quasi-hohen Druckbereich G′ nach außen zum Umfangswandbereich der Brennraummulde 102 gedrängt und erzeugt schließlich die in Fig. 23 gezeigte kreisende Vertikalströmung K₂. In der Brennraummulde 102 werden zusätzlich zu dem Spritzstrahl K und den kreisenden Verti kalströmungen K₁ und K₂ die in Fig. 23 gezeigten Wirbel S₁ und S₂ gebildet. Im Mischzustand dieser Luft strömungen wird verdichtete Luft in die obere und untere Muldenhälfte 108 und 110 gefüllt.

Im hohen Lastzustand des Motors wird Kraftstoff in die Brennraummulde 102 eingespritzt, die - wie im Zusammenhang mit Fig. 23 erläutert - mit verdichteter Luft gefüllt ist, und der Kolben beginnt sich nach unten zu bewegen, nachdem der Kraftstoff, wie in Fig. 24(a) gezeigt, gegen die obere Wandfläche 116 der unteren Muldenhälfte 110 geschleudert wurde, und verschiebt sich dann in den in Fig. 24(b) gezeigten Zustand und bewegt sich schließlich weiter nach unten. Wenn der in Fig. 24(c) gezeigte Zustand erreicht ist, kann die Kraftstoffeinspritzung durch die Düse 124 als abgeschlossen betrachtet werden.

In dem Falle, in dem ein Hauptstrom A₁ des eingespritzten Kraftstoffs gegen die obere Wandfläche 116 der inneren Umfangswand der unteren Muldenhälfte 110 trifft, wie das in Fig. 24(a) gezeigt ist, wird der größere Teil des Kraftstoffstroms A₁ durch den unteren Wandabschnitt 110 a der unteren Mulden hälfte 110 gelenkt und wird zu einem Kraft stoffstrom B₁, der sich unter Wirkung der kreisenden Vertikalströmung K₂ in Richtung auf den zentralen Bereich der unteren Muldenhälfte 110 bewegt. Der durch den Vorsprung 106 nach oben geschleuderte Kraft stoffstrom C₁ wird zu einem Kraftstoffstrom, der sich unter Wirkung der kreisenden Vertikalströmung K₁ in Richtung auf den zentralen Bereich der oberen Mulden hälfte 108 bewegt.

In dem Falle, in dem sich der Kolben 100 nach unten bewegt, wie das in Fig. 24(b) gezeigt ist, trifft ein Hauptstrom A₂ des durch die Düse 124 eingespritzten Kraftstoffs gegen die Ringfläche 114, da nämlich die Düse 124 im Vergleich zu dem in Fig. 24(a) gezeigten Fall relativ höher angeordnet ist, und der Kraftstoffstrahl erzeugt einen Kraftstoffstrom B₂, der sich in Richtung auf die untere Muldenhälfte und - wie im Zusammenhang mit Fig. 24(a) erläutert - über dem Kraftstoffstrom B₁ bewegt. Der Kraft stoffstrahl der gegen den oberen Bereich der Ringfläche 114 traf, wird an dem oberen Wandabschnitt 112 zurückgeschleudert und bildet einen Kraftstoffstrom C₂, der zu einem oberen mittleren Bereich der oberen Muldenhälfte 108 gelenkt wird.

Wenn sich der Kolben 100 weiter nach unten bewegt und ein durch die Düse 124 eingespritzten Kraftstoffstrahl A₃ gegen den ersten Wandabschnitt 112 trifft, wie in Fig. 24(c) gezeigt, so bildet der Kraftstoffstrahl A₃ sowohl einen sich an dem zweiten Wandabschnitt 104 entlang in Richtung auf den Zylinderbereich oberhalb der Brennraummulde 102 nach oben bewegenden Kraftstoff strom C₃ als auch einen Kraftstoffstrom B₃, der sich in Richtung auf einen oberen zentralen Bereich der unteren Muldenhälfte 110 bewegt.

Der wie vorstehend beschrieben zu verteilende Kraftstoffstrahl aus der Einspritzdüse 124 trifft im flüssigen Zustand zu Beginn der Einspritzung gegen einen Punkt X in Fig. 25. Sobald der Kraftstoff aber einmal in feine Teilchen zerstäubt ist, wird er weitgehend durch die Wirbel S₁ und S₂ beeinflußt und in die in Fig. 25 gezeigte Pfeilrichtung F bewegt, so daß sich der Auftreffpunkt langsam von dem Punkt X zu dem Punkt Y ändert.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß sich die vertikale Lage des Auftreffpunkts X mit dem nach unten wandernden Kolben zunehmend von der vertikalen Lage des Auftreffpunkts Y unterscheidet, wodurch die Höhe, auf welcher der Kraftstoffstrahl an jedem der Punkte X und Y zurückgeschleudert und durch den ersten und zweiten Schrägbereich 120 und 122 gelenkt wird mit der verstreichenden Zeit variiert. Folglich wird bei der Rückschleuderung des Kraftstoffs erzeugt, derart, daß sich die Höhe des Vorsprungs 106 in der Brennraummulde 102 momentan ändert, und es wird eine Wirkung hervorgerufen, durch welche der Kraftstoff, der über die Schrägen des ersten und zweiten Schrägbereichs 120 und 122 gegen die Seitenwand 102 a der Brennraummulde 102 traf, in einer sich senkrecht zur zentralen Achse l₀ erstreckenden Ebene kreist. Dadurch wird der durch den Vorsprung 106 verteilte Kraftstoff durch die Zusammenwirkung des in Umfangsrichtung schräg verlaufenden Vorsprungs 106 und der Wirbel S₁ und S₂ in der Brennraummulde 102 über die anderen Schichten in der Brennraummulde 102 vollständig verteilt. Auf diese Weise kann der Kraftstoffstrahl bei jedem Hub des Kolbens 100 durch die Luftwirbel S₁ und S₂ über eine Vielzahl von oberen, mittleren und unteren Schichten in der Brennraummulde 102 verteilt werden, wodurch Luft und Kraftstoff gründlich vermischt werden und der Luftnutzungsfaktor vergrößert wird.

Da der Kraftstoffstrahl darüber hinaus bei jedem Hub des Kolbens 100 in Richtung auf die Mitte der Brenn raummulde 102 gelenkt wird, kann sich die Flamme nur schwer in Richtung auf die Zylinderwand, die selbst nach der Zündung noch eine niedrige Temperatur aufweist, oder die Kühlzone Q ausbreiten.

Dadurch wird eine überreicherte Mischung an manchen Stellen in der Brennraummulde 102 verhindert, und die Flammen können an einer Ausbreitung in Richtung auf die Kühlzone Q während einer diffundierten Ver brennung gehindert werden. Dadurch wird die Rußbildung erheblich verringert und die Leistung gesteigert, die normalerweise durch die Rußkonzentration des Abgases begrenzt ist.

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 24(c) erläutert, können sich der Kraftstoff oder die Flammen im hohen Lastzustand des Motors nach draußen zu dem Zylinderbe reich oberhalb der Brennraummulde 102 verteilen, wodurch die in dem Zylinderbereich oberhalb der Brenn raummulde 102 vorhandene Luft genutzt und damit fehlende Luft ergänzt bzw. ausgeglichen werden kann.

Im mittleren Lastzustand beginnt die Einspritzung von Kraftstoff durch die Einspritzdüse 124 in die mit verdichteter Luft gefüllte Brennraummulde 102 auf die im Zusammenhang mit Fig. 25 geschilderte Weise, und der Kraftstoff trifft gegen die innere Umfangswand 110 a der unteren Muldenhälfte 110, wie das in Fig. 24(a) gezeigt ist. Danach wandert der Kolben ein weiteres Stück nach unten, und die Kraftstoffein spritzung durch die Düse 124 kann als beendet ange sehen werden, wenn der in Fig. 24(b) gezeigte Zustand erreicht ist. Der Betrieb bei den in den Fig. 24(a) und 24(b) beschriebenen Zuständen ist annähernd identisch mit dem Betrieb bei den Zuständen, die im Zusammen hang mit hoher Last ebenfalls unter Bezugsnahme auf diese Figuren beschrieben wurden.

Im niedrigen Lastzustand des Motors betrifft der Kraft stoff, in Fig. 24(a) gezeigt, in der mit verdichteter Luft gefüllten Brennraummulde 102 (Fig. 25) gegen den unteren Wandabschnitt 110 a der unteren Muldenhälfte 110, und der Einspritzvorgang kann in diesem Zustand als abgeschlossen angesehen werden. Der Betrieb bei dem in Fig. 24(a) beschriebenen Zustand gleich annähernd dem Betrieb bei dem Zustand der im Zusammenhang mit hoher Last ebenfalls in Fig. 24(a) gezeigt ist.

Das heißt, sowohl im niedrigen als auch mittleren Lastzustand des Motors wird der Kraftstoffstrahl durch den Vorsprung 106 und unter Zusammenwirkung der Wirbel S₁, S₂ in der Brennraummulde 102 und des in Umfangsrichtung schräg verlaufenden Vorsprungs 106 in ausreichendem Maße über viele Schichten in der Brenn raummulde 102 verteilt, wodurch der Luftnutzungsfaktor erhöht und die Rußkonzentration des Abgases verringert wird.

Fig. 25 zeigt Leistungscharakteristiken in dem Falle, in dem sich die Höhe des Vorsprungs 106 in Überein stimmung mit der vorliegenden Ausführungsform ändert, wobei aber die Rußkonzentration des Abgases konstant bleibt wie auch im Falle der ersten bevorzugten Aus führungsform, in der auch der Vorsprung 106 eine kon stante Höhe aufweist. Die Leistung bei der erfindungs gemäß ausgebildeten Brennraummulde, die anhand der durchgezogenen Linie I dargestellt ist, läßt sich im Vergleich zu der anhand der durchbrochenen Linie II dargestellten Ausbildung um etwa 5% bis 10% steigern.

Versuche haben gezeigt, daß sich die Leistung mit den wie folgt angegebenen Bereichen jedes vorstehend beschriebenen numerischen Wertes bei einem konstanten Wert des abgeleiteten Qualms über den gesamten normalen Motordrehzahlbereich hinweg (1000 U/min-4000 U/min) im Vergleich zu der Konstruktion gemäß der ersten Ausführungsform um etwa 5% steigern läßt.

Der Hubraum pro Zylinder beträgt 400 cm³ bis 500 cm³, das Verdichtungverhältnis 18 bis 19.

0,4 ≦ D₄/B ≦ 0,6,
0,3 ≦ H/D ≦ 0,5,
0,85 ≦ D₃/D₄ ≦ 0,95,
0,9 ≦ D₂/D₄ ≦ 1,0,
0,8 ≦ D₁/D₄ ≦ 0,9 (wenn D₁ ≦ D₃ ≦ D₂ ≦ D₄),

10° ≦ γ₁ ≦ 45°,
30° ≦ γ₂ ≦ 60°,
3° ≦ γ₃ ≦ 15° oder -3° ≦ γ₃ ≦ -15°,
12° ≦ γ₄ ≦ 80° oder -12° ≦ γ₄ ≦ -80°.

Dabei ist

B:Durchmesser des Kolbens 100,D₁:Durchmesser der oberen Muldenöffnung 101 der oberen Muldenhälfte 108, D₂:Maximaler Durchmesser der oberen Muldenhälfte 108, D₃:Innendurchmesser der Ringfläche 114, D₄:Maximaler Durchmesser der unteren Muldenhälfte 110, H:Höhe der Brennraummulde 102, γ₁:Winkel zwischen dem zweiten Wandabschnitt 104 und der zentralen Achse l₀, γ₂:Winkel zwischen des oberen Wandabschnitts 112 und der zentralen Achse l₀, q₃:Winkel zwischen dem ersten Schrägbereich 120 des Vorsprungs 106 und einer zur zentralen Achse l₀ senkrechten Ebene, γ₄:Winkel zwischen dem zweiten Schrägbereich 122 des Vorsprungs 106 und einer zur zentralen Achse l₀ senkrechten Ebene.

Bei dieser Ausführungsform kann die Rußkonzentration des Abgases verringert werden, ohne daß die Einspritzdüse 124 übermäßig weit in die Brennraummulde 102 hinein vorspringen muß. Dadurch kann eine Abnutzung der Spitze der Einspritzdüse aufgrund von Wärmeeinwirkung verhindert werden.

Der Vorsprung 106 kann in einer vorgegebenen Vertikal lage in der Brennraummulde 102 in Umfangsrichtung diskontinuierlich vorspringend ausgebildet sein.

Claims

1. Brennkammer für einen Dieselmotor mit Direktein spritzung, mit einem Zylinderblock, einem über dem Zylinderblock angeordneten Zylinderkopf, einem in einem Zylinder des Zylinderblocks eingesetzten Kolben, einer rotationssymmetrischen Brennraummulde im oberen Bereich des Kolbens, die in eine obere und eine untere Muldenhälfte unterteilt ist und deren Öffnung dem Zylinderkopf zugewandt ist, mit einem ringförmigen Steg in der Brennraummulde zwischen den beiden Muldenhälften, welcher einen oberen konisch geneigten Wandab schnitt, der an die obere Muldenhälfte anschließt, sowie einen unteren geneigten Wandabschnitt besitzt, welcher an die untere Muldenhälfte anschließt, mit einer zwischen den beiden Wandabschnitt liegenden, parallel zur Rotationsachse der Brennraummulde verlaufenden schmalen Ringfläche des Steges und mit einer im Zylinderkopf angeordneten Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennraummulde, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl aus der Kraftstoffeinspritzdüse (26) im oberen Totpunkt des Kolbens (30) auf die Ringfläche (38) gerichtet ist, daß zwischen dem oberen Wandabschnitt (36) und der Öffnung (33) der Brennraummulde (32) ein weiterer konisch geneigter Wandabschnitt (34) vorhanden ist, dessen Innendurch messer sich in Richtung zum Boden der Brennraummulde (32 b) vergrößert, daß der untere Wandabschnitt (48 a) gewölbt ist und daß der Hubraum pro Zylinder 300 cm³ bis 800 cm³ beträgt.

2. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des unteren Wandabschnitts (48 a) in einem Längsschnitt durch die zentrale Achse (l₀) der Brennraummulde (32) die Form eines Bogens aufweist.

3. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (42) zwischen der Ringfläche (38) und dem unteren Wandabschnitt (48 a) in Form einer Kante ausgebildet ist.

4. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen dem weiteren Wandabschnitt (34) und der zentralen Achse (l₀) der Brennraummulde (32) gleich 15°≦α≦45° entspricht.

5. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) zwischen dem oberen Wandabschnitt (36) und der zentralen Achse (l₀) der Brennraummulde (32) gleich 15°≦β≦45° entspricht.

6. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D₁) der Öffnung (33) der Brennraummulde (32), der Durchmesser (D₂) der oberen Muldenhälfte, der Innendurchmesser (D₃) des Steges (42) und der maxi male Durchmesser (D₄) der unteren Muldenhälfte (48) zueinander folgende Relation aufweisen: D₁ ≦ D₃ ≦ D₂ ≦ D₄,wobei das Verhältnis der Tiefe (H) der Brennraummulde (32) zu dem maximalen Durchmesser (D₄) der unteren Muldenhälfte (48) wie folgt ist:0,3 ≦ H/D₄ ≦ 0,5.

7. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (r) zwischen Achse der Brennraummulde (32) und Mitte der Kraftstoffeinspritzdüse (26) auf r≦2,5 mm eingestellt ist.

8. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante an der Muldenöffnung (33) bzw. die Kante zwischen dem weiteren Wandabschnitt (34) und dem ersten Wandabschnitt (36) bogenförmig mit folgenden Radien (R₁) und (R₂) in einem Längsschnitt durch die zentrale Achse (l₀) der Brennkammer (32) ausgebildet sind: 0,3 mm ≦ R₁ ≦ 1,0 mm, 0,3 mm ≦ R₂ ≦ 1,0 mm.

9. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Steg in Ringsegmente unterteilt ist, die wechselweise in zwei unterschiedlichen Ebenen der Brennraummulde angeordnet und jeweils einer Einspritz öffnung der Einspritzdüse zugeordnet sind.

10. Brennkammer für einen Dieselmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen gegenüber dem Boden der Brennraummulde geneigt sind und die Enden der benachbarten Ringsegmente über Stegelemente verbunden sind.